KR20200087491A

KR20200087491A - 교량용 마찰 댐퍼

Info

Publication number: KR20200087491A
Application number: KR1020190003831A
Authority: KR
Inventors: 방경환
Original assignee: (주)광원아이앤디
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-07-21

Abstract

본 발명은 교량용 마찰 댐퍼(1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교량 상부 구조물(91)과 교각 및/또는 교대와 같은 하부 구조물(93)의 일 측에 설치되어, 지진시 발생하는 지진에너지를 회전 운동 중 발생i하는 마찰력을 통해 흡수하는 회전식 마찰 댐퍼에 관한 것이다.

Description

교량용 마찰 댐퍼{FRICTION DAMPER FOR BRIDGE}

본 발명은 교량용 마찰 댐퍼(1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교량 상부 구조물(91)과 교각 및/또는 교대와 같은 하부 구조물(93)의 일 측에 설치되어, 지진시 발생하는 지진에너지를 회전 운동 중 발생하는 마찰력을 통해 흡수하는 회전식 마찰 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로 교량에 사용되는 댐퍼는 회전운동 또는 직선운동을 수행하며 구조물 등으로 전해지는 진동을 최소화하여 구조물의 파손을 예방하는 구성 또는 구조물을 일컫는다.

이러한 기존의 댐퍼를 활용하는 경우, 지진 발생과 같은 비상시 교량에 작용하는 수평하중이 회전운동이나 직선운동만을 하는 댐퍼 구조에 의하여 진동 및 수평 변위 발생 등을 최소화하더라도, 이에 한계가 발생하여 교량 구조물 등으로 전해지는 진동에 의해 해당 구조물 등에 파손 등이 발생하며, 교량 상부구조물이 낙교할 가능성 역시 존재하여 그 안전상에 문제점이 발생할 가능성이 존재할 수밖에 없다.

따라서, 본 발명의 발명자는 지진시 발생하는 지진에너지를 회전 운동 중 발생하는 마찰력 등을 통해 용이하게 흡수하여 교량의 안정성을 도모할 수 있는 회전식 마찰 댐퍼에 대하여 개시하고자 한다.

국내등록특허 제10-1512122호 '진자형 마찰 댐퍼'

앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,

본 발명은 상부구조물 측에 결합되는 제1 고정부와, 하부구조물 측에 결합되는 제2 고정부 사이에 해당 제1 및 제2 고정부를 연결하는 관절부를 추가로 구비하여 충격 또는 하중 수용 경로를 연장함으로써 구조적인 안정성을 한층 도모하도록 하는 교량용 마찰 댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상부 접촉부재의 회전에 저항하는 제1 회전 저항부재, 하부 접촉부재의 회전에 저항하는 제2 회전 저항부재 및 관절부 측의 회전에 대하여 저항하는 삽입 부재를 배치함으로써 각 관절부/연결부분마다 회전에 대한 저항을 극대화하여 비상시 상부구조물에 대해 소정의 범위를 벗어난 수준의 수평 변위 발생을 방지하도록 하는 교량형 마찰 댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 제1 삽입부재에 형성되는 관통공의 형상을 수평 방향을 따라 사각 형상으로, 양 측 말단은 반원 형상으로 형성되도록 하여, 상부구조물의 일방향 상시 거동을 가능하도록 하는 교량형 마찰 댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 제1 고정부 및 제2 고정부와 결합하는 연결부재의 평면 형상이 곡면형으로, 다수의 절개공들을 포함하도록, 또는 일 부재 삽입공이 일 에지부와 인접한 위치에, 타 부재 삽입공이 타 에지부와 인접한 위치에 형성되도록 하며 내측에 연결부재의 외면과 상보적인 형상을 가지는 개방공이 형성되도록 하여 연결부재의 소성 변형 제어가 가능하도록 하며, 제1 및 제2 삽입부재의 파손을 방지 가능하도록 하는 교량용 마찰 댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 앞서 상술한 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 교량용 마찰 댐퍼는 교량 상부 구조물의 일 측에 형성되어 비상시 상부구조물에 대한 수평 변위 발생에 저항하는 제1 고정부; 제1 고정부 및 제2 고정부의 말단 측에 각각 연결되며 댐퍼의 중심축을 형성하는 관절부; 및 교량 하부 구조물의 일 측에 형성되며 제1 고정부 측으로부터 전달되는 하중을 수용하며 상부구조물의 수평 변위 발생에 저항하는 제2 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 교량용 마찰 댐퍼에 구비되는 상기 관절부는 상부구조물에 상시 작용하는 수평하중에 대하여 제1 고정부로부터 제2 고정부 측으로 전달하고, 비상시 작용하는 수평하중에 대하여 변위 발생에 저항하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 교량용 마찰 댐퍼에 구비되는 상기 제1 고정부는 양 측면을 관통 형성하는 관통공을 따라 상부 축부재의 삽입을 허용하는 제1 삽입부재; 상기 제1 삽입부재의 양 측면과 각각 밀착되며 상기 제1 삽입부재와 결합되고, 상부 축부재의 삽입을 허용하기 위하여 일단 측에는 제1 삽입공이 형성되며, 관절축부재의 삽입을 허용하기 위하여 타단 측에는 제2 삽입공이 형성되는 한 쌍의 상부 접촉부재; 및 상기 제1 삽입부재 및 상부 접촉부재와 결합되며 비상시 작용하는 수평 하중에 저항하는 상부 축부재;를 포함하고, 상기 제2 고정부는 양 측면을 관통 형성하는 관통공을 따라 하부 축부재의 삽입을 허용하는 제2 삽입부재; 상기 제2 삽입부재의 양 측면과 각각 밀착되며 상기 제2 삽입부재와 결합되고, 하부 축부재의 삽입을 허용하기 위하여 일단 측에는 제3 삽입공이 형성되며, 관절축부재의 삽입을 허용하기 위하여 타단 측에는 제4 삽입공이 형성되는 한 쌍의 하부 접촉부재; 및 상기 제2 삽입부재 및 하부 접촉부재와 결합되는 하부 축부재;를 포함하고, 상기 관절부는 하부 접촉부재 내에 삽입되는 양 상부 접촉부재의 이격 공간 사이에, 또는 상부 접촉부재 내에 삽입되는 양 상부 접촉부재의 이격 공간 사이에 배치되며 관절축부재의 삽입을 허용하기 위하여 수용공이 형성되는 중앙 부재; 및 댐퍼의 중심축을 형성하는 관절축부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 교량용 마찰 댐퍼에 구비되는 상기 관절부는 상호 접촉하는 측 상하부 접촉부재들 사이 공간에 또는 상기 상부 또는 하부 접촉부재와, 중앙 부재의 맞닿는 측면에 삽입되어 비상시 관절부 측에 회전 변위가 발생할 때 상기 상하부 접촉부재들 간 또는 중앙 부재의 양 측면 밀착 위치의 마찰계수를 증가시키는 삽입부재;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 교량용 마찰 댐퍼에 구비되는 상기 삽입부재는 UMHWPE로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 교량용 마찰 댐퍼에 구비되는 상기 제1 삽입부재의 관통공의 직경 크기는 상기 상부 축부재의 직경과 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 교량용 마찰 댐퍼에 구비되는 상기 제1 고정부는 상기 제1 삽입부재 및 상부 접촉부재 사이에 삽입되어 비상시 상부구조물에 작용하는 수평 하중 발생시, 상기 상부구조물의 수평 변위 발생에 저항하도록 상기 제1 삽입부재 및 상부 접촉부재의 인접한 면의 마찰계수를 증가시켜 상기 상부 접촉부재의 회전에 저항하는 제1 회전 저항부재;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 교량용 마찰 댐퍼에 구비되는 상기 제1 삽입부재는, 형성되는 관통공의 형상이 수평 방향을 따라 사각 형상으로, 양 측 말단 측은 반원 형상으로 형성되도록 하여 상부구조물의 일방향 상시 거동을 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 교량용 마찰 댐퍼는 교량 상부 구조물의 하면 일 측에 형성되어 비상시 상부구조물에 대한 수평 변위 발생에 저항하는 제1 고정부; 교량 하부 구조물의 측면 일 측에 형성되며 제1 고정부 측으로부터 전달되는 하중을 수용하는 제2 고정부; 및 일 단 측이 상부 축부재를 통하여 제1 고정부에, 타 단 측이 하부 축부재를 통해 제2 고정부에 결합되며 각각 일체로 형성된 한 쌍의 연결부재;를 포함하고, 상기 제1 고정부는 양 측면을 관통 형성하는 관통공을 따라 상부 축부재의 삽입을 허용하는 제1 삽입부재; 및 상기 제1 삽입부재와 결합되며 비상시 작용하는 수평 하중에 저항하는 상부 축부재;를 포함하고, 상기 제2 고정부는 양 측면을 관통 형성하는 관통공을 따라 하부 축부재의 삽입을 허용하는 제2 삽입부재; 및 상기 제2 삽입부재와 결합되며 비상시 작용하는 수평 하중에 저항하는 하부 축부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 교량용 마찰 댐퍼에 구비되는 상기 연결부재는 제1 고정부 측과 결합하는 일단으로부터 제2 고정부 측과 결합하는 타단 측으로 연장됨에 따라 그 정면 형상이 곡면형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 교량용 마찰 댐퍼에 구비되는 상기 연결부재는 그 정면 형상이 사각 형상으로 형성되며, 제1 고정부 측으로부터 제2 고정부 방향으로 연장되되 교축 방향과 평행하도록 형성되는 다수의 절개공들;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 교량용 마찰 댐퍼에 구비되는 상기 연결부재는 그 정면 형상이 사각 형성으로 형성되되, 일 부재 삽입공이 일 에지부와 인접한 위치에, 타 부재 삽입공이 타 에지부와 인접한 위치에 형성되도록 하며, 내측에 상기 연결부재의 외면과 상보적인 형상을 가지는 개방공;이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 상부구조물 측에 결합되는 제1 고정부와, 하부구조물 측에 결합되는 제2 고정부 사이에 해당 제1 및 제2 고정부를 연결하는 관절부를 추가로 구비하여 충격 또는 하중 수용 경로를 연장함으로써 구조적인 안정성을 한층 도모하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상부 접촉부재의 회전에 저항하는 제1 회전 저항부재, 하부 접촉부재의 회전에 저항하는 제2 회전 저항부재 및 관절부 측의 회전에 대하여 저항하는 삽입 부재를 배치함으로써 각 관절부/연결부분마다 회전에 대한 저항을 극대화하여 비상시 상부구조물에 대해 소정의 범위를 벗어난 수준의 수평 변위 발생을 방지하도록 하는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 제1 삽입부재에 형성되는 관통공의 형상을 수평 방향을 따라 사각 형상으로, 양 측 말단은 반원 형상으로 형성되도록 하여, 상부구조물의 일방향 상시 거동을 가능하도록 하는 효과가 도출된다.

또한, 본 발명은 제1 고정부 및 제2 고정부와 결합하는 연결부재의 평면 형상이 곡면형으로, 다수의 절개공들을 포함하도록, 또는 일 부재 삽입공이 일 에지부와 인접한 위치에, 타 부재 삽입공이 타 에지부와 인접한 위치에 형성되도록 하며 내측에 연결부재의 외면과 상보적인 형상을 가지는 개방공이 형성되도록 하여 연결부재의 소성 변형 제어가 가능하도록 하며, 제1 및 제2 삽입부재의 파손을 방지 가능하도록 하는 효과를 보인다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼의 사시도이고;
도 2는 도 1에 따른 마찰 댐퍼의 분해사시도이고;
도 3은 도 1에 따른 관절부의 측단면도이고;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼의 참고도이고;
도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼의 정면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며 청구범위에 기재된 사항을 기준으로 해석되어야 한다. 또한, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 참고적으로 제공되는 것일 뿐이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼의 사시도이고; 도 2는 도 1에 따른 마찰 댐퍼의 분해사시도이고; 도 3은 도 1에 따른 관절부의 측단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명은 교량용 마찰 댐퍼(1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교량 상부 구조물(91)과 교각 및/또는 교대와 같은 하부 구조물(93)의 일 측에 설치되어, 지진시 발생하는 지진에너지를 회전 운동 중 발생하는 마찰력을 통해 흡수하는 회전식 마찰 댐퍼에 관한 것이다. 이를 위하여, 마찰 댐퍼(1)는 제1 고정부(10), 관절부(30)와, 제2 고정부(50)를 포함할 수 있다.

제1 고정부(10)는 상부 구조물(91)의 일 측에 형성되며, 바람직하게 하면/저면 일 측에 형성되어 지진 발생 등과 같은 비상시에 상부구조물(91)에 대한 수평 하중 작용시 상기 상부구조물(93)의 수평 변위 발생에 대하여 수용 및 저항하는 구성으로, 이를 위하여 제1 삽입부재(110), 상부 접촉부재(130), 상부 축부재(150), 상부 가압부재(170)와, 제1 회전 저항부재(190)를 포함할 수 있다.

제1 삽입부재(110)는 양 측면을 관통하는 관통공(111)의 내측으로 상부 축부재(150)의 삽입을 허용하며 그 외측면을 통해 후술할 상부 접촉부재(130)와 결합되는 구성으로, 교량 상부구조물(91)과 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 삽입부재(110)의 양 측면에 한 쌍의 상부 접촉부재(130)가 각각 밀착되어 결합되도록 할 수 있다. 제1 삽입부재(110)의 형상에는 제한이 없으며, 예를 들어 그 외면이 대략 사각판 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상부 접촉부재(130)와의 밀착이 가능하도록 하기 위하여, 양 측면은 평탄하게 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

관통공(111)은 전술한 바와 같이 내주면을 따라 상부 축부재(150)의 삽입을 허용하는 구성이다. 관통공(111)은 그 직경이 원통 형상의 상부 축부재(150)의 직경과 대략 일치하도록 형성되어, 상기 축부재(150)의 외주면과 관통공(111)의 내주면 사이에 유격이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 비상시에 수평하중 발생시, 관통공(111)의 내주면이 축부재(150)의 외주면과 밀착하도록 하여, 상부구조물(91)의 수평변위 발생을 방지함으로써 상기 상부구조물(91)의 낙교를 방지할 수 있다.

또한, 관통공(111)과 축부재(150) 간 일정 수준 이상의 유격이 발생한 채 상기 축부재(150)가 삽입되면, 상부구조물(91)에 수평 변위 발생 등의 우려가 있는 상황에서, 축부재(150)가 이를 방지하지 못하고 공회전할 가능성 역시 존재한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 축부재(150)의 외주면과 관통공(111)의 내주면의 직경 크기는 대략 일치하도록 형성한다.

상세하게는, 관통공(111)의 내주면은 상부 축부재(170)의 외주면 형상과 상보적인 형상으로 형성되는 것으로 바람직하며, 원통형으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

상부 접촉부재(130)는 제1 삽입부재(110)의 양 측면과 각각 밀착되며, 상기 제1 삽입부재(111)와 결합되는 구성이다. 상세하게는, 상부 접촉부재(130)가, 그 일단과 인접한 위치의 양 측면을 관통하여 형성되는 제1 삽입공(131)에 삽입되는 상부 축부재(150)에 의하여 상기 제1 삽입부재(110)와 결합하는 것이 가능하다. 또한, 상부 접촉부재(130)에는 제1 삽입공(131)과 이격된 위치에, 더욱 상세하게는 접촉부재(130)의 타단과 인접한 위치의 양 측면을 관통하여 제2 삽입공(133)이 형성되며, 이를 통해 후술할 관절 축부재(330)의 삽입을 허용할 수 있다.

상부 접촉부재(130)에 의하여, 상시에 상부구조물(91)로부의 수평 하중이 후술할 관절부(30) 측으로 전달된다. 이러한 수평 하중은 다시 후술할 하부 접촉부재(530) 측으로, 그리고 하부구조물(93) 측으로 전달된다.

또한, 제1 삽입공(131)은 모두 그 직경 크기가 상부 축부재(150)의 직경 크기와 대략 일치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 제1 상부 접촉부재(130) 또는 축부재(150)의 공회전을 방지할 수 있다. 또는, 삽입되는 상부 축부재(150)의 비상시 일정 수준의 회전은 허용하기 위하여, 상부 축부재(150)의 공회전을 방지 가능한 범위 내에서 제1 삽입공(131)의 직경 크기가 상부 축부재(150)의 직경 크기보다 크게 형성되는 것 역시 가능하다.

도 2를 참조하면, 상부 축부재(150)는 제1 삽입부재(110) 및 상부 접촉부재(130)와 연결/결합하며 지진 발생과 같은 비상시 작용하는 수평 하중에 직간접적으로 저항하는 구성이다. 예를 들어 상부 축부재(150)는 볼트로 이루어질 수 있으나 이에 별도의 제한이 있는 것은 아님에 유의하여야 한다.

상부 가압부재(170)는 상부 접촉부재(130)의 측면과 밀착되어 상부 축부재(150)의 일단 및/또는 양단에 끼워지는 구성으로, 예를 들어 너트로 이루어질 수 있다. 상부 가압부재(170)에 의하여 상부 접촉부재(130)가 제1 삽입부재(110)와 더욱 밀착되도록 할 수 있다.

제1 회전 저항부재(190)는 제1 삽입부재(110) 및 접촉부재(130) 사이에 삽입되어 비상시 상부구조물(91)에 작용하는 수평 하중 발생시, 상기 상부구조물(91)의 변위 발생에 대하여 저항하는 구성이다. 예를 들어, 상부구조물(91)에 수평 하중이 발생하면, 일체로 형성되는 제1 삽입부재(110)가 하중 발생 방향을 따라 이동하려고 하는 성질을 띈다. 이 때 제1 삽입부재(110)의 변위 발생에 대하여 저항하는 상부 축부재(150) 및 상부 접촉부재(130)의 상단부 측이 변위 발생 방향을 따라 함께 이동하는 경우가 발생할 수 있다.

이와 같은 문제를 방지하기 위하여, 제1 회전 저항부재(190)는 제1 삽입부재(110) 및 접촉부재(130) 간 대면하는 측 면에 마찰계수를 증가시켜 제1 삽입부재(110)에 대한 상부 접촉부재(130)의 회전에 대하여 저항한다. 즉, 수평 변위 발생에 저항하는 기능을 가진다. 따라서, 비상시 더욱 안정된 역할을 수행함으로써 상부구조물(93)의 낙교 발생 역시 방지 가능하다.

이러한 제1 회전 저항부재(190)는 예를 들어 UHMWPE(Ultra High Molecular Weight PolyEthylene)로 이루어질 수 있으며, 그 형상은 상부 축부재(150)의 관통을 허용하도록 대략 링(Ring) 형상으로 형성될 수 있으나 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 관절부(30)는 댐퍼(1)의 중심축을 형성하며 제1 고정부(10) 및 제2 고정부(50)의 말단 측에 각각 연결되어 상기 제1 및 제2 고정부(10, 50)를 직간접적으로 연결하는 구성으로, 지진 시 발생하는 지진에너지를 회전 운동 중 발생하는 마찰력을 통해 흡수 가능하다. 또한, 제1 및 제2 고정부(10, 50) 사이에 관절부를 형성함으로써 하중을 수용하는 지점을 추가하고 하중 전달 경로를 연장하여, 구조적 안정성을 한층 도모할 수 있다.

이를 위하여, 관절부(30)는 중앙 부재(310), 관절 축부재(330), 중앙 가압부재(350)와, 삽입 부재(370)를 포함할 수 있다.

중앙 부재(310)는 하부 접촉부재(530) 내에 삽입되는 양 상부 접촉부재(130) 이격 공간 사이에, 또는 이와 반대로 상부 첩촉부재(130) 내에 삽입되는 양 하부 접촉부재(530)의 이격 공간 사이에 배치되어 상기 접촉부재들(130, 530) 간 길이방향을 따라 균일한 이격 거리를 유지할 수 있도록 하는 구성이다. 중앙 부재(310)는 그 중심축을 따라 관절축부재(330)의 삽입을 허용하기 위한 수용공(311)이 형성되어 있다. 따라서, 수용공(311)과, 제1 삽입공(131) 및 후술할 제3 삽입공(531)을 매칭시킨 상태에서 관절축부재(330)를 삽입하여 제1 및 제2 고정부(10, 50)가 관절부(30)에 의하여 상호 결합되도록 할 수 있다. 중앙 부재(310)는 예를 들어 대략 링 형상으로 형성될 수 있으나, 본 발명의 범위가 상기 예시에 의하여 제한되는 것은 아님에 유의하여야 한다.

관절축부재(330)는 댐퍼(1)의 중심축을 형성하는 대략 원통형상으로 형성되는 구성으로, 제3 삽입공(531), 제1 삽입공(131) 및 수용공(311)을 관통하여 배치된다. 관절축부재(330)는 예를 들어 볼트일 수 있으나 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 관절축부재(330)는 그 직경이 제1 및 제3 삽입공(131, 531) 직경과 대략 동일한 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

중앙 가압부재(350)는 상부 접촉부재(130) 및 하부 접촉부재(530)가 상호 이격 없이 밀착하도록 하기 위하여 최외곽 접촉부재(130 또는 530)의 외측면을 가압하는 구성으로, 예를 들어 너트로 이루어질 수 있다.

삽입 부재(370)는 상호 접촉하는 측 상하부 접촉부재들(130, 530) 사이 공간에 삽입되어 지진시 관절부(30) 측에 회전 변위가 발생할 때 접촉부재들(130, 530) 간 밀착면에 마찰계수를 증가시킬 수 있도록 하는 구성이다. 또한, 삽입부재(370)는 중앙 부재(310)의 상하부 접촉부재들(130 또는 530)과 맞닿는 측면 측에 역시 삽입될 수 있다. 이에 따라 중앙 부재(310)와 접촉부재들(130 또는 530) 및/또는 접촉부재들(130, 530)이 장기간 직접적으로 접촉 및 회전하여 발생할 수 있는 파손 등을 미연에 방지함과 동시에, 지진에너지를 마찰력을 통해 더욱 용이하게 흡수 가능한 장점이 발생한다. 즉, 비상시 상부구조물(91)의 수평 변위 발생을 최대한 억제 가능하다. 삽입 부재(370)는 제1 회전 저항부재(190)와 동일 재질로 이루어질 수 있다.

제2 고정부(50)는 하부 구조물(93)의 일 측에, 바람직하게 측면 일 측에 형성되며 제1 고정부(10) 측으로부터 전달되는 하중을 수용하는 구성으로, 이를 위하여 제2 삽입부재(510), 하부 접촉부재(530), 하부 축부재(550), 하부 가압부재(570)와, 제2 회전 저항부재(590)를 포함할 수 있다.

제2 삽입부재(510)는 양 측면을 관통 형성하는 관통공(511)에 하부 축부재(550)의 삽입을 허용함으로써 후술할 하부 접촉부재(530)와 결합되는 구성으로, 교량 하부구조물(93)과 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 제2 삽입부재(510)의 형상에는 제한이 없으며, 예를 들어 그 외면이 대략 사각판 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 관통공(511)은 내주면을 따라 하부 축부재(550)의 삽입을 허용하는 구성으로, 그 직경이 하부 축부재(550)의 직경과 대략 일치하도록 형성되어, 상기 축부재(570)의 외주면과 관통공(511)의 내주면 사이에 유격이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그러므로, 비상시에 지진에 따른 수평하중 발생시, 관통공(511)의 내주면이 하부 축부재(550)의 외주면과 밀착하도록 하여, 상부구조물(93)의 수평변위 발생을 간접적으로 방지함으로써 상기 상부구조물(93)의 낙교를 방지할 수 있다. 상세한 사항은 후술하도록 한다.

하부 접촉부재(530)는 제2 삽입부재(510)의 양 측면과 각각 밀착되며, 양 측면을 따라 상기 접촉부재(530)의 일단과 인접한 위치에 형성되는 제3 삽입공(531)에 삽입되는 하부 축부재(550)에 의하여 상기 제2 삽입부재(510)와 연결되는 한 쌍의 구성이다. 또한, 하부 접촉부재(530)에는 제3 삽입공(531)과 이격된 위치에, 더욱 상세하게는 접촉부재(530)의 타단과 인접한 위치에 제4 삽입공(533)이 형성되어 후술할 관절 축부재(330)의 삽입을 허용한다.

또한, 제3 삽입공(531)은 모두 그 직경 크기가 하부 축부재(550)의 직경 크기와 대략 일치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 하부 접촉부재(530) 또는 축부재(550)의 공회전을 방지할 수 있다.

하부 축부재(550)는 제2 삽입부재(510) 및 하부 접촉부재(530)를 상호 연결/결합하며 수평 하중 발생시 댐퍼(1)의 일단을 잡아주어 상부구조물(91)의 수평 변위 발생에 대하여 저항하는 구성이다. 예를 들어 하부 축부재(550)는 볼트로 이루어질 수 있으나 이에 별도의 제한이 있는 것은 아님에 유의하여야 한다.

하부 가압부재(570)는 상부 접촉부재(530)의 양 측면과 밀착되어 상부 축부재(550)의 일단 및/또는 양단에 끼워지는 구성으로, 예를 들어 너트로 이루어질 수 있다. 하부 가압부재(570)에 의하여 하부 접촉부재(530)가 제2 삽입부재(510)와 더욱 밀착되도록 할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼(1)의 동작에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 상기에서 설명하고 이하에서 동작방식을 설명할 마찰 댐퍼(1)는 고정단 마찰 댐퍼에 관한 것임에 유의하여야 한다.

먼저, 제1 고정부(10)에 제2 고정부(50)로부터 멀어지는 방향으로 수평하중이 발생하는 경우를 상정하여 설명한다. 상부구조물(91)에 일정 범위 이상의 수평 변위가 발생하여 상부 접촉부재(130)가 제1 삽입부재(110)와 함께 변위 발생 방향을 따라 이동하려고 할 때에 제2 고정부(50)에 의해 반대 방향으로 저항력이 발생하여 상부구조물(91)의 소정의 수준 이상의 수평 변위 발생을 방지한다. 즉, 관절부(30) 및 제2 고정부(50)가 제1 고정부(10) 측을 잡아주게 되는 것이다.

또한, 비상시, 즉 지진 발생시, 수평하중이 작용하여 관절부(30)의 관절축부재(330)를 회전축으로 하여 제1 삽입부재(110) 및 제2 삽입부재(510)가 소정의 범위 내에서 회전할 수도 있다. 즉, 관절부(30) 및 제2 고정부(50)가 제1 고정부(10) 측을 잡아준다 하여도 상부구조물(93) 측에 수평 변위 발생을 완전히 방지할 수는 없다. 이 때, 상부 축부재(150), 관절축부재(330) 및 하부 축부재(550)재가 삽입된 상하부 접촉부재(130, 530)가 회전하려는 경우가 발생 가능하다. 이러한 상하부 접촉부재(130, 530)의 회전을 최대한 억제하기 위하여, 제1 회전 저항부재(190) 및/또는 삽입부재(370) 및/또는 제2 회전 저항부재(590)가 마찰계수를 증가시켜 회전에 저항함으로써 지진에너지를 마찰력을 통해 흡수할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼의 참고도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼(1')에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼(1')는 일방향 상시 거동을 위한 댐퍼(1')에 관한 것으로, 전술한 일 실시예에 따른 제1 고정부(10), 관절부(30)와, 제2 고정부(50)와 동일한 구성을 가지며, 제1 삽입부재(110')만이 상이하게 형성된다.

제1 삽입부재(110')에 전후면을 따라 관통 형성되는 관통공(110')의 측면 형상을 원형이 아닌, 수평 방향을 따라 소정의 거리 연장 형성되도록 한다. 예를 들어, 관통공(110')은 사각 형상을 가지고, 양 측 말단이 반원 형상으로 형성되는 장공으로 형성된다. 즉, 양 측면에 형성되는 내주면은 반원형으로, 상하측 내면은 일정거리 연장 형성되는 직선형으로 형성되도록 한다. 또한, 상하측 내면 간 이격 거리는 상부 축부재(150)의 직경과 대략 동일 크기로 형성되되 상부 축부재(150)가 관통공(110')의 내면을 따라 이동하는 것이 가능한 수준으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러므로, 수평 변위 발생시 소정의 범위 내에서 상부구조물(91)의 일 방향 상시 거동을 가능하게 할 수 있다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼의 정면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼(1'')에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼(1'')는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 고정부(10) 및 제2 고정부(50)와 동일한 구성을 갖되, 상부 접촉부재(130) 및 하부 접촉부재(530), 그리고 관절부(30)를 구비하지 않고, 연결부재(30'')를 포함한다.

연결부재(30'')는 일 단이 상부 축부재(150'')를 통하여 제1 고정부(10'')에, 타 단이 하부 축부재(550'')를 통해 제2 고정부(50'') 측에 결합되는 구성이다. 따라서 연결부재(30'')는 각각 제1 및 제2 고정부(10'', 50'') 측과 결합되는 양 말단부와 인접한 측에 상하부 축부재(150'', 550'')의 직경과 대략 동일한 직경 크기를 가지는 부재 삽입공(310'')을 포함할 수 있다. 이러한 연결부재(30'')는 제1 및 제2 고정부(10'', 50'')의 양 측면과 직간접적으로 맞닿도록 한 쌍이 형성되는 것이 바람직하다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부재(30'')는 제1 고정부(10'') 측과 결합하는 일단으로부터 제2 고정부(50'') 측과 결합하는 타단 측으로 연장됨에 따라 그 정면 형상이 곡면형으로 형성될 수 있다. 따라서, 상시에 수평하중 발생시 가요성이 부여되는 곡면형 연결부재(30'')가 펴짐으로써 해당 수평하중을 수용함과 동시에 일정 수준 이상의 수평 변위 발생을 방지할 수 있다.

또한, 지진 발생 등으로 인한 비상시 소정의 범위를 넘어서는 수평 하중이 발생하면 연결부재(30'')가 파단되도록 하여 상하부 축부재(150'', 550'')의 파손을 방지할 수 있다. 상하부 축부재(150'', 550'')는 각각 상하부구조물(91, 93)과 일체로 결합되어 있으므로, 파손시 재설치에 대한 문제가 발생한다. 다만, 연결부재(30'')는 파단시 신규 부재를 다시 상하부 축부재(150'', 550'')에 결합함으로써 경제성 및 안정성을 도모할 수 있다.

그리고, 이러한 연결부재(30'')는 곡면형으로 형성됨과 동시에 대략 'S'자로 형성되도록 하여 하중 전달경로의 길이를 최대한 길게 형성하는 것이 바람직하다. 이 때 비상시 발생하는 하중에 대한 저항수준을 최대화할 수 있는 이점이 발생한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연결부재(30'')는 그 정면 형상이 대략 사각 형상으로 형성되며, 교축 방향과 평행한 방향을 따라 형성되는 한 개 이상의 절개공(330'')을 포함할 수 있으며, 다수의 절개공(330'')을 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 절개공들(330'')은 전술한 바와 같이 교축 방향과 평행하도록 연장되되, 인접한 절개공들(330'')이 연장 방향과 대략 직교한 방향으로 일정 거리 이격 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 비상시 교축 방향을 따라 수평 하중 발생시 안정된 저항력을 발생시킬 수 있다.

결국, 이러한 구조를 통하여 상시에는 수평 하중을 발생에 따라 제1 고정부(10'')에서 소정 거리 수평 변위 발생시, 수평 하중이 전달되는 연결부재(30'')에 소성 변형이 발생한다. 또한, 지진 발생 등과 같은 비상시에는, 연결부재(30'')가 절개공(330'')의 연장 방향을 따라 저항하다가 파단되도록 유도함으로써, 제1 및 제2 고정부(10'', 50'')의 파손을 방지할 수 있다. 파단된 연결부재(30'')는 신규 연결부재(30'')로 대체 가능하여 안정성에 문제가 발생하지 않는다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연결부재(30'')는 그 정면 형상이 대략 사각 형성으로 형성되되, 일 부재 삽입공(310'')이 일 에지부(Edge)와 인접한 위치에, 타 부재 삽입공(310'')이 타 에지부(Edge)와 인접한 위치에 형성되도록 하여, 일 에지부 측이 제1 고정부(10'')와, 타 에지부 측이 제2 고정부(50'')와 결합되도록 한다. 또한, 연결부재(30'')의 외면 내측으로 상기 연결부재(30'')의 외면과 상보적인 형상을 가지는 개방공(350'')이 형성된다. 따라서, 개방공(350'')의 4 에지부 중 대향하는 2 에지부는 각각 제1 및 제2 고정부(10'', 50'')와 인접하도록 위치한다.

이러한 연결부재(30'')로 인하여, 상시 수평 변위 발생시 연결부재(30'')가 수평 하중 발생 방향을 따라 용이하게 소성 변형 가능하도록 할 수 있다. 또한, 지진 발생 등과 같은 비상시, 제1 및 제 고정부(10'', 50'')의 파손에 앞서 연결부재(30'')가 파단되도록 할 수 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다.

1 : 본 발명의 일 실시예 따른 교량용 마찰 댐퍼
10 : 제1 고정부
110 : 제1 삽입부재 111 : 관통공
130 : 상부 접촉부재 131 : 제1 삽입공
133 : 제2 삽입공
150 : 상부 축부재 170 : 상부 가압부재
190 : 제1 회전 저항부재
30 : 관절부
310 : 중앙 부재 311 : 수용공
330 : 관절축부재 350 : 중앙 가압부재
370 : 삽입 부재
50 : 제 고정부
510 : 제2 삽입부재 511 : 관통공
530 : 하부 접촉부재 531 : 제3 삽입공
533 : 제4 삽입공
550 : 하부 축부재 570 : 하부 가압부재
590 : 제2 회전 저항부재
1' : 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼
110' : 제1 삽입부재
1'' : 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 교량용 마찰 댐퍼
30'' : 연결부재

Claims

교량 상부 구조물의 일 측에 형성되어 비상시 상부구조물에 대한 수평 변위 발생에 수용 및 저항하는 제1 고정부;
제1 고정부 및 제2 고정부의 말단 측에 각각 연결되며 댐퍼의 중심축을 형성하는 관절부; 및
교량 하부 구조물의 일 측에 형성되며 제1 고정부 측으로부터 전달되는 하중을 수용하고 상부구조물의 수평 변위 발생에 수용 및 저항하는 제2 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 교량용 마찰 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 관절부는 상부구조물에 상시 작용하는 수평하중에 대하여 제1 고정부로부터 제2 고정부 측으로 전달하고, 비상시 작용하는 수평하중에 대하여 변위 발생에 저항하는 것을 특징으로 하는, 교량용 마찰 댐퍼.
제1항에 있어서,
상기 제1 고정부는 양 측면을 관통 형성하는 관통공을 따라 상부 축부재의 삽입을 허용하는 제1 삽입부재; 상기 제1 삽입부재의 양 측면과 각각 밀착되며 상기 제1 삽입부재와 결합되고, 상부 축부재의 삽입을 허용하기 위하여 일단 측에는 제1 삽입공이 형성되며, 관절축부재의 삽입을 허용하기 위하여 타단 측에는 제2 삽입공이 형성되는 한 쌍의 상부 접촉부재; 및 상기 제1 삽입부재 및 상부 접촉부재와 결합되는 상부 축부재;를 포함하고,
상기 제2 고정부는 양 측면을 관통 형성하는 관통공을 따라 하부 축부재의 삽입을 허용하는 제2 삽입부재; 상기 제2 삽입부재의 양 측면과 각각 밀착되며 상기 제2 삽입부재와 결합되고, 하부 축부재의 삽입을 허용하기 위하여 일단 측에는 제3 삽입공이 형성되며, 관절축부재의 삽입을 허용하기 위하여 타단 측에는 제4 삽입공이 형성되는 한 쌍의 하부 접촉부재; 및 상기 제2 삽입부재 및 하부 접촉부재와 결합되는 하부 축부재;를 포함하고,
상기 관절부는 하부 접촉부재 내에 삽입되는 양 상부 접촉부재의 이격 공간 사이에, 또는 상부 접촉부재 내에 삽입되는 양 상부 접촉부재의 이격 공간 사이에 배치되며 관절축부재의 삽입을 허용하기 위하여 수용공이 형성되는 중앙 부재; 및 댐퍼의 중심축을 형성하는 관절축부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 교량용 마찰 댐퍼.
제3항에 있어서,
상기 관절부는 상호 접촉하는 측 상하부 접촉부재들 사이 공간에, 또는 상기 상부 또는 하부 접촉부재와 중앙 부재의 맞닿는 측면에 삽입되어 비상시 관절부 측에 회전 변위가 발생할 때 상기 상하부 접촉부재들 간 또는 중앙 부재의 양 측면 밀착 위치의 마찰계수를 증가시키는 삽입부재;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 교량용 마찰 댐퍼.
제4항에 있어서,
상기 삽입부재는 UMHWPE로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 교량용 마찰 댐퍼.
제3항에 있어서,
상기 제1 삽입부재의 관통공의 직경 크기는 상기 상부 축부재의 직경과 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 교량용 마찰 댐퍼.
제3항에 있어서,
상기 제1 고정부는 상기 제1 삽입부재 및 상부 접촉부재 사이에 삽입되어 비상시 상부구조물에 작용하는 수평 하중 발생시, 상기 상부구조물의 수평 변위 발생에 저항하도록 상기 제1 삽입부재 및 상부 접촉부재의 인접한 면의 마찰계수를 증가시켜 상기 상부 접촉부재의 회전에 저항하는 제1 회전 저항부재;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 교량용 마찰 댐퍼.
제3항에 있어서,
상기 제1 삽입부재는, 형성되는 관통공의 형상이 수평 방향을 따라 사각 형상으로, 양 측 말단 측은 반원 형상의 장공으로 형성되도록 하여 상부구조물의 일방향 상시 거동을 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는, 교량용 마찰 댐퍼.
교량 상부 구조물의 하면 일 측에 형성되어 비상시 상부구조물에 대한 수평 변위 발생에 저항하는 제1 고정부;
교량 하부 구조물의 측면 일 측에 형성되며 제1 고정부 측으로부터 전달되는 하중을 수용하는 제2 고정부; 및
일 단 측이 상부 축부재를 통하여 제1 고정부에, 타 단 측이 하부 축부재를 통해 제2 고정부에 결합되며 각각 일체로 형성된 한 쌍의 연결부재;를 포함하고,
상기 제1 고정부는 양 측면을 관통 형성하는 관통공을 따라 상부 축부재의 삽입을 허용하는 제1 삽입부재; 및 상기 제1 삽입부재와 결합되며 비상시 작용하는 수평 하중에 저항하는 상부 축부재;를 포함하고,
상기 제2 고정부는 양 측면을 관통 형성하는 관통공을 따라 하부 축부재의 삽입을 허용하는 제2 삽입부재; 및 상기 제2 삽입부재와 결합되며 비상시 작용하는 수평 하중에 저항하는 하부 축부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 교량용 마찰 댐퍼.
제9항에 있어서,
상기 연결부재는 제1 고정부 측과 결합하는 일단으로부터 제2 고정부 측과 결합하는 타단 측으로 연장됨에 따라 그 정면 형상이 곡면형으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 교량용 마찰 댐퍼.
제9항에 있어서,
상기 연결부재는 그 정면 형상이 사각 형상으로 형성되며, 제1 고정부 측으로부터 제2 고정부 방향으로 연장되되 상부구조물의 교축 방향과 평행하도록 형성되는 다수의 절개공들;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 교량용 마찰 댐퍼.
제9항에 있어서,
상기 연결부재는 그 정면 형상이 사각 형성으로 형성되되, 일 부재 삽입공이 일 에지부와 인접한 위치에, 타 부재 삽입공이 타 에지부와 인접한 위치에 형성되도록 하며, 내측에 상기 연결부재의 외면과 상보적인 형상을 가지는 개방공;이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는, 교량용 마찰 댐퍼.