WO2014069972A1

WO2014069972A1 - 가변 마찰댐퍼

Info

Publication number: WO2014069972A1
Application number: PCT/KR2013/009968
Authority: WO
Inventors: 최재혁
Original assignee: 조선대학교 산학협력단
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-05-08
Also published as: JP5945077B2; JP2016500777A

Abstract

본 발명은 가변 마찰댐퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축구조물에 설치되어 지진과 같은 외부요인에 의해 건축구조물에 인가되는 진동을 감쇄시키는 가변 마찰댐퍼에 관한 것이다. 본 발명의 가변 마찰댐퍼는 x축을 따라 연장되는 좌우 방향과 y축을 따라 연장되는 상하방향의 이축 거동, 또는 z축을 따라 연장되는 전후방향을 포함하는 삼축 거동이 가능하여 구조물에 인가되는 외력을 효과적으로 감쇄시킬 수 있다.

Description

가변 마찰댐퍼

본 발명은 가변 마찰댐퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축구조물에 설치되어 지진과 같은 외부요인에 의해 건축구조물에 인가되는 진동을 감쇄시키는 가변 마찰댐퍼에 관한 것이다.

건축구조물은 부재가 수평방향의 외력을 받는 경우에, 비틀림 또는 유사한 수평 이동이 일어난다. 특히 건축구조물 또는 타워에서 발생되는 비틀림은 구조물의 상태에 심각한 충격 또는 심지어 붕괴를 초래할 수도 있다.

댐퍼는 건축구조물, 예를 들어 가옥 또는 유사한 건물 구조물을 보호하는 중요한 역할을 수행하며, 상기 댐퍼는 수많은 변형 형태로 존재한다.

댐퍼는 일반적으로 건물의 구조물 부재들 사이에 부착된 두 개의 이동 부분들 사이의 마찰력에 의해서나 혹은 제한된 튜브를 통해 두 개의 챔버들 사이에 유동하여 가압하는 유체에 의해서 움직임을 감쇠시킨다.

일부 댐퍼들은 외부 상태에 대응하는 감쇠 효과를 능동적으로 변화시키는 것이고, 기타 다른 댐퍼들로는 일정한 감쇠 특성을 가진 수동 댐퍼(passive damper)들이 있다.

그러나 상기한 일반적인 댐퍼들은 제조 비용이 많이 들고 심지어 건물의 구조물부재 내로 조립하는 데도 더 많은 비용이 든다. 더욱이 마찰력의 제공을 위해 장착되는 마찰판이 마모되면 진동 감쇄 기능이 떨어지기 때문에 댐퍼구조물 전체를 교체해야 하므로 교체에 따른 유지비용이 증가하는 문제점이 있었다.

마찰력을 이용해 진동을 감쇄시키는 마찰댐퍼의 선행기술로 다음과 같은 선행특허들이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2004-0012813호: 구조물의 움직임 감쇠용 마찰 댐퍼

대한민국 공개특허 제10-2011-0018284호: 내진보강용 회전식 마찰댐퍼 및 이를 이용한 내진보강장치

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 좌우 및 상하 방향의 이축 거동 또는 좌우 및 상하, 전후 방향의 삼축 거동에 대한 진동감쇄가 가능하며 장착과 유지보수가 용이한 가변 마찰댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가변 마찰댐퍼는 건축구조물 또는 댐핑로드에 지지되는 제1 엔드플레이트와, 상기 제1 엔드플레이트로부터 하방으로 연장되고 외력에 의해 상기 건축구조물 또는 댐핑로드가 거동하는 좌우방향을 따라 연장되는 제1 슬롯이 형성되어 있는 제1 슬라이딩판을 포함하는 제1 지지체와; 상기 제1 지지체의 하부에 위치하도록 건축구조물 또는 댐핑로드에 지지되는 제2 엔드플레이트와, 상기 제2 엔드플레이트로부터 상기 제1 지지체를 향해 연장되고 상하로 연장된 제2 슬롯이 형성되어 있는 제2 슬라이딩판을 포함하는 제2 지지체와; 상단과 하단에 각각 상기 제1 슬롯과 제2 슬롯에 대응하는 제1 고정홀과 제2 고정홀이 형성되어 있고 상기 제1 지지체와 제2 지지체의 전후면에 결합되는 연결판과;상기 연결판과 상기 제1 슬라이딩판 및 제2 슬라이딩판 사이에 삽입 설치되어 상기 제1 슬라이딩판 또는 제2 슬라이딩판이 외력에 의해 거동할 때 마찰열이 발생하는 마찰판과; 상기 제1, 제2 지지체와 상기 마찰판 및 상기 연결판을 상호 연결하는 체결부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 연결판은 상기 마찰판과의 마찰력을 높이기 위해 표면에 숏 블라스트(shot blast)처리가 된 것을 특징으로 한다.

상기 체결부는 상기 연결판의 제1 고정홀 또는 제2 고정홀과 상기 마찰판의 관통홀, 상기 제1, 제2 지지체의 제1 슬롯 또는 제2 슬롯을 관통하는 체결볼트와, 상기 체결볼트의 단부에 설치되는 너트를 구비하고, 상기 제1 지지체와 제2 지지체가 상기 연결판과 연결되는 체결력을 상호 다르게 설정하여 제1 지지체측과 제2 지지체측의 마찰내력이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 체결부는 상기 연결판과 상기 체결볼트의 헤드부 사이 및 상기 연결판과 너트의 사이에 설치되는 와셔부재를 더 구비하되, 상기 와셔부재는 상기 마찰판이 마찰에 의해 두께가 감소해도 상기 연결판과 제1 지지체 또는 제2 지지체 사이에서 마찰판의 밀착상태를 유지할 수 있도록 접시 스프링와셔로 된 것을 특징으로 한다.

상기 마찰판은 상기 제1, 제2 지지체 및 상기 연결판에 비해 상대적으로 경도가 낮은 금속으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 연결판은 상기 제1 지지체와 상기 제2 지지체의 전후면에 결합되는 것으로, 상기 제1 지지체와 상기 제2 지지체가 상호 슬라이딩되는 좌우방향에 대하여 교차하는 전후방향을 따라 상호 진퇴 가능하게 결합되는 상부플레이트와 하부플레이트를 포함하되, 상기 상부플레이트에는 상기 제1 고정홀이 형성되어 있고, 상기 하부플레이트에는 상기 제2 고정홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 상부플레이트는 하단에 일측면으로부터 타측을 향해 인입되어 있는 제1 결합홈이 형성되어 있으며, 상기 하부플레이트에는 상단에 상기 제1 결합홈과 포개질 수 있도록 타측면으로부터 일측으로 인입된 제2 결합홈이 형성되어 있고, 상기 제1 결합홈이 형성된 상부플레이트의 하부에는 전후방향을 따라 연장되도록 돌출된 가이드돌기가 형성되어 있으며, 상기 제2 결합홈이 형성된 하부플레이트의 상부에는 상기 가이드돌기가 관통할 수 있도록 가이드홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가변 마찰댐퍼는 x축을 따라 연장되는 좌우 방향과 y축을 따라 연장되는 상하방향의 이축 거동, 또는 z축을 따라 연장되는 전후방향을 포함하는 삼축 거동이 가능하여 구조물에 인가되는 외력을 효과적으로 감쇄시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 장치의 유지 및 보수가 용이하다.

도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 설치한 일 예를 도시한 정면도이고,

도 2 내지 도 5는 도 1에 적용된 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 설치한 다른 예들을 도시한 정면도이고,

도 6은 도 1에 적용된 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 도시한 사시도,

도 7은 도 6의 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼의 분리사시도,

도 8은 도 6의 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼에 외력이 인가되지 않았을 때의 상태를 도시한 정면도,

도 9 및 도 10은 도 6의 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼에 외력이 인가되었을 때의 상태를 각각 도시한 정면도,

도 11은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 도시한 정면도,

도 12는 본 발명의 제 3실시 예에 따른 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 도시한 정면도,

도 13은 본 발명의 제 4실시 예에 따른 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 도시한 정면도,

도 14 본 발명의 제 5실시 예에 따른 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 설치한 일 예를 도시한 정면도이고,

도 15 내지 도 18은 도 14에 적용된 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 설치한 다른 예들을 도시한 정면도이고,

도 19는 도 14에 적용된 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 도시한 사시도,

도 20은 도 19의 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼의 분리사시도,

도 21은 도 19의 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 도시한 측면도,

도 22는 도 19의 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼에 적용된 연결판을 도시한 분리사시도,

도 23은 도 19의 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼에 적용된 연결판을 도시한 단면도,

도 24는 도 19의 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼에 외력이 인가되지 않았을 때의 상태를 도시한 정면도,

도 25 및 도 26은 도 19의 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼에 외력이 인가되었을 때의 상태를 각각 도시한 정면도,

도 27은 본 발명의 제 5실시 예에 따른 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 도시한 정면도,

도 28은 본 발명의 제 6실시 예에 따른 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 도시한 정면도,

도 29는 본 발명의 제 7실시 예에 따른 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼를 도시한 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변 마찰댐퍼에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 가변 마찰댐퍼는 거동 방식에 따라 이축 거동과 삼축 거동의 가변 마찰댐퍼로 구분된다. 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼는 도 1 내지 도 13의 실시 예에 기술하고, 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼는 도 14 내지 도 29에 기술한다.

먼저, 도 1에 본 발명의 제 1실시 예에 따른 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)가 건축구조물(1)에 설치된 일 예를 도시한다.

통상적으로 건축구조물(1)에는 철골프레임(2)이 설치되어 있으며, 철골프레임(2)의 하부 중앙에 본 발명의 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)가 장착된다. 그리고 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)는 철골프레임(2)의 상부 양단에 각각 결합되는 댐핑로드(3)들과 연결된다.

지진 또는 강풍과 같은 외력에 의해 건축구조물(1)에 진동이 인가되면, 철골프레임(2) 및 댐핑로드(3)에 연결되는 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)가 수평방향으로 슬라이딩 하면서 진동을 감쇄시킨다. 이는 건축구조물(1)에 인가되는 진동에너지가 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)에서 마찰열로 발산됨으로써 진동을 감쇄되는 것이다.

도 2에는 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)가 건축구조물(1)에 설치된 다른 예가 도시되어 있는데, 도시된 것처럼 철골프레임(2)의 네 귀퉁이에 각각 지지되어 있는 네 개의 댐핑로드(3)들에 의해 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)의 상부와 하부가 각각 지지되는 형태로 형성될 수 있다.

이 외에도 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 것처럼 철골프레임 없이 건축구조물(1)에 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)와 댐핑로드(3)들이 직접 설치되는 것도 가능하다. 또한, 도 5에 도시되어 있는 것처럼 건축구조물(1)의 상하부 보를 각각 연결하는 수직방향의 보조기둥(5)을 설치하고, 이 보조기둥(5)의 중간에 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)를 설치할 수도 있다.

이렇게 본 발명의 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)는 다양한 형태로 설치가 가능하다. 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)는 수평방향(x축 방향)이나 수직방향(y축 방향)의 이축 방향에 대하여 모두 거동하면서 외력을 마찰열로 변환시켜 건축구조물(1)에 가해지는 지진과 같은 외력의 피해를 최소화한다.

도 6 및 도 7에는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)가 더욱 상세하게 도시되어 있다.

본 발명에 따른 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)는 제1 지지체(10) 및 제2 지지체(20)와, 제1 지지체(10)와 제2 지지체(20)를 연결하는 연결판(30)과, 연결판(30)과 제1 및 제2 지지체(10,20)의 사이에 설치되는 마찰판(40)과, 이들을 상호 결합시키기 위한 체결부(50)를 구비한다.

제1 지지체(10)는 도 1에 나타난 바와 같이 댐핑로드(3)의 단부를 연결하는 로드체결부재(4)에 고정되는 제1 엔드플레이트(11)와, 제1 엔드플레이트(11)로부터 하방으로 연장되는 제1 슬라이딩판(12)을 갖는다.

제1 엔드플레이트(11)에는 상면과 하면을 관통하는 복수개의 체결홀(7)들이 형성되어 있으며, 고정볼트들을 통해 로드체결부재(4)에 고정된다.

제1 슬라이딩판(12)은 제1 엔드플레이트(11)의 하면으로부터 하방으로 소정길이 연장되어 있는데, 측면에서 봤을 때, 'T'자 형상이 된다. 제1 슬라이딩판(12)에는 전후면을 관통하는 제1 슬롯(13)이 형성되어 있는데, 제1 슬롯(13)은 좌우방향을 따라 소정길이 연장되어 있고, 좌우방향을 따라 상호 소정간격 이격되도록 두 개가 형성되어 있다.

제2 지지체(20)는 도 1에 나타난 바와 같이 철골프레임(2)에 고정되는 것으로, 철골프레임(2)에 고정된 제2 엔드플레이트(21)와, 제2 엔드플레이트(21)로부터 상방으로 제1 지지체(10)를 향해 연장된 제2 슬라이딩판(22)을 포함한다. 제2 엔드플레이트(21)에도 상하면을 관통하는 다수의 체결홀(7)들이 형성되어 있어서 고정볼트를 통해 철골프레임(2)에 고정이 이루어진다. 제2 지지체(20)는 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)의 설치 위치에 따라 철골프레임(2) 외에도 댐핑로드(3)와 연결되는 로드체결부재(4), 또는 건축구조물(1)의 보에 직접 설치될 수도 있다.

제2 슬라이딩판(22)에는 상하로 연장되어 있고, 좌우방향을 따라 상호 이격되어 있는 두 개의 제2 슬롯(23)이 형성되어 있다.

상기 제1, 제2 지지체(10,20)는 후술하는 연결판(30)과 체결부(50)를 통해서 상호 연결이 이루어진다. 상술한 것처럼 각각 철골프레임(2)이나 건축구조물(1)의 상부와 하부, 또는 건축구조물(1)과 철골프레임(2)의 상부와 하부로부터 각각 연장되는 댐핑로드(3)와 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)가 연결된다. 따라서 지진과 같은 외력에 의해 횡방향 또는 상하방향으로 변형이 발생할 때, 이러한 변형방향에 따라 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)의 거동이 이루어질 수 있도록 설치된다.

상기 연결판(30)은 제1 지지체(10)와 제2 지지체(20)를 상호 연결하는 것으로서, 상하로 연장되는 판재형태이며, 상부와 하부에 각각 제1 슬롯(13)과 제2 슬롯(23)에 대응하는 제1 고정홀(31)과 제2 고정홀(32)이 형성된다.

연결판(30)은 후술하는 마찰판(40)을 사이에 두고 제1 슬라이딩판(12) 및 제2 슬라이딩판(22)과 연결된다. 제1 지지체(10)와 제2 지지체(20)가 상호 이격되는 방향으로 거동하면 연결판(30)이 회전하게 되고, 마찰판(40)과 마찰되어 마찰열이 발생하면서 외력을 감쇄시킨다. 마찰 감쇄효과를 높일 수 있도록 연결판(30)에 숏블라스트(shot blast)처리를 하여 마찰판(40)과 연결판(30)의 마찰력을 높이는 것이 바람직하다.

마찰판(40)은 외력에 의해 제1, 제2 지지체(10,20)가 상호 이격되는 방향으로 거동할 때, 외력을 마찰열로 전환하기 위한 것이다.

마찰판(40)은 제1, 제2 슬라이딩판(12,22)과 연결판(30) 사이에 끼워지도록 결합된다. 마찰판(40)의 일측면은 제1 슬라이딩판(12) 또는 제2 슬라이딩판(22)에, 타측면은 연결판(30)에 밀착된다. 그리고 마찰판(40)에는 후술하는 체결부(50)의 체결볼트(51)가 삽입될 수 있도록 관통홀(41)이 형성되어 있다.

상술한 것처럼 마찰판(40)은 외력을 감쇄시킬 수 있도록 제1, 제2 슬라이딩부재 및 연결판(30)과 마찰이 이루어져 열을 발산시킨다. 마찰판(40)을 제1, 제2 슬라이딩판(12,22) 및 연결판(30)에 비해 상대적으로 낮은 경도의 재질로 제작하면, 마찰판(40)과 슬라이딩판의 지속적인 마찰접촉이 이루어질 때 마찰판(40)은 마모가 진행되어 두께가 점점 감소한다. 따라서 제1, 제2 슬라이딩판(12,22)과 연결판(30)은 원형을 오랫동안 유지할 수 있으므로 마찰판(40)만 소모품과 같이 교환하여 사용수명을 증가시킬 수 있다.

상기 체결부(50)는 제1, 제2 슬라이딩판(12,22)과 마찰판(40) 및 연결판(30)을 상호 체결하도록 체결볼트(51)와 너트(53) 및 와셔부재(52)를 포함한다.

체결볼트(51)는 텐션볼트가 적용되는 것이 바람직하다. 체결볼트(51)는 연결판(30)의 제1, 제2 고정홀(31,32), 마찰판(40)의 관통홀(41) 및 제1, 제2 슬라이딩판(12,22)의 제1, 제2 슬롯(13,23)을 관통시킨 다음 단부에 너트(53)를 결합하여 제1, 제2 지지체(10,20)와 마찰판(40) 및 연결판(30)을 상호 고정시킨다.

상기 와셔부재(52)는 일측 연결판(30)과 체결볼트(51)의 헤드 사이 및 타측 연결판(30)과 너트(53) 사이에 체결된다. 와셔부재(52)는 접시스프링와셔가 적용될 수 있다. 마찰판(40)이 마찰에 의해 두께가 다소 감소하더라도 와셔부재(52)의 탄성력에 의해 마찰판(40)이 제1, 제2 슬라이딩판(12,22)과 연결판(30)에 밀착된 상태를 유지할 수 있다.

아울러 본 발명의 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(6)는 체결부(50)의 체결볼트(51)와 너트(53)의 체결력을 조절하여 마찰내력의 크기를 조절할 수 있다.

즉, 건축물의 크기나 형태, 위치 등에 따라 요구되는 마찰내력이 다를 수 있는데, 토크렌치를 통해 체결볼트(51)를 설정된 토크로 조여 마찰판(40)과 제1, 제2 슬라이딩판(12,22) 및 연결판(30) 사이의 결합력을 설정 크기의 마찰내력이 존재하도록 조절할 수 있다. 필요에 따라서는 제1 지지체(10)를 관통하는 텐션볼트와 제2 지지체(20)를 관통하는 텐션볼트의 토크를 달리하여 마찰댐퍼의 상부와 하부측 마찰내력을 상호 다르게 설정할 수도 있다.

제1 지지체(10)측과 제2 지지체(20) 측에 걸리는 마찰내력의 크기를 상호 달리하면 약한 진동 또는 외력에 대해서는 제1 지지체(10)측에 설치되는 마찰판(40)에서 먼저 마찰이 일어나 외력을 감쇄시키다가 외력의 크기가 커져 제2 지지체(20)측의 마찰내력보다 커지면 제2 지지체(20)측의 마찰판(40)도 회전 및 상하운동을 통해 거동하면서 마찰열이 발생하게 된다.

이렇게 구성된 본 발명의 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(10)는 도 8에 도시되어 있는 것처럼 외력이 작용하지 않을 때에는 상부측의 체결볼트(51)가 제1 슬롯(12)의 중간에 위치하고, 하부측의 체결볼트(51)도 제2 슬롯(23)의 중간에 위치한 상태로 있는데, 여기서 외력이 작용하면, 도 9에 도시된 것처럼 먼저 제1 지지체(10)가 슬라이딩 되고, 제1 지지체(10)에 설치된 마찰판(40)의 마찰내력이 상대적으로 더 작기 때문에 제1 마찰판(40)에서만 먼저 슬라이딩이 이루어지면서 마찰열이 발생하게 된다.

만약 외력의 힘이 커 제2 지지체(20)에 결합된 마찰판(40)에 대한 마찰내력보다 크면, 도 10에 도시된 것처럼 제1 지지체(10)는 일측으로 더 이동이 이루어지고, 제 2지지체(20)에 설치된 체결볼트(51)는 제2 슬롯(23)을 따라 상방으로 진행하면서 하부측 마찰판(40)에서도 마찰열이 발생하면서 외력을 감쇄시키게 된다.

본 발명의 제 1 실시예의 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(10)는 제1, 제2 지지체(10,20)에 두 쌍의 연결판(30)이 마찰판(40)과 함께 결합되는 형태이지만 도 11에 도시되어 있는 것처럼 본 발명의 제 2실시 예에 따른 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼는 한 쌍의 연결판(30)이 결합되는 형태로 형성될 수도 있고, 도 12에 도시되어 있는 것처럼 본 발명의 제 3실시 예에 따른 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼는세 쌍의 연결판(30)이 결합되는 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 제1, 제2 지지체(10,20)의 좌우 길이를 충분히 늘려 네 쌍 이상의 연결판(30)이 연결되는 형태로 형성될 수도 있다. 이렇게 연결판(30) 및 마찰판의 설치 개수를 통해 마찰내력의 크기를 달리할 수 있다.

제1, 제2 지지체(10,20)에 제1 슬롯(12)과 제2 슬롯(23)을 각각 세 개씩 형성해 두고, 설치되는 건축구조물(1)의 조건에 따라 연결판(30)을 한 쌍에서 세 쌍까지 선택적으로 설치할 수도 있다. 도 13에 도시된 본 발명의 제 4실시 예에 따른 이축 거동 내력 가변 마찰댐퍼는 제1 슬롯(12)과 제2 슬롯(23)은 각각 세 개씩 형성해 두었으나 양측에 두 쌍의 연결판(30)만 설치해 두었다가 추후 필요에 따라 한 쌍의 연결판(30)을 마찰판과 함께 더 설치하여 마찰내력을 증가시킬 수도 있고, 반대로 한 쌍을 제거하여 마찰내력을 감소시키도록 조절할 수도 있다.

이하, 도 14 내지 도 29에 기술된 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼에 대하여 설명한다.

도 14에 본 발명의 제 5실시 예에 따른 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(90)가 건축구조물(1)에 설치된 일 예를 도시하고 있다.

도 15에는 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(90)의 다른 설치 실시예가 도시되어 있는데, 도시된 것처럼 프레임의 네 귀퉁이에 각각 지지되어 있는 네 개의 댐핑로드(3)들에 의해 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(90)의 상부와 하부가 각각 지지되는 형태로 형성될 수 있다.

이 외에도 도 16 및 도 17에 도시되어 있는 것처럼 철골프레임 없이 건축구조물(1)에 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(90)와 댐핑로드(3)들이 직접 설치되는 것도 가능하며, 도 18에 도시되어 있는 것처럼 건축구조물(1)의 상하부 보를 각각 연결하는 수직방향의 보조기둥(5)을 설치하고, 이 보조기둥(5)의 중간에 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(90)를 설치할 수도 있다.

이렇게 본 발명의 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(90)는 다양한 형태로 설치가 가능하며, 좌우방향이나 수직방향에 대하여, 즉, x축과 y축을 따라 연장되는 이 축 방향에 대하여 거동하면서 외력을 마찰열로 변환시켜 건축구조물(1)에 가해지는 지진과 같은 외력의 피해를 최소화한다. 아울러 후술하는 연결판의 구조에 의해 전후방향 즉 z축을 따라 연장되는 방향에 대해서도 거동이 이루어져 삼축 방향에 대한 외력을 감쇄시킬 수 있다.

도 19 내지 도 26에는 본 발명의 제 5실시 예에 따른 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(90)가 더욱 상세하게 도시되어 있다.

본 발명에 따른 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(90)는 제1 지지체(100) 및 제2 지지체(200)와, 제1 지지체(100)와 제2 지지체(200)를 연결하는 연결판(300)과, 연결판(300)과 제1, 제2 지지체(100,200)의 사이에 설치되는 마찰판(400)과, 이들을 상호 결합시키기 위한 체결부(500)를 구비한다.

제1 지지체(100)는 제1 엔드플레이트(110)와, 제1 엔드플레이트(110)로부터 하방으로 연장되는 제1 슬라이딩판(120)을 갖는다.

상기 제1 엔드플레이트(110)에는 상면과 하면을 관통하는 복수개의 체결홀(111)들이 형성된다.

제1 슬라이딩판(120)은 제1 엔드플레이트(110)의 하면으로부터 하방으로 소정길이 연장되어 있는데, 측면에서 봤을 때, 'T'자 형상이 된다. 제1 슬라이딩판(120)에는 전후면을 관통하는 제1 슬롯(121)이 형성되어 있는데, 제1 슬롯(121)은 좌우방향을 따라 소정길이 연장되어 있고, 좌우방향을 따라 상호 소정간격 이격되도록 두 개가 형성되어 있다.

상기 제2 지지체(200)는 철골프레임에 고정되는 것으로, 철골프레임(2)에 고정된 제2 엔드플레이트(210)와, 제2 엔드플레이트(210)로부터 상방으로 제1 지지체(100)를 향해 연장된 제2 슬라이딩판(220)을 포함한다. 제2 엔드플레이트(210)에도 상하면을 관통하는 다수의 체결홀(111)들이 형성되어 있어서 고정볼트를 통해 철골프레임(2)에 고정이 이루어진다. 제2 지지체(200)는 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(90)의 설치 위치에 따라 철골프레임 외에도 댐핑로드와 연결되는 로드체결부재, 또는 건축구조물의 보에 직접 설치될 수도 있다.

제2 슬라이딩판(220)에는 상하로 연장되어 있고, 좌우방향을 따라 상호 이격되어 있는 두 개의 제2 슬롯(222)이 형성되어 있다.

상기 제1, 제2 지지체(100,200)는 후술하는 연결판(300)과 체결부(500)를 통해서 상호 연결이 이루어지며, 상술한 것처럼 각각 철골프레임이나 건축구조물의 상부와 하부, 또는 건축구조물과 철골프레임의 상부와 하부로부터 각각 연장되는 댐핑로드와 연결됨으로써 지진과 같은 외력에 의해 횡방향 또는 상하방향으로 변형이 발생할 때, 이러한 변형에 따라 거동이 이루어질 수 있도록 설치된다.

상기 연결판(300)은 상술한 것처럼 제1 지지체(100)와 제2 지지체(200)를 상호 연결하는 것으로서, 상부와 하부에 각각 제1 슬롯(121)과 제2 슬롯(222)에 대응하는 제1 고정홀(311)과 제2 고정홀(321)이 형성되어 있다.

더욱 상세하게 설명하면 연결판(300)은 제1 고정홀(311)이 형성되어 있는 상부플레이트(310)와, 상부플레이트(310)의 하부에 결합되는 하부플레이트(320)를 포함한다.

상부플레이트(310)는 전후면을 관통하도록 상기 제1 고정홀(311)이 형성되어 있으며, 하부에 일측면으로부터 타측으로 인입된 제1 결합홈(312)이 형성되어 있다. 그리고 제1 결합홈(312)에는 일측으로 돌출된 두 개의 가이드돌기(313)가 형성되어 있는데, 상기 가이드돌기(313)는 전후방향 즉, z축 방향을 따라 돌출된다.

하부플레이트(320)는 전후면을 관통하도록 상기 제2 고정홀(321)이 형성되어 있고, 상부 타측면에 일측으로 인입된 제2 결합홈(322)이 형성되어 있다. 그리고 제2 결합홈(322)이 형성되어 있는 지점에 전후면을 관통하며 상기 가이드돌기(313)에 대응하는 가이드홀(323)이 형성되어 있다.

상부플레이(310)트와 하부플레이트(320)는 상기 제1 결합홈(312)과 제2 결합홈(322)이 상호 포개어지도록 결합이 이루어지며 이 때, 상기 가이드돌기(313)가 가이드홀(323)에 삽입된다. 이렇게 연결판이 분할된 두 개의 플레이트가 상호 결합되어 이루어지는데, 각각의 플레이트에 형성된 가이드돌기(313)와 가이드홀(323)에 의해서 상호 z축 방향에 대하여 소정길이 개별적으로 거동이 가능하게 되어 z축 방향으로 작용하는 외력에 대한 감쇄효과를 기대할 수 있다.

상부플레이트(310)와 하부플레이트(320)가 결합되어 형성되는 연결판(300)은 후술하는 마찰판(400)을 사이에 두고 상기 제1 슬라이딩판(120) 및 제2 슬라이딩판(220)과 연결되며, 제1 지지체(100)와 제2 지지체(200)가 상호 이격되는 방향으로 거동하면 상기 연결판(300)이 회전하게 되고, 상기 마찰판(400)과 마찰되어 마찰열이 발생하면서 외력을 감쇄시키게 되는데, 이러한 마찰 감쇄효과를 높일 수 있도록 연결판(300)에 숏블라스트(shot blast)처리를 하여 마찰판(400)과 연결판(300) 사이의 마찰력을 높이는 것이 바람직하다.

마찰판(400)은 외력에 의해 제1, 제2 지지체(100,200)가 상호 이격되는 방향으로 거동할 때, 외력을 마찰열로 전환하기 위한 것이다.

마찰판(400)은 제1, 제2 슬라이딩판(120,220)과 연결판(300)의 사이에 끼워지도록 결합되며 일측면은 제1 슬라이딩판(120) 또는 제2 슬라이딩판(220)에, 타측면은 연결판(300)에 밀착된다. 그리고 마찰판(400)에는 후술하는 체결부(500)의 체결볼트(510)가 삽입될 수 있도록 관통홀(410)이 형성되어 있다.

상술한 것처럼 마찰판(400)은 외력을 감쇄시킬 수 있도록 제1, 제2 슬라이딩판(120,220) 및 연결판(300)과 마찰이 이루어져 열을 발산하는 것이므로, 제1, 제2 슬라이딩판(120,220) 및 연결판(300)에 비해 상대적으로 낮은 경도의 재질로 제작하면, 마찰판(400)과 제1, 제2 슬라이딩판(120,220)의 지속적인 마찰접촉이 이루어질 때 마찰판(400)은 마모가 진행되어 두께가 점점 감소하게 되고, 상대적으로 제1, 제2 슬라이딩판(120,220)과 연결판(300)은 원형을 오랫동안 유지할 수 있으므로 마찰판(400)만 소모품과 같이 교환하여 사용수명을 증가시킬 수 있다.

상기 체결부(500)는 제1, 제2 슬라이딩판(120,220)과 마찰판(400) 및 연결판(300)을 상호 체결하도록 체결볼트(510)와 너트(530) 및 와셔부재(520)를 포함한다.

체결부(500)는 상술한 본 발명의 제 1실시예와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.

본 발명의 제 5실시 예에 따른 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(90)는 도 24에 도시되어 있는 것처럼 외력이 작용하지 않을 때에는 상부측의 체결볼트(510)가 제1 슬롯(121)의 중간에 위치하고, 하부측의 체결볼트(510)도 제2 슬롯(222)의 중간에 위치한 상태로 있는데, 여기서 외력이 작용하면, 도 25에 도시된 것처럼 먼저 제1 지지체(100)가 슬라이딩 되고, 제1 지지체(100)에 설치된 마찰판(400)의 마찰내력이 상대적으로 더 작기 때문에 제1 마찰판(400)에서만 먼저 슬라이딩이 이루어지면서 마찰열이 발생하게 된다.

만약 외력의 힘이 커 제2 지지체(200)에 결합된 마찰판(400)에 대한 마찰내력보다 크면, 도 26에 도시된 것처럼 제1 지지체(100)는 일측으로 더 이동이 이루어지고, 제2 슬라이딩판(220)에 설치된 체결볼트(510)는 제2 슬롯(221)을 따라 상방으로 진행하면서 하부측 마찰판(400)에서도 마찰열이 발생하면서 외력을 감쇄시키게 된다.

본 실시예의 삼축 거동 내력 가변 마찰댐퍼(90)는 제1, 제2 지지체(100,200)에 두 쌍의 연결판(300)이 마찰판(400)과 함께 결합되는 형태이지만 도 27에 도시되어 있는 것처럼 한 쌍의 연결판(300)이 결합되는 형태로 형성될 수도 있고, 도 28에 도시되어 있는 것처럼 세 쌍의 연결판(300)이 결합되는 형태로 형성될 수도 있으며, 제1, 제2 지지체(100,200)의 좌우 길이를 충분히 늘려 네 쌍 이상의 연결판(300)이 연결되는 형태로 형성될 수도 있다. 이렇게 연결판(300) 및 마찰판(400)의 설치 개수를 통해 마찰내력의 크기를 조절할 수 있다.

아울러 도 29에 도시되어 있는 것처럼 제1, 제2 지지체(100,200)에 제1 슬롯(121)과 제2 슬롯(222)을 각각 세 개씩 형성해 두고, 설치되는 건축구조물(1)의 조건에 따라 연결판(300)을 한 쌍에서 세 쌍까지 선택적으로 설치할 수도 있다. 도 15에 도시된 실시예의 경우 제1 슬롯(121)과 제2 슬롯(222)은 각각 세 개씩 형성해 두었으나 양측에 두 쌍의 연결판(300)만 설치해 두었다가 추후 필요에 따라 한 쌍의 연결판(300)을 마찰판(400)과 함께 더 설치하여 마찰내력을 증가시킬 수도 있고, 반대로 한 쌍을 제거하여 마찰내력을 감소시키도록 조절할 수도 있다.

이상, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따른 가변 마찰댐퍼는 건축 구조물에 가해지는 외력을 효과적으로 감쇄시킬 수 있다.

Claims

건축구조물 또는 댐핑로드에 지지되는 제1 엔드플레이트와, 상기 제1 엔드플레이트로부터 하방으로 연장되고 외력에 의해 상기 건축구조물 또는 댐핑로드가 거동하는 좌우방향을 따라 연장되는 제1 슬롯이 형성되어 있는 제1 슬라이딩판을 포함하는 제1 지지체와;

상기 제1 지지체의 하부에 위치하도록 건축구조물 또는 댐핑로드에 지지되는 제2 엔드플레이트와, 상기 제2 엔드플레이트로부터 상기 제1 지지체를 향해 연장되고 상하로 연장된 제2 슬롯이 형성되어 있는 제2 슬라이딩판을 포함하는 제2 지지체와;

상단과 하단에 각각 상기 제1 슬롯과 제2 슬롯에 대응하는 제1 고정홀과 제2 고정홀이 형성되어 있고 상기 제1 지지체와 제2 지지체의 전후면에 결합되는 연결판과;

상기 연결판과 상기 제1 슬라이딩판 및 제2 슬라이딩판 사이에 삽입 설치되어 상기 제1 슬라이딩판 또는 제2 슬라이딩판이 외력에 의해 거동할 때 마찰열이 발생하는 마찰판과;

상기 제1, 제2 지지체와 상기 마찰판 및 상기 연결판을 상호 연결하는 체결부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 마찰댐퍼.
제 1항에 있어서,

상기 연결판은 상기 마찰판과의 마찰력을 높이기 위해 표면에 숏 블라스트(shot blast)처리가 된 것을 특징으로 하는 가변 마찰댐퍼.
제 1항에 있어서,

상기 체결부는 상기 연결판의 제1 고정홀 또는 제2 고정홀과 상기 마찰판의 관통홀, 상기 제1, 제2 지지체의 제1 슬롯 또는 제2 슬롯을 관통하는 체결볼트와, 상기 체결볼트의 단부에 설치되는 너트를 구비하고,

상기 제1 지지체와 제2 지지체가 상기 연결판과 연결되는 체결력을 상호 다르게 설정하여 제1 지지체측과 제2 지지체측의 마찰내력이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 마찰댐퍼.
제 3항에 있어서,

상기 체결부는 상기 연결판과 상기 체결볼트의 헤드부 사이 및 상기 연결판과 너트의 사이에 설치되는 와셔부재를 더 구비하되,

상기 와셔부재는 상기 마찰판이 마찰에 의해 두께가 감소해도 상기 연결판과 제1 지지체 또는 제2 지지체 사이에서 마찰판의 밀착상태를 유지할 수 있도록 접시 스프링와셔로 된 것을 특징으로 하는 가변 마찰댐퍼.
제 1항에 있어서,

상기 마찰판은 상기 제1, 제2 지지체 및 상기 연결판에 비해 상대적으로 경도가 낮은 금속으로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 마찰댐퍼.
제 1항에 있어서,

상기 연결판은 상기 제1 지지체와 상기 제2 지지체의 전후면에 결합되는 것으로, 상기 제1 지지체와 상기 제2 지지체가 상호 슬라이딩되는 좌우방향에 대하여 교차하는 전후방향을 따라 상호 진퇴 가능하게 결합되는 상부플레이트와 하부플레이트를 포함하되, 상기 상부플레이트에는 상기 제1 고정홀이 형성되어 있고, 상기 하부플레이트에는 상기 제2 고정홀이 형성된 것을 특징으로 하는 가변 마찰댐퍼.
제 6항에 있어서,

상기 상부플레이트는 하단에 일측면으로부터 타측을 향해 인입되어 있는 제1 결합홈이 형성되어 있으며, 상기 하부플레이트에는 상단에 상기 제1 결합홈과 포개질 수 있도록 타측면으로부터 일측으로 인입된 제2 결합홈이 형성되어 있고,

상기 제1 결합홈이 형성된 상부플레이트의 하부에는 전후방향을 따라 연장되도록 돌출된 가이드돌기가 형성되어 있으며, 상기 제2 결합홈이 형성된 하부플레이트의 상부에는 상기 가이드돌기가 관통할 수 있도록 가이드홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 마찰댐퍼.