KR20220025444A - 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치 - Google Patents

Abstract

탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치가 개시된다. 본 발명에 따른 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치는, 하부구조물의 상단부에 설치되는 하판; 상기 하판에서 이격된 상태로 상기 상부구조물의 하단부에 설치되는 상판; 상기 하판에 설치되어 상기 상,하부구조물로부터 전달된 수평방향의 진동에 따라 좌우로 탄성변형되며 진동을 감쇠하는 탄성소재의 수평감쇠부; 탄성소재의 시편과 결합된 상태에서 상기 수평감쇠부와 동일한 조건에 상기 시편이 놓이도록 상기 상판과 상기 하판 사이에 설치되고, 필요시 상기 탄성소재의 변성여부에 대한 검사를 위해 상기 시편이 인출되도록 구성된 검측부; 및 상기 하판, 상판 및 수평감쇠부를 감싸도록 구비되는 보호커버를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 상,하부구조물로부터 전달된 수평방향의 진동은 물론, 수직방향의 진동까지도 효과적으로 완충 내지 감쇠될 수 있고, 내부에 위치한 탄성소재의 변성이나 열화여부에 대한 검사가 면진장치를 해체하지 않고도 설치된 상태에서 손쉽게 정기적으로 이루어질 수 있어 최적의 상태로 면진장치가 유지될 수 있고, 구조물에 대한 안정성이 효과적으로 관리될 수 있게 된다.

Description

탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치{SEISMIC ISOLATOR FOR CHECKING DETERIORATION OF ELASTIC MATERIAL}

본 발명은, 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수직 및 수평방향의 진동을 감쇠하며, 내부에 설치된 탄성소재의 변성이나 열화여부를 외부에서 검사할 수 있는 면진장치에 관한 것이다.

최근 들어 지진활동의 확대추세와 전세계적인 기후변화 등에 따른 자연재해의 증가 및 이에 대한 불확실성의 확대로 인하여 구조물에 대한 소정 수준 이상의 안전시설이나 설비의 도입은, 근래 구조물 건축에 있어서 점차 엄격하게 요구되고 있다.

이러한 추세에도 불구하고, 최근까지 우리나라는 다양한 자연현상 중 특히, 지진으로부터 안전한 국가라는 오래된 인식으로 인해 구조물 최적화설계 및 붕괴방지 등의 연구개발에 대한 적극적 투자와 장려가 충분하게 이루어지지 못한 결과로서, 현재 국내의 구조물과 각종 시설물들의 대부분은 지진이나 태풍과 같은 예측하기 어려운 자연재해에 대하여 더욱 취약할 수밖에 없는 상황에 놓여있다.

다만, 최근 고층건물이나 장대 교량과 같은 대형구조물의 건설이 종전에 비해 점점 일반화되고 증가됨에 따라 외부에서 발생하는 하중(지진, 태풍)으로부터 구조물의 안전성을 확보하기 위해 구조물 자체가 직접 진동에너지를 흡수토록 하는 내진설계가 개발되어 적용되고 있다.

또한, 구조물에 유입되는 진동에너지를 소산시킬 수 있는 다양한 제진 또는 면진장치에 대한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.

일례로, 교량의 경우, 대한민국등록특허 제10-1007694호(등록일: 2011년 01월 05일)에서 개시되고 있는 면진시스템(납 면진받침)이 교량을 구성하는 상판과 교각 사이에 설치됨으로써, 교각이나 상판으로 전달되는 진동에너지로부터 교량의 손상을 효과적으로 방지하고 있다.

다만, 대한민국등록특허 제10-1007694호(등록일: 2011년 01월 05일)에서 개시되고 있는 면진시스템은, 수평진동에 대응하여 중앙부의 탄성체(30)가 좌우로 기울어지는 변형을 통해 진동을 감쇠시키지만 반면에 미소하게 구조물을 아래로 침강시키는 문제가 있고, 금속판(32)에 의한 제한으로 인해 수직진동에 대한 충분한 진동감쇠가 이루어지지 못하는 문제가 있다.

또한, 탄성체(30)의 내부에 금속판(32)과 함께 적층구조를 이루는 탄성판(31)은, 면진시스템이 설치된 외부 환경에 오랜 기간 노출되면, 본래의 탄성을 상실하여 진동감쇠 기능을 제대로 발휘하지 못하는 열화(劣化,Deterioration)현상이 발생하게 되는데, 이러한 열화현상은 외부에서 면진시스템을 해제하지 않고서는 쉽게 확인하기 어려운 문제가 있다.

따라서 상술한 바와 같이 여러 문제를 야기하는 기존 면진시스템에 대한 구조적인 개선이 필요한 실정이다.

대한민국등록특허 제10-1007694호(등록일: 2011년 01월 05일)

본 발명의 목적은, 구조물 간에 전달되는 진동을 완충 내지 감쇠할 수 있고, 내부에 위치한 감쇠소재인 탄성소재에 대한 변성이나 열화여부를 면진시스템을 해체하지 않고도 설치된 상태에서 손쉽게 정기적으로 검사할 수 있는 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 하부구조물의 상단부에 설치되는 하판; 상기 하판에서 이격된 상태로 상부구조물의 하단부에 설치되는 상판; 상기 하판에 설치되어 상기 상,하부구조물로부터 전달된 수평방향의 진동에 따라 좌우로 탄성변형되며 진동을 감쇠하는 탄성소재의 수평감쇠부; 탄성소재의 시편과 결합된 상태에서 상기 수평감쇠부와 동일한 조건에 상기 시편이 놓이도록 상기 상판과 상기 하판 사이에 설치되고, 필요시 상기 탄성소재의 변성여부에 대한 검사를 위해 상기 시편이 인출되도록 구성된 검측부; 및 상기 하판, 상판 및 수평감쇠부를 감싸도록 구비되는 보호커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치에 의해 달성된다.

상기 검측부는, 상기 상판에 대하여 회동가능하게 결합된 상태로 하단부가 상기 수평감쇠부를 관통하며 상기 하판에 탄성지지되고, 내부를 관통하는 중공이 형성된 복수의 지지봉; 상기 시편과 결합된 상태로 상기 상판을 관통하여 상기 중공에 삽입되는 핀부재; 및 상기 핀부재의 상단부에 구비되어 상기 상판과 밀폐가능하게 결합되는 마감캡을 포함할 수 있다.

상기 지지봉은, 상기 상판의 하면에 회동가능하게 볼조인트 결합되는 볼헤드; 상기 볼헤드에서 상기 수평감쇠부를 관통하도록 연장형성되고, 복수의 통기공이 형성된 막대부재; 및 상기 막대부재의 하단부에 결합되어 압축변형되며 상기 막대부재를 지지하는 콘형 코일스프링을 포함할 수 있다.

상기 수평감쇠부는, 탄성판과 금속판이 교대로 적층되며 일체화되어 상기 하판에 설치되고, 상기 상판과 상기 수평감쇠부 사이에는, 상기 상,하부구조물로부터 전달된 수직방향의 진동에 따라 상하로 압축변형되며 진동을 감쇠하는 수직감쇠부가 개재될 수 있다.

상기 상판과 상기 하판 사이에는, 상기 상,하부구조물로부터 전달된 진동에 따라 형상변형되며 상기 수평감쇠부와 상기 수직감쇠부의 감쇠능력을 보완하는 납블록이 상기 수평감쇠부의 중앙부를 관통하며 설치될 수 있다.

상기 보호커버로 둘러싸인 내부 공간에는, 상기 수평감쇠부와 상기 검측부의 작동을 원활하게 하는 윤활물질과, 온도변화에 따라 가변적인 감쇠작동이 이루어지게 하는 상변이물질이 서로 혼합되어 충진될 수 있다.

본 발명에 의하면, 상판에 이격배치된 하판에 설치되는 탄성소재의 수평감쇠부와 상부에 구비된 수직감쇠부로 인해 상,하부구조물로부터 전달된 수평방향의 진동은 물론, 수직방향의 진동까지도 효과적으로 완충 내지 감쇠될 수 있고, 탄성소재의 시편과 결합된 상태에서 수평감쇠부와 동일한 조건에 시편이 놓이도록 설치되는 검측부가 필요시 시편을 인출할 수 있도록 구성됨에 따라 내부에 위치한 탄성소재의 변성이나 열화여부에 대한 검사가 면진장치를 해체하지 않고도 설치된 상태에서 손쉽게 정기적으로 이루어질 수 있어 최적의 상태로 면진장치가 유지될 수 있고, 구조물에 대한 안정성이 효과적으로 관리될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해도이다.
도 3은 도 1의 일부분을 절단한 부분단면도이다.
도 4는 도 1의 면진장치가 수평방향의 진동에 따라 좌우로 거동하는 상태를 각각 보여주는 작동상태도이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 면진장치가 수직방향의 진동에 따라 상하로 거동하거나 기울어지는 상태를 각각 보여주는 작동상태도이다.
도 7은 도 1의 면진장치가 설치된 교량구조물을 도시한 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해도이고, 도 3은 도 1의 일부분을 절단한 부분단면도이고, 도 4는 도 1의 면진장치가 수평방향의 진동에 따라 좌우로 거동하는 상태를 각각 보여주는 작동상태도이고, 도 5 및 도 6은 도 1의 면진장치가 수직방향의 진동에 따라 상하로 거동하거나 기울어지는 상태를 각각 보여주는 작동상태도이고, 도 7은 도 1의 면진장치가 설치된 교량구조물을 도시한 정면도이다.

발명의 설명 및 청구범위 등에서 방향을 지칭하는 상(위쪽), 하(아래쪽), 좌우(옆쪽 또는 측방), 전(정,앞쪽), 후(배,뒤쪽) 등은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 도면 및 구성 간의 상대적 위치를 기준으로 정한 것으로, 3개의 축은 서로 대응되게 회전하여 바뀔 수 있으며, 특별히 다르게 한정하는 경우 외에는 이에 따른다.

본 발명에 따른 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치(100)는, 외부에서 발생된 외력(지진, 태풍)에 의해 흔들리게 되는 구조물에 전달된 진동(HF,VF)을 완충 내지 감쇠하는 한편, 면진장치(100)를 해체하지 않고도 내부에 위치한 감쇠소재인 탄성소재의 변성이나 열화(劣化,Deterioration) 여부를 외부에서 손쉽게 확인 내지 검사할 수 있도록 하기 위해 안출된 발명이다.

상술한 바와 같은 기능 내지 작용을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치(100)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 하판(110), 상판(120), 수평감쇠부(130), 검측부(140), 보호커버(150), 수직감쇠부(160) 및 납블록(170) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 위에 언급된 각 구성들에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 하판(110) 및 상판(120)은, 하부구조물(30) 또는 상부구조물(20)로부터 전달된 입체적인 진동(HF,VF)을 후술할 수평감쇠부(130)나 수직감쇠부(160) 등의 감쇠수단에 온전히 전달하기 위해 마련된 판상의 구성요소로서, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 이격배치된 상태로 각각 하부구조물(30) 및 상부구조물(20)과 일체를 이루도록 결합 내지 설치될 수 있다.

이러한 하판(110) 및 상판(120)은, 구체적으로 도시하지 않았지만, 외측으로 플랜지가 확장형성된 견고한 금속판(134)으로 제작되어 플랜지를 관통하는 다수의 앙카 볼트 또는 볼트/너트와 같은 체결수단에 의해 각각 하부구조물(30)의 상단부 및 상부구조물(20)의 하단부에 견고히 결합될 수 있다.

본 발명에서 하판(110)과 상판(120)을 매개로 전달되는 진동은, 하부구조물(30)과 상부구조물(20)부터 유래하는 것이지만, 이러한 진동으로 인해 하판(110)과 상판(120)이 위아래로 이격되거나 좌우로 엇갈리는 이동은 서로 상대적인 것이므로, 진동의 근원이 하부구조물(30) 인지, 상부구조물(20) 인지는 특별히 구분하지 않기로 한다.

수평감쇠부(130)는, 상,하부구조물(20,30)로부터 전달된 수평방향의 진동(HF)에 따라 좌우로 탄성변형되며 진동을 감쇠하는 탄성소재로 이루어진 구성요소로서, 하판(110)과 일체화되도록 설치되어 하판(110)을 통해 하부구조물(30)의 진동(HF,VF)을 전달받게 된다.

이러한 수평감쇠부(130)는, 상하로 압축가능하고, 상단면과 하단면이 각각 좌우 반대방향으로 상대이동하는 탄성변형이 가능하며, 외력 즉, 진동(HF,VF)이 제거되면 원래의 형태로 복원가능한 우레탄 결합을 가진 열가소성의 고분자 화합물인 폴리우레탄을 소재로 기둥형 블록으로 제작될 수 있다.

여기서 폴리우레탄은 고분자 화합물의 조성과 첨가제 등의 함량 조절에 따른 강도 변화를 통해 폭넓은 범위의 탄성 구현이 용이하고 내구성 또한 우수하기 때문에, 본 발명에 따른 면진장치는, 다양한 물성과 탄성으로 개별 제작된 폴리우레탄 블록을 적절히 선택하거나 교체함으로써, 수평감쇠부(130)의 복원능력과 진동감쇠능력을 필요에 따라 다양하게 가변시킬 수 있게 된다.

다만, 본 발명의 실시예에 따른 수평감쇠부(130)는, 수직방향의 진동(VF)보다는 수평방향의 진동(HF)에 대한 감쇠기능을 전담하기 위해, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 위아래로 배열된 탄성판(132)과 금속판(134)이 교대로 적층되며 일체화된 형태로 제작하게 된다.

여기서, 탄성판(132)과 금속판(134) 간의 일체화는, 에폭시 등과 같은 접착물질에 의해 상호 결합되어 이루어지거나 또는 적층된 탄성판(132)과 금속판(134) 간을 관통하며 이들을 가압고정하는 볼트/너트, 와이어 등과 같은 체결수단에 의해 이루어질 수 있다.

한편, 탄성판(132)으로만 구성하지 않고 금속판(134)이 탄성판(132) 사이에 개재되도록 한 이유는, 수직방향에 대한 탄성판(132)의 탄성변형은 금속판(134)에 의한 지지로 일정하게 제한하면서도 각각의 탄성판(132)이 수평방향 성분의 진동(HF)에 대하여 금속판(134)을 기준으로 상대적으로 인장되며 탄성변형(TD) 및 복원되도록 변형의 방향을 정확히 안내하기 위함이다.

본 발명의 실시예에 따른 탄성판(132)은, 상술한 바와 같이 우레탄 결합을 가진 열가소성의 고분자 화합물인 폴리우레탄을 소재로 하여 판형상으로 제작할 수 있고, 다양한 물성과 탄성으로 개별 제작된 폴리우레탄 판을 적절히 선택하거나 조합함으로써 수평감쇠부(130)의 복원능력과 진동감쇠능력을 필요에 따라 다양하게 가변시킬 수 있게 된다.

이러한 탄성판(132)과 금속판(134)의 적층구조로 인해, 상,하부구조물(20,30)로부터 전달된 진동(HF,VF) 중 수평방향 성분의 진동(HF)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 수평감쇠부(130) 및 보호커버(150) 자체를 통해 1차로 감쇠되고, 나머지 수직방향 성분의 진동(VF)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 후술할 검측부(140), 보호커버(150) 자체, 수직감쇠부(160) 및 납블록(170) 등으로 분산되며 순차적 또는 중첩적으로 완충 내지 감쇠됨으로써, 진동(HF,VF)에 대한 감쇠처리가 효율적, 중첩적으로 이루어질 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 하판(110)에 설치되는 수평감쇠부(130)는, 하판(110)과 상판(120)을 둘러싸도록 구비되는 보호커버(150)에 의해 면진장치(100)의 내부에 수용되어 외기와의 접촉이 차단됨으로써, 외부 환경에 의한 탄성소재(탄성판(132) 또는 폴리우레탄 블록)의 변성이나 열화가 저감될 수 있게 된다.

이러한 보호커버(150)는, 상술한 수평감쇠부(130)나 후술할 수직감쇠부(160) 등의 변형(TD,CD)에 따라 함께 변형될 수 있도록 탄성소재로 이루어지고, 볼트나 접착물질 등과 같은 소정의 체결수단에 의해 하판(110), 상판(120) 및 수평감쇠부(130)에 견고히 결합될 수 있다.

검측부(140)는, 상술한 바와 같이 면진장치(100)의 내부에 구비되어 감쇠기능을 수행하는 수평감쇠부(130)의 탄성소재(탄성판(132) 또는 폴리우레탄 블록)가 상술한 보호커버(150)에 의한 외기 차단에도 불구하고 보호커버(150)의 파손이나 손상 등 다양한 원인에 의해 변성되거나 열화되었는 지를 면진장치(100)를 해체하지 않고도 외부에서 손쉽게 확인 내지 검사하기 위해 마련된 구성요소이다.

이러한 검측부(140)는, 수평감쇠부(130)를 구성하는 탄성소재(탄성판(132) 또는 폴리우레탄 블록)와 동일한 소재로 된 시편(S)과 결합된 상태에서 면진장치(100) 내부의 수평감쇠부(130)와 동일한 조건에 시편(S)이 놓이도록 상판(120)과 하판(110) 사이에 설치되는 한편, 변성이나 열화여부에 대한 검사가 필요한 경우 내부에 위치한 시편(S)을 외부로 인출할 수 있는 구조로 이루어질 수 있다.

즉, 위와 같은 기능 내지 작용을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 검측부(140)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 지지봉(142), 핀부재(144) 및 마감캡(146) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 지지봉(142)은, 상단부가 상판(120)에 대하여 회동가능하게 결합된 상태로 하단부가 수평감쇠부(130)를 관통하며 하판(110)에 탄성지지되도록 설치되는 구성요소로서, 길이방향을 따라 중공(141)이 관통형성된 막대형상으로 이루어질 수 있다.

이러한 지지봉(142)은, 수평감쇠부(130)의 변성이나 열화여부에 대한 신뢰도 있고 동시에 여러 지점에 대한 검사를 위해 복수 개로 구성될 수 있다.

구체적으로 지지봉(142)의 상단부에는, 상판(120)의 하면에 회동가능하게 볼조인트 결합되는 볼헤드(142a)가 형성될 수 있다.

이러한 볼헤드(142a)는, 하부구조물(30) 또는 상부구조물(20)로부터 전달된 입체적인 진동(HF,VF)에 따라 변형되는 수평감쇠부(130) 또는 상대적으로 기울어지는 상판(120)과 하판(110)에 대응한 지지봉(142)의 자유회전을 위해 마련된 구성요소로서, 이로 인해 중공(141)에 수납된 시편(S)은 원래의 위치를 유지할 수 있게 된다.

막대부재(142b)는, 볼헤드(142a)에서 수평감쇠부(130)를 관통하도록 연장형성되는 구성요소로서, 외주면에는 복수의 통기공(H)이 관통형성될 수 있다.

이때, 복수의 통기공(H)은 중공(141)과 연통됨으로써, 중공(141)에 위치한 시편(S)과 그 주변 수평감쇠부(130)의 탄성소재(탄성판(132) 또는 폴리우레탄 블록)는 서로 동일한 내부 환경 조건에 놓일 수 있게 된다.

이로 인해, 시편(S)은 그 주변의 탄성소재(탄성판(132) 또는 폴리우레탄 블록)와 근사한 수준으로 변성 또는 열화된다고 볼 수 있으므로, 수평감쇠부(130)를 구성하는 탄성소재(탄성판(132) 또는 폴리우레탄 블록)의 변성이나 열화여부를 판단하는 간접적인 지표가 될 수 있는 것이다.

콘형 코일스프링(142c)은, 입체적인 진동(HF,VF)에 따라 변형(TD,CD)되는 수평감쇠부(130) 또는 상대적으로 가변되는 상판(120)과 하판(110)에 대응하여 볼헤드(142a)를 통해 자유회전하는 지지봉(142)의 아래쪽을 탄성변형되며 지지하기 위해 마련된 구성요소이다.

이러한 콘형 코일스프링(142c)은, 막대부재(142b)의 하단부에 결합되어, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같은 면진장치(100)의 작동상태에 따라 하판(110)에 대하여 자유롭게 휘어지거나 압축변형됨으로써 상술한 막대부재(142b)를 지지하게 된다.

핀부재(144)는, 시편(S)과 결합된 상태로 시편(S)이 면진장치(100) 내부의 수평감쇠부(130)와 동일한 조건에 놓이도록 상판(120)을 관통하여 상술한 지지봉(142)의 중공(141)에 삽입되는 구성요소로서, 상단부에 후술할 마감캡(146)이 결합되고 하단부에 적어도 하나 이상의 시편(S)이 고정될 수 있다.

이러한 핀부재(144)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 볼헤드(142a)에 의해 상술한 막대부재(142b)가 기울어지더라도 자유롭게 휘어지며 시편(S)을 안전하게 중공(141) 내에 위치시키고 외부로 인출할 수 있도록, 유연한 금속 또는 합성수지 소재의 막대형상으로 제작할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 휘어지는 핀부재(144)의 과도한 꺾임을 방지하기 위해 볼헤드(142a) 쪽의 중공(141) 주변에는 테이퍼 가공 또는 모따기 가공이 이루어질 수 있다.

마감캡(146)은, 면진장치(100) 내부로 외기가 유입되는 것을 차단하기 위해 핀부재(144)의 상단부에 구비되어 상판(120)에 형성된 체결부(122)와 밀폐가능하게 결합되는 구성요소이다.

이러한 마감캡(146)과 체결부(122) 간의 결합이 상부구조물(20)의 검측공(22)을 통해 해제되면, 마감캡(146)은 상판(120)으로부터 분리될 수 있고, 시편(S)이 결합된 핀부재(144)는 중공(141)으로부터 인출될 수 있게 되므로, 검사자는 필요한 때마다 시편(S)에 대한 변성 내지 열화여부 검사를 수행할 수 있게 되는 것이다.

수직감쇠부(160)는, 상판(120)과 수평감쇠부(130) 사이에 개재되어 상,하부구조물(20,30)로부터 전달된 수직방향의 진동(VF)에 따라 상하로 변형(CD,TD)되며 진동을 감쇠하는 구성요소로서, 압축과 복원이 원활하게 이루어질 수 있는 금속이나 합성수지 등을 소재로 제작된 코일 또는 나선형의 스프링일 수 있다.

다만, 본 발명의 실시예에 따른 수직감쇠부(160)는, 초탄성 형상기억합금을 소재로 제작하여 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 코일형상의 가운데 공간에 복수의 검측부(140)가 위치하도록 배치한 상태에서 하단부가 수평감쇠부(130)를 지지하고 상단부가 상판(120)의 하면을 지지하도록 설치하게 된다.

여기서 초탄성 형상기억합금(superelasticity shape memory alloy, 超彈性 形狀記憶合金)이란, 소성변형이 가해지고 난 후에 열이 가해지지 않더라도 실온에서 원래의 형상으로 복원되도록 제작된 합금 소재로서, 본 발명의 실시예에서는 외력에 대한 잔류변형의 최소화와 원형 복원이 실온의 작동환경에서 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위해 니티놀 합금을 사용하여 수직감쇠부(160)를 코일형상의 스프링으로 제작하게 된다.

이러한 수직감쇠부(160)는, 상술한 바와 같이 초탄성 형상기억합금의 소재 선정, 열처리방식에 대한 변경과, 본 발명이 적용되는 설치장소나 용도, 구조물에 가해지는 예상 하중 등에 대응하여 수직감쇠부(160)의 나선 굵기를 다르게 하거나 나선의 턴 수를 증감하는 변경을 통해, 수직방향 진동(VF)에 대한 복원능력과 감쇠능력을 종래의 면진장치에 비해 풍성하고 다양하게 조절 및 제한할 수 있게 된다.

한편, 수직감쇠부(160)는, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상판(120)과 수평감쇠부(130) 사이에서 유격 없이 하판(110)의 하방이동이나 상판(120)의 상방이동과 같은 수직방향의 진동(VF)에 즉각 반응하며 완충할 수 있도록 하기 위해, 상판(120)과 수평감쇠부(130) 사이에서 미리 압축변형된 상태로 설치될 수 있다.

납블록(170)은, 본 발명에 따른 면진장치(100)의 감쇠능력을 보완적으로 증대시키기 위해 상판(120)과 하판(110) 사이에 마련되는 납소재로 된 기둥형상의 구성요소이다.

이러한 납블록(170)은, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상단부가 상판(120)에 지지되고, 하단부는 수평감쇠부(130)의 중앙부를 관통하며 하판(110)에 지지되도록 설치됨으로써, 상,하부구조물(20,30)로부터 전달된 수직 및 수평방향의 진동(HF,VF)에 따라 다양하게 형상변형되며 상술한 수평감쇠부(130)와 수직감쇠부(160)의 감쇠능력을 동시에 보완하게 된다.

이러한 납블록(170)은, 대략 20℃ 상온에서 외력에 의해 변형된 후 재결정과 분자복원의 과정을 통해 원래의 형상으로 복원될 수 있는 납을 소재로 제작될 수 있다.

즉, 납블록(170)은, 상부구조물(20) 또는 하부구조물(30)로부터 인가된 입체적 진동(HF,VF)에 의해 일단 일방향으로 휘어지거나 압축 또는 인장변형되는 방식으로 진동(HF,VF)을 흡수한 후, 진동(HF,VF)이 제거되면 상온에서 원래의 직선 형상으로 서서히 복원되는 거동을 수행하게 된다.

한편, 상판(120), 하판(110), 보호커버(150)로 둘러싸인 내부 공간에는, 수평감쇠부(130), 수직감쇠부(160), 검측부(140) 등의 작동을 원활하게 하는 윤활물질이 충진될 수 있고, 이때, 온도변화에 따라 가변적인 감쇠작동이 이루어질 수 있도록, 윤활물질에는 특정된 상변화 온도 범위에서 상태가 변환(고체↔액체)되는 상변이물질이 혼합될 수 있다.

위와 같이 윤활물질에 다양한 상변이물질들 중에서 윤활물질의 최적 작동온도 범위에 대응하는 상변이물질이 첨가되면, 윤활물질의 열저장능력이 향상될 수 있게 된다.

그리고 주변 온도에 따른 상변이물질의 상태변화로 인해 윤활물질의 점성이 변화되면, 수직감쇠부(160), 검측부(140) 등은 원활하게 윤활되면서도 온도에 따라 가변적인 감쇠작동을 수행할 수 있게 된다.

상변이물질로는, 상변화 온도 범위가 상온 범위인 파라핀계 왁스 또는 상변화 온도 범위가 대략 0℃를 포함하는 유기계열의 알케인(Alkane) 등이 사용될 수 있고, 여러 종류의 상변이물질을 일정 비율로 혼합하여 적정한 상변화 온도로 세팅할 수도 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치(100)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 다양한 하중이 지속적으로 작용하게 되는 교량구조물(10) 등의 하부를 지지하며 하중을 완충하는 면진받침으로 사용될 수 있다.

여기서 교량구조물(10)은, 교량의 도로면을 이루는 보(12)와 보(12)를 지지하는 교각(14) 등의 주요 프레임, 거셋(16)을 매개로 역 V자형, V자형, 토글형 등의 다양한 형태로 교량을 보강하는 가새(18) 및 가세와 교각(14)에 결합되어 하부구조물(30)인 지면에 고정설치되는 상부구조물(20)로 이루어질 수 있다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 면진장치(100)는, 상부구조물(20)과 하부구조물(30)인 지면 사이에 설치되어 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 하부구조물(30) 또는 상부구조물(20)로부터 전달되는 다양한 형태의 입체적 진동(HF,VF) 즉, 외부 하중(태풍, 지진 등)을 수평 및 수직방향 성분으로 분할하여 효과적으로 완충 내지 감쇠시키는 작용을 수행하게 된다.

또한, 필요한 경우, 검사자는 본 발명의 실시예에 따른 면진장치(100)를 해체하지 않고도 내부에 위치한 탄성판(132)의 변성이나 열화여부에 대한 검사를 검측부(140)를 통해 손쉽게 정기적으로 수행할 수 있게 되어 최적의 상태로 면진장치(100)를 유지 및 관리할 수 있게 되는 것이다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

HF: 수평방향의 진동 VF: 수직방향의 진동
TD: 인장변형 CD: 압축변형
10: 교량구조물 12: 보
14: 교각 16: 거셋
18: 가새 20: 상부구조물
22: 검측공 30: 하부구조물
100: 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치
110: 하판 120: 상판
122: 체결부 130: 수평감쇠부
132: 탄성판 134: 금속판
140: 검측부 142: 지지봉
141: 중공 142a: 볼헤드
142b: 막대부재 H: 통기공
142c: 콘형 코일스프링 144: 핀부재
146: 마감캡 S: 탄성소재의 시편
150: 보호커버 160: 수직감쇠부
170: 납블록

Claims (6)

1. 하부구조물의 상단부에 설치되는 하판;
   상기 하판에서 이격된 상태로 상부구조물의 하단부에 설치되는 상판;
   상기 하판에 설치되어 상기 상,하부구조물로부터 전달된 수평방향의 진동에 따라 좌우로 탄성변형되며 진동을 감쇠하는 탄성소재의 수평감쇠부;
   탄성소재의 시편과 결합된 상태에서 상기 수평감쇠부와 동일한 조건에 상기 시편이 놓이도록 상기 상판과 상기 하판 사이에 설치되고, 필요시 상기 탄성소재의 변성여부에 대한 검사를 위해 상기 시편이 인출되도록 구성된 검측부; 및
   상기 하판, 상판 및 수평감쇠부를 감싸도록 구비되는 보호커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 검측부는,
   상기 상판에 대하여 회동가능하게 결합된 상태로 하단부가 상기 수평감쇠부를 관통하며 상기 하판에 탄성지지되고, 내부를 관통하는 중공이 형성된 복수의 지지봉;
   상기 시편과 결합된 상태로 상기 상판을 관통하여 상기 중공에 삽입되는 핀부재; 및
   상기 핀부재의 상단부에 구비되어 상기 상판과 밀폐가능하게 결합되는 마감캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 지지봉은,
   상기 상판의 하면에 회동가능하게 볼조인트 결합되는 볼헤드;
   상기 볼헤드에서 상기 수평감쇠부를 관통하도록 연장형성되고, 복수의 통기공이 형성된 막대부재; 및
   상기 막대부재의 하단부에 결합되어 압축변형되며 상기 막대부재를 지지하는 콘형 코일스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수평감쇠부는,
   탄성판과 금속판이 교대로 적층되며 일체화되어 상기 하판에 설치되고,
   상기 상판과 상기 수평감쇠부 사이에는,
   상기 상,하부구조물로부터 전달된 수직방향의 진동에 따라 상하로 압축변형되며 진동을 감쇠하는 수직감쇠부가 개재되는 것을 특징으로 하는 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 상판과 상기 하판 사이에는,
   상기 상,하부구조물로부터 전달된 진동에 따라 형상변형되며 상기 수평감쇠부와 상기 수직감쇠부의 감쇠능력을 보완하는 납블록이 상기 수평감쇠부의 중앙부를 관통하며 설치되는 것을 특징으로 하는 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 보호커버로 둘러싸인 내부 공간에는,
   상기 수평감쇠부와 상기 검측부의 작동을 원활하게 하는 윤활물질과, 온도변화에 따라 가변적인 감쇠작동이 이루어지게 하는 상변이물질이 서로 혼합되어 충진되는 것을 특징으로 하는 탄성소재의 변성여부 검사형 면진장치.
   

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