KR20200058739A - 내진설계용 마찰댐퍼 시스템 및 그 설치방법 - Google Patents

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KR20200058739A
KR20200058739A KR1020180143232A KR20180143232A KR20200058739A KR 20200058739 A KR20200058739 A KR 20200058739A KR 1020180143232 A KR1020180143232 A KR 1020180143232A KR 20180143232 A KR20180143232 A KR 20180143232A KR 20200058739 A KR20200058739 A KR 20200058739A
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신경재
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 내진설계용 마찰댐퍼 시스템은 철골 구조물의 프레임에 경사진 형태로 연결된 철강부재로, 단부에 위치한 상부 플렌지, 하부 플렌지 및 웹중 적어도 하나의 영역에 장공형 삽입공이 형성된 가새; 장공형 삽입공에 대응되는 위치에 장공형 결합공이 형성되고, 가새의 외면에 결합되는 플레이트; 삽입공과 결합공의 폭 이하인 직경을 갖는 나사부와 삽입공과 결합공의 폭을 초과하는 직경을 갖는 헤드를 포함하고, 가새로 전단응력이 가해지는 경우 삽입공을 따라 슬립하는 볼트; 플레이트와 헤드의 사이에 배치되어, 볼트의 슬립 시, 플레이트와 마찰하는 평와셔; 및 평와셔와 헤드 사이에 배치되어, 볼트의 결합력에 의해 평와셔와 플레이트 및 가새로 가해지는 응력을 분산시키는 접시와셔;를 포함할 수 있다.

Description

내진설계용 마찰댐퍼 시스템 및 그 설치방법{FRICTION DAMPER SYSTEM FOR SEISMIC DESIGN AND INSTALLATION METHOD OF THE SAME}
본 발명은 내진설계용 마찰댐퍼 시스템 및 그 설치방법에 관한 것으로, 상세하게는 수직 및 수평방향에 대한 전단응력을 마찰을 통해 분산시킬 수 있는 내진설계용 마찰댐퍼 시스템 및 그 설치방법에 관한 것이다.
일반적으로 H형강은 2개의 플렌지와 웹으로 구성되며, 특정방향으로 휨 모멘트에 대한 저항성이 크므로, 건설용 부재로서 사용되고 있다. 철골 구조물의 경우 H형강을 기둥으로 사용하는 경우가 많은데, 건축물의 개축이나 리모델링 또는 노후화에 따른 기둥의 보강작업이 필요할 때 H형강의 내측부에 보강판을 덧대어 두께를 증가시킴으로써 기둥의 지지강도를 높이는 보강법이 많이 사용되었다.
그러나, 두께증가를 위해 덧대어진 보강판은 기둥역할을 하고 있는 H형강으로 가해지는 수직방향 전단응력에 대한 분산이 용이하지 않은 문제점이 있다. 또한, H형강에 덧대어진 보강판은 용접 또는 고정되어 교체가 불가능하여 지속적인 관리가 어려워 H형강을 교체해야 하는 번거로움이 있으며, H형강의 교체시 가용한 규격이 단일화 되어, 운반 및 현장시공에 불편한 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-0773385호
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 내진설계가 적용되지 않은 철골 구조물에 용이하게 추가될 수 있는 내진설계용 마찰댐퍼 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 마찰로 인한 노후화 시, 교체 또는 보수가 용이한 내진설계용 마찰댐퍼 시스템 및 그 설치방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 길이조절이 가능한 내진설계용 마찰댐퍼 시스템 및 그 설치방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 내진설계용 마찰댐퍼 시스템은, 철골 구조물의 프레임에 경사진 형태로 연결된 철강부재로, 단부에 위치한 상부 플렌지, 하부 플렌지 및 웹중 적어도 하나의 영역에 장공형 삽입공이 형성된 가새; 상기 장공형 삽입공에 대응되는 위치에 장공형 결합공이 형성되고, 상기 가새의 외면에 결합되는 플레이트; 상기 삽입공과 상기 결합공의 폭 이하인 직경을 갖는 나사부와 상기 삽입공과 상기 결합공의 폭을 초과하는 직경을 갖는 헤드를 포함하고, 상기 가새로 전단응력이 가해지는 경우 상기 삽입공을 따라 슬립하는 볼트; 상기 플레이트와 상기 헤드의 사이에 배치되어, 상기 볼트의 슬립 시, 상기 플레이트와 마찰하는 평와셔; 및 상기 평와셔와 상기 헤드 사이에 배치되어, 상기 볼트의 결합력에 의해 상기 평와셔와 상기 플레이트 및 상기 가새로 가해지는 응력을 분산시키는 접시와셔;를 포함한다.
또한, 상기 가새는, 상기 철골 구조물의 프레임과 앵커 결합되며, 상기 프레임과 결합되지 않은 단부에 상기 삽입공이 복수개 형성되어 상기 플레이트와 볼트 결합하는 제1 가새; 및 단부에 상기 삽입공이 복수개 형성되어 상기 플레이트의 타단과 볼트 결합되는 제2 가새;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 가새 및 제2 가새는, 기설정된 간격을 유지한 상태로 상기 플레이트에 의해 직선 형태로 연결되어, 상기 간격의 조절을 통해 전체 길이가 제어될 수 있다.
또한, 상기 접시와셔는, 복수개 구비되어 다단으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 플레이트는, 상기 가새보다 낮은 경도를 갖는 소재로 제조되어 상기 시스템으로 전단응력이 가해지는 경우 상기 가새보다 우선적으로 변형될 수 있다.
또한, 상기 평와셔는, 상기 플레이트와 접촉하는 면이 내열처리될 수 있다.
또한, 상기 플레이트는, 상기 상부 플렌지와 하부 플렌지의 외측면에 한 쌍이 결합될 수 있다.
또한, 상기 플레이트는, 상기 가새와 결합되는 측면이 내열 코팅될 수 있다.
또한, 상기 플레이트 및 상기 평와셔는, 상기 시스템에 가해지는 전단응력에 따른 마찰에 의해 마모된 경우, 선택적으로 교체가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예를 따르는 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 설치방법은, 철골 구조물의 프레임에 상부 플렌지, 하부 플렌지 또는 웹의 단부에 장공형 삽입공이 형성된 제1 가새를 연결하는 단계; 상기 제1 가새에 형성된 삽입공에 대응되는 위치에 장공형 결합공이 형성된 플레이트의 일단을 상기 제1 가새와 볼트 결합하는 단계; 상기 플레이트의 타단에 상부 플렌지, 하부 플렌지 또는 웹의 단부에 장공형 삽입공이 형성된 제2 가새를 볼트 결합하는 단계; 및 상기 제1 가새와 상기 제2 가새 간 이격된 거리를 조절하여, 상기 제2 가새를 상기 철골 구조물의 프레임에 연결하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 제1 가새 및 제2 가새는, 상기 철골 구조물의 프레임에 앵커 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1 가새와 상기 제2 가새 간 이격된 거리를 조절하여, 상기 제2 가새를 상기 철골 구조물에 연결하는 단계는, 상기 제1 가새 및 제2 가새에 삽입된 볼트의 슬립을 통해 이격된 거리가 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예를 따르는 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 설치방법은, 상기 제1 가새와 상기 제2 가새에 연결된 플레이트의 마모시 볼트 결합을 해제하여 상기 플레이트를 교체하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템 및 그 설치방법은 내진설계가 적용되지 않은 상태로 기존에 설치된 철골 구조물에 추가되어 수평 또는 수직방향으로 가해지는 전단응력을 볼트의 슬립을 통해 완충할 수 있으며, 플레이트와 가새 간 발생하는 마찰로 인해 전단응력을 분산시켜 가새의 기대수명 및 철골 구조물의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템 및 그 설치방법은 볼트 결합을 해제하여 마찰에 의해 마모된 플레이트와 평와셔를 교체할 수 있으며, 가새의 하단부에 마찰댐퍼를 위치시켜 용이하게 교체가 이루어질 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템 및 그 설치방법은 마찰댐퍼를 구성하는 가새 간 이격거리를 이용하여 전체 가새의 길이를 조절할 수 있으며, 이를 통해 높이가 다양한 철골 구조물에 용이하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 내진설계용 마찰댐퍼 시스템이 설치된 철골 구조물을 나타낸다.
도 3은 도 1의 내진설계용 마찰댐퍼 시스템을 통해 철골 구조물을 보수하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 설치방법의 흐름도이다.
도 5는 평와셔가 적용된 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 하중에 따른 변위의 변화를 나타낸 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템은 내진설계가 적용되지 않은 상태로 기존에 설치된 철골 구조물에 추가되어 수평 또는 수직방향으로 가해지는 전단응력을 볼트의 슬립을 통해 완충할 수 있다. 또한, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템은 플레이트와 가새 간 발생하는 마찰로 인해 전단응력을 분산시켜 가새의 기대수명 및 철골 구조물의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 개략도이고, 도 2는 도 1의 내진설계용 마찰댐퍼 시스템이 설치된 철골 구조물을 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템(1)은 가새(11), 플레이트(13), 볼트(15), 평와셔(17) 및 접시와셔(19)를 포함한다.
가새(11)는 철골 구조물의 프레임(8, 9)에 경사진 형태로 연결될 수 있다. 가새(11)는 철강 부재로 H형강, I형강 등의 강재일 수 있다. 가새(11)는 단부에 위치한 상부 플렌지(111), 하부 플렌지(113) 및 웹(115) 중 적어도 하나의 영역에 복수의 장공형 삽입공(117)이 형성될 수 있다. 삽입공(117)은 볼트(15)가 결합될 수 있으며, 철골 구조물로 전단응력이 가해지는 경우에는 장공형 삽입공(117)을 따라 결합된 볼트(15)가 슬립되어, 가새(11)와 플레이트(13)의 마찰을 통한 전단응력의 분산을 유도할 수 있다.
삽입공(117)은 볼트(15)의 규격에 따라 상이한 폭과 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 가새(11)와 플레이트(13) 간 결합의 안정성을 향상시키기 위해 복수의 삽입공(117)을 형성할 수 있으나, 가새(11)로 전달되는 전단응력에 의한 삽입공(117)의 과도한 파손을 방지하기 위해 제한된 개수의 삽입공(117)을 형성할 수 있다.
가새(11)는 제1 가새(11a) 및 제2 가새(11b)를 포함하여, 제1 가새(11a)와 제2 가새(11b)가 연결된 형태로 제공될 수 있다. 제1 가새(11a)는 철골 구조물의 프레임(8, 9)과 앵커 결합될 수 있다. 제1 가새(11a)는 프레임과 결합되지 않은 단부에 삽입공(117)이 복수개 형성되어 플레이트(13)와 볼트 결합할 수 있다. 특히, 도 2와 같이 상부 프레임(8)에는 상대적으로 긴 가새가 연결되고 하부 프레임(9)에는 상대적으로 짧은 가새가 연결되어 구조물을 보강할 수 있다. 이때, 플레이트(13)는 전체 가새 중 하부 프레임(9)에 상대적으로 가까운 위치에서 보강될 수 있으며, 이를 통해 마찰댐퍼 시스템(1)의 개량, 수리 및 보수 등이 용이하게 진행될 수 있다.
제2 가새(11b)는 단부에 삽입공(117)이 복수개 형성될 수 있다. 제2 가새(11b)는 플레이트(13)의 타단과 볼트 결합될 수 있다. 제1 가새(11a)와 제2 가새(11b)는 기설정된 간격을 유지한 상태로 플레이트(13)에 의해 직선 형태로 연결될 수 있다. 제1 가새(11a)와 제2 가새(11b)는 기설정된 간격의 조절을 통해 전체 길이가 제어될 수 있다. 제1 가새(11a)와 제2 가새(11b)의 간격을 조절하기 위해 플레이트(13)의 규격을 변경하거나, 각 가새(11a, 11b)의 표면에 형성된 복수의 삽입공(117)에 선택적으로 플레이트(13)의 결합공(131)을 대응시킬 수 있다.
플레이트(13)는 가새(11)의 외면에 결합될 수 있다. 플레이트(13)는 플레이트(13)와 가새(11)의 결합시, 장공형 삽입공(117)에 대응되는 위치에 장공형 결합공(131)이 형성될 수 있다. 결합공(131)의 폭 및 길이는 삽입되는 볼트의 규격에 따라 상이할 수 있으며, 삽입공(117)의 폭 및 길이에 따라 변경될 수 있다. 결합공(131)은 장공형으로 형성되어, 결합공(131)의 길이방향을 따라 볼트(15)가 슬립될 수 있다.
플레이트(13)는 상부 플렌지(111)와 하부 플렌지(113)의 외측면에 한 쌍이 결합될 수 있다. 상세하게, 플레이트(13)는 가새(11)의 상부 플렌지(111)를 기준으로 상하단에 한 쌍이 결합되거나, 하부 플렌지(113)를 기준으로 상하단에 한 쌍이 결합되거나, 웹(115)을 기준으로 좌우측에 한 쌍이 결합될 수 있다. 또한, 플레이트(13)는 단일 가새(11)의 중앙부에 결합되어 휨 모멘트에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다.
또한, 철골 구조물로 적용되는 전단응력이 일정 기준이하로 예상되는 경우, 플레이트(13)는 상부 플렌지(111)의 상면 또는 하면, 웹(115)의 일 측면, 하부 플렌지(113)의 상면 또는 하면에 부분적으로 결합될 수 있다. 또한, 플레이트(13)는 복수의 가새를 상호간 연결하여, 가새(11)로 전달되는 전단응력을 완충 및 분산시키는 댐퍼역할을 수행할 수 있다.
플레이트(13)는 가새(11)보다 낮은 경도를 갖는 소재로 제조될 수 있다. 플레이트(13)는 내진설계용 마찰댐퍼 시스템(1)이 설치된 철골 구조물로 전단응력이 가해지는 경우 가새(11)보다 우선적으로 변형될 수 있다. 플레이트(13)와 가새(11)에 마찰이 발생하는 경우, 플레이트(13)의 표면이 가새(11)보다 우선적으로 마모될 수 있다. 플레이트(13)는 내진설계용 마찰댐퍼 시스템(1)이 설치된 철골 구조물에 가해지는 전단응력에 따른 마찰에 의해 마모된 경우, 선택적으로 교체될 수 있다. 이처럼 볼트 결합을 해제하여 플레이트(13)를 교체할 수 있는 내진설계용 마찰댐퍼 시스템(1)의 구조적 특성을 기초로 가새(11)의 기대수명이 향상될 수 있으며, 철골 구조물의 안정성이 향상될 수 있다.
플레이트(13)는 가새(11)와 결합되는 측면이 내열 코팅될 수 있다. 또한, 플레이트(13)는 내열성 소재를 포함하여, 가새(11)와 마찰시 발생하는 열 변형을 최소화할 수 있다. 또한, 플레이트(13)는 방열효율이 좋은 소재를 포함하여, 마찰 시 발생하는 열을 용이하게 방출할 수 있으며, 이를 통해 플레이트(13)의 안정성 및 기대수명이 향상될 수 있다.
볼트(15)는 삽입공(117)과 결합공(131)의 폭 이하인 직경을 갖는 나사부(151)를 포함할 수 있다. 볼트(15)는 삽입공(117)과 결합공(131)의 폭을 초과하는 직경을 갖는 헤드(153)를 포함할 수 있다. 볼트(15)는 가새(11)로 전단응력이 가해지는 경우 삽입공(117)을 따라 슬립할 수 있다. 볼트(15)의 나사부(151)는 가새(11) 및 가새(11)에 결합되는 플레이트(13)의 두께에 따라 상이한 길이로 제공될 수 있다. 일측면을 통해 플레이트(13)와 가새(11)를 관통한 볼트(15)는 타 측면에서 너트와 결합될 수 있다. 너트가 결합되는 측면 또한 평와셔(17)와 복수의 접시와셔(19)가 보강될 수 있다.
평와셔(17)는 플레이트(13)와 헤드(153) 사이에 배치될 수 있다. 평와셔(17)는 볼트(15)의 슬립 시 플레이트(13)와 마찰할 수 있다. 평와셔(17)는 플레이트(13)와 접촉하는 면이 내열처리될 수 있다. 평와셔(17)는 플레이트(13)와 결합되는 측면이 내열 코팅될 수 있다. 또한, 평와셔(17)는 내열성 소재를 포함하여, 플레이트(13)와 마찰시 발생하는 열 변형을 최소화할 수 있다. 또한, 평와셔(17)는 방열효율이 좋은 소재를 포함하여, 마찰 시 발생하는 열을 용이하게 방출할 수 있으며, 이를 통해 평와셔(17)의 안정성 및 기대수명이 향상될 수 있다.
평와셔(17)는 내진설계용 마찰댐퍼 시스템(1)이 설치된 철골 구조물에 가해지는 전단응력에 따른 마찰에 의해 마모된 경우, 선택적으로 교체될 수 있다. 일 예로, 플레이트(13)의 마모가 적고, 평와셔(17)의 마모가 심한경우 볼트 결합을 해제하여 평와셔(17)를 독립적으로 교체할 수 있으며, 이와 반대로 플레이트(13)의 마모가 심한경우 플레이트(13)를 독립적으로 교체할 수 있다. 이처럼, 플레이트(13)와 평와셔(17)의 교체는 마모 상태, 열변형 정도, 사용 기간 등을 고려하여 선택적으로 수행될 수 있다.
접시와셔(19)는 평와셔(17)와 헤드(153) 사이에 배치될 수 있다. 접시와셔(19)는 볼트(15)의 결합력에 의해 평와셔(17)와 플레이트(13) 및 가새(11)로 가해지는 응력을 분산시킬 수 있다. 접시와셔(19)는 복수개 구비되어 다단으로 배치될 수 있다. 접시와셔(19)는 상면과 하면이 평평한 형태의 평와셔와 달리, 상면과 하면에 굴곡이 포함된 뒤집어진 접시 형태의 와셔를 의미하며, 볼트(15)에 의해 압력이 가해지는 경우, 체결력에 준하는 반발력을 통해 진동 및 충격에 의해 볼트(15)로 전달되는 힘을 감소시킬 수 있다. 이를 기초로, 접시와셔(19)는 볼트(15)의 풀림을 방지할 수 있으며, 볼트 결합의 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 접시와셔(19)의 반발력이 약해지거나, 반복되는 마찰 또는 진동에 의해 접시와셔(19)가 마모되는 경우, 볼트결합을 해제하여 접시와셔(19)를 보충하거나, 교환함으로써 내진설계용 마찰댐퍼 시스템(1)의 기대수명 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 내진설계용 마찰댐퍼 시스템을 통해 철골 구조물을 보수하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 상부 프레임(8)과 하부 프레임(9)에 가새가 앵커 결합된 상태로 배치될 수 있으며, 이격된 상부 프레임(8)과 하부 프레임(9)을 연결하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템(1)이 보강될 수 있다. 일 예로, 복수의 가새가 플레이트에 의해 결합된 상태로 제공되거나, 단수의 가새에 플레이트가 보강된 형태로 각 프레임을 연결할 수 있다.
상세하게, 상부 프레임(8)에 앵커로 연결된 강재는 제1 가새일 수 있으며, 제1 가새의 일단에는 복수의 삽입공이 형성될 수 있다. 제1 가새의 일단으로 플레이트가 보강될 수 있으며, 삽입공과 대응되는 위치에 결합공이 형성되어 볼트결합 될 수 있다. 제1 가새가 결합되지 않은 플레이트의 타단에는 제2 가새가 볼트결합 될 수 있다. 제2 가새는 도 3과 같이 하부 프레임(9)에 앵커로 연결된 가새를 의미할 수 있으나, 외부에서 보강되는 직선형 가새를 의미할 수 있다. 도 3과 같은 형태로 제1 가새와 제2 가새가 결합되는 경우, 제2 가새는 하부 프레임(9)과 연결된 강재와 플레이트를 통해 볼트결합 될 수 있다.
한편, 각각의 가새 간 볼트결합시, 총 가새의 길이를 조절하기 위해 가새 간 이격거리를 조절하거나, 플레이트의 결합위치를 조절할 수 있다. 이러한 특성을 기초로, 사용자는 다양한 규격의 철골 구조물에 내진설계용 마찰댐퍼 시스템(1)을 적용할 수 있어, 측량실수 또는 정확하지 않은 길이로 제공된 가새를 기초로 한 시공시에도 용이한 시공이 이루어질 수 있다. 또한, 짧은 단위로 제공되는 가새를 결합하여 가새의 길이를 조절할 수 있는 시스템(1)의 특성 상, 시공 및 보수시 각 재료의 운반이 용이할 수 있다. 또한, 가새 간 볼트결합된 위치를 하부 프레임(9)에 인접한 위치로 지정하여 보충설비의 추가없이 보수작업이 용이하게 진행될 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 설치방법에 대하여 설명한다. 하기의 설명에서 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 구성 및 특성과 관련되어 중복된 부분은 생략하며, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 설치방법에 관련된 서술을 추가적으로 기재하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 설치방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 설치방법은 제1 가새 연결 단계(S1), 플레이트 결합 단계(S3), 제2 가새 결합 단계(S5) 및 제2 가새 연결 단계(S7)를 포함하고, 플레이트 교체 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 가새 연결 단계(S1)는 철골 구조물의 프레임에 상부 플렌지, 하부 플렌지 또는 웹의 단부에 장공형 삽입공이 형성된 제1 가새를 연결할 수 있다. 제1 가새 연결 단계(S1)에서는 제1 가새가 프레임에 앵커로 연결될 수 있다. 제1 가새 연결 단계(S1)에서 연결되는 제1 가새는 프레임과 연결되지 않은 단부에 복수의 삽입공이 형성될 수 있으며, 이를 통해 플레이트와 결합될 수 있다.
플레이트 결합 단계(S3)는 제1 가새에 형성된 삽입공에 대응되는 위치에 장공형 결합공이 형성된 플레이트의 일단을 제1 가새와 볼트 결합할 수 있다. 플레이트 결합 단계(S3)는 제1 가새에 결합되는 플레이트의 규격을 다양하게 변경할 수 있다. 일 예로, 철골 구조물에 가해지는 전단응력이 크고 빈도가 높을 것으로 예상되는 경우에는 가새와 동일한 너비를 갖는 플레이트를 복수개 보강할 수 있다. 반면 철골 구조물에 가해지는 전단응력이 작고 빈도가 낮을 것으로 예상되는 경우에는 가새보다 좁은 너비를 갖는 플레이트를 보강할 수 있다. 또한, 플레이트 결합 단계(S3)는 제1 가새와 결합되는 가새의 규격에 따라 플레이트의 길이 또는 결합 위치를 변경할 수 있다.
제2 가새 결합 단계(S5)는 플레이트의 타단에 상부 플렌지, 하부 플렌지 또는 웹의 단부에 장공형 삽입공이 형성된 제2 가새를 볼트 결합할 수 있다. 제2 가새 연결 단계(S7)는 제1 가새와 제2 가새 간 이격된 거리를 조절하여, 제2 가새를 철골 구조물의 프레임에 연결할 수 있다. 즉, 제1 가새와 제2 가새의 길이의 합이 철골 구조물의 이격된 거리보다 긴 경우에는, 이격된 거리를 줄여 제1 가새와 제2 가새의 길이를 단축시킬 수 있다. 반면, 제1 가새와 제2 가새의 길이의 합이 철골 구조물의 이격된 거리보다 짧은 경우에는, 이격된 거리를 늘리거나, 보강되는 플레이트의 길이를 향상시켜 철골 구조물에 시스템을 결합할 수 있다.
또한, 제2 가새 연결 단계(S7)는 제1 가새 및 제2 가새에 삽입된 볼트의 슬립을 통해 이격된 거리가 조절될 수 있다. 즉, 볼트결합된 제1 가새와 제2 가새간 소정의 길이조절이 필요한 경우에는 삽입공에 결합된 볼트의 슬립을 유도하여 제1 가새와 제2 가새의 간격을 조절할 수 있다. 이때, 볼트의 슬립을 통해 발생하는 과도한 마찰을 방지하기 위해 볼트 결합의 체결강도를 낮출 수 있으며, 가새의 길이가 조정된 이후에는 볼트를 체결강도를 강화시켜 안정성을 향상시킬 수 있다.
이처럼, 제1 가새 및 제2 가새가 철골 프레임에 연결되는 방법은 앵커 결합, 용접, 볼트 결합 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
한편, 플레이트 교체 단계는 제1 가새와 제2 가새에 연결된 플레이트의 마모시 볼트 결합을 해제하여 플레이트를 교체할 수 있다. 이와 유사하게, 해당 단계에서는 플레이트와 마찰을 통해 마모된 평와셔 또는 반복되는 진동을 전달받아 변형된 접시와셔를 선택적으로 교체할 수 있다. 이를 통해, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템이 설치된 철골 구조물의 안정성 및 기대수명을 향상시킬 수 있다.
<실험예1>평와셔가 포함된 마찰댐퍼의 하중-변위 측정실험
해당 실험예에서 사용된 강재는 SS400 강재로 제작된 H형강으로 높이, 폭, 웹두께, 플랜지 두께가 각각 200 * 200 * 12 * 12(mm)의 규격의 강재가 사용되었다. 또한, 사용된 플레이트는 PL-12로 강재에 덧대고, 고장력 볼트인 M20(F10T)와 고장력 소형 평와셔 2개, 대형 평와셔 1개를 사용하여 실험을 수행하였다. 볼트는 H형강의 상부 및 하부 플랜지에 각각 8개씩 총 16개가 결합되었으며, 토크렌치를 이용하여 표준볼트 장력의 60%까지 도입하여 마찰접합을 수행하였다.
한편 실험예에서, 3000kN 용량의 UTM(Universal Testing Machine)을 사용하여 실험이 수행되었으며, KBC2016 보통모멘트골조 실험상세규정에 따라 골조변위를 가새변위로 치환하여 9.45mm로 6주기 반복하였다. 이하에서는 하기의 도 5를 통해 실험결과를 설명하도록 한다.
도 5는 평와셔가 적용된 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 하중에 따른 변위의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5의 가로축은 볼트가 슬립되어 가새가 이동한 거리를 mm 단위로 측정한 결과이고, 세로축은 가새로 가해지는 외력을 kN 단위로 나타내었다. 도 5의 그래프를 참조하면, 최초 외력이 가해지지 않은 상태에서 힘이 가해짐에 따라 볼트의 슬립이 일어나고, 외력이 400 kN 부근의 최대크기에 도달하여 미세하게 변경되면 볼트에 의해 가새의 진동이 유도되는 것을 확인할 수 있다. 유사하게, 가해진 외력의 방향을 반대로 적용한 뒤 외력의 크기를 미세하게 변경하면 볼트에 의해 가새의 진동이 유도되는 것을 확인할 수 있다. 이처럼, 외력이 변경되더라도 볼트의 슬립을 통해 가새의 위치가 변경될 수 있으며, 이를 통해 구조물로 가해지는 외력이 분산될 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템 및 그 설치방법은 볼트 결합을 해제하여 마찰에 의해 마모된 플레이트와 평와셔를 교체할 수 있으며, 가새의 하단부에 마찰댐퍼를 위치시켜 용이하게 교체가 이루어질 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 내진설계용 마찰댐퍼 시스템 및 그 설치방법은 마찰댐퍼를 구성하는 가새 간 이격거리를 이용하여 전체 가새의 길이를 조절할 수 있으며, 이를 통해 높이가 다양한 철골 구조물에 용이하게 적용될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1: 내진설계용 마찰댐퍼 시스템
11: 가새
11a: 제1 가새
11b: 제2 가새
111: 상부 플렌지
113: 하부 플렌지
115: 웹
117: 삽입공
13: 플레이트
131: 결합공
15: 볼트
151: 나사부
153: 헤드
17: 평와셔
19: 접시와셔
8: 상부 프레임
9: 하부 프레임

Claims (13)

  1. 철골 구조물의 프레임에 경사진 형태로 연결된 철강부재로, 단부에 위치한 상부 플렌지, 하부 플렌지 및 웹중 적어도 하나의 영역에 장공형 삽입공이 형성된 가새;
    상기 장공형 삽입공에 대응되는 위치에 장공형 결합공이 형성되고, 상기 가새의 외면에 결합되는 플레이트;
    상기 삽입공과 상기 결합공의 폭 이하인 직경을 갖는 나사부와 상기 삽입공과 상기 결합공의 폭을 초과하는 직경을 갖는 헤드를 포함하고, 상기 가새로 전단응력이 가해지는 경우 상기 삽입공을 따라 슬립하는 볼트;
    상기 플레이트와 상기 헤드의 사이에 배치되어, 상기 볼트의 슬립 시, 상기 플레이트와 마찰하는 평와셔; 및
    상기 평와셔와 상기 헤드 사이에 배치되어, 상기 볼트의 결합력에 의해 상기 평와셔와 상기 플레이트 및 상기 가새로 가해지는 응력을 분산시키는 접시와셔;를 포함하는, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가새는,
    상기 철골 구조물의 프레임과 앵커 결합되며, 상기 프레임과 결합되지 않은 단부에 상기 삽입공이 복수개 형성되어 상기 플레이트와 볼트 결합하는 제1 가새; 및
    단부에 상기 삽입공이 복수개 형성되어 상기 플레이트의 타단과 볼트 결합되는 제2 가새;를 포함하는, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 가새 및 제2 가새는,
    기설정된 간격을 유지한 상태로 상기 플레이트에 의해 직선 형태로 연결되어, 상기 간격의 조절을 통해 전체 길이가 제어되는, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접시와셔는,
    복수개 구비되어 다단으로 배치된, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트는,
    상기 가새보다 낮은 경도를 갖는 소재로 제조되어 상기 시스템으로 전단응력이 가해지는 경우 상기 가새보다 우선적으로 변형되는, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 평와셔는,
    상기 플레이트와 접촉하는 면이 내열처리된, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트는,
    상기 상부 플렌지와 하부 플렌지의 외측면에 한 쌍이 결합되는, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트는,
    상기 가새와 결합되는 측면이 내열 코팅된, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트 및 상기 평와셔는,
    상기 시스템에 가해지는 전단응력에 따른 마찰에 의해 마모된 경우, 선택적으로 교체가능한, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템.
  10. 철골 구조물의 프레임에 상부 플렌지, 하부 플렌지 또는 웹의 단부에 장공형 삽입공이 형성된 제1 가새를 연결하는 단계;
    상기 제1 가새에 형성된 삽입공에 대응되는 위치에 장공형 결합공이 형성된 플레이트의 일단을 상기 제1 가새와 볼트 결합하는 단계;
    상기 플레이트의 타단에 상부 플렌지, 하부 플렌지 또는 웹의 단부에 장공형 삽입공이 형성된 제2 가새를 볼트 결합하는 단계; 및
    상기 제1 가새와 상기 제2 가새 간 이격된 거리를 조절하여, 상기 제2 가새를 상기 철골 구조물의 프레임에 연결하는 단계;를 포함하는, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 설치방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 가새 및 제2 가새는,
    상기 철골 구조물의 프레임에 앵커 결합되는, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 설치방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 가새와 상기 제2 가새 간 이격된 거리를 조절하여, 상기 제2 가새를 상기 철골 구조물에 연결하는 단계는,
    상기 제1 가새 및 제2 가새에 삽입된 볼트의 슬립을 통해 이격된 거리가 조절되는, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 설치방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 가새와 상기 제2 가새에 연결된 플레이트의 마모시 볼트 결합을 해제하여 상기 플레이트를 교체하는 단계;를 더 포함하는, 내진설계용 마찰댐퍼 시스템의 설치방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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