KR101325271B1

KR101325271B1 - 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더

Info

Publication number: KR101325271B1
Application number: KR1020120109431A
Authority: KR
Inventors: 김동우
Original assignee: 김동우
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-11-04

Abstract

본 발명은 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더에 관한 것으로, 거더의 상부와 하부에 사용하중 등에 의해 서로 다르게 작용하는 압축력과 인장력에 대항하는 반대의 힘을 부여하여 거더에 가해지는 응력을 감쇄함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더는, 거더 본체(10)와; 상기 거더 본체의 내부에 일정 높이를 두고 상하부에 각각 배선되는 상부 인장선(30) 및 하부 인장선(20)과; 상기 거더 본체의 길이방향 양측 단부에 각각 연결되며 상기 상부 인장선과 하부 인장선이 각각 연결되어 상기 상부 인장선과 하부 인장선의 인장과 압축에 의해 서로 반대로 압축력과 인장력이 발생되도록 하는 연결구(40)로 구성된다. 상기 연결구(40)는 회전축(41)을 통해 상기 거더 본체에 회동 가능하게 장착되며, 상기 회전축은 상기 상부 인장선과 하부 인장선의 사이에 배치되어 상기 연결구의 회전에 의해 상기 상부 인장선과 하부 인장선이 서로 반대로 인장력 또는 압축력을 발생하도록 하는 시소형 연결구이다.

Description

시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더{INTERNAL STRESS ATTENUATION GIRDER USING THE PRINCIPLE OF SEESAW}

본 발명은 거더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 거더의 상부와 하부에 사용하중 등에 의해 서로 다르게 작용하는 압축력과 인장력에 대항하는 반대의 힘을 부여하여 거더에 가해지는 응력을 감쇄할 수 있는 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더에 관한 것이다.

교량이나 보도 육교 등(이하에서는 교량을 예로 들어 설명한다)에 있어서 거더의 역할은 상부에서 작용하는 고정하중 및 차량하중 등의 적재하중을 교량의 교각 또는 교대로 전달하는 역할을 하는 중요한 요소이다.

일반적으로 도 1에서 보이는 바와 같이, 거더(1)(콘크리트, H빔, 박스형 등 모든 거더가 포함된다)는 자중과 사용하중 등으로 인하여 길이방향의 양측 기점을 기준으로 하여 중앙부가 하부로 처지는 휨현상이 발생되며, 이러한 휨현상으로 인하여 거더(1)의 하부쪽에는 인장력이 작용되고 반대쪽인 상부에는 압축력이 작용된다.

따라서, 거더(1)의 상부와 하부 모두 큰 응력이 빈번히 가해짐에 따라 거더의 교체주기가 빨라지는 등의 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 2에서처럼, 거더(1)의 내부에 하나 이상의 인장선(PC 강선 케이블 등)(2)을 설치하고 있다. 인장선(2)은 중앙부가 하부로 볼록하게 배선되며 양측(또는 일측)에 인장력을 가함으로써 거더(1)의 휨현상에 대한 반발력을 발휘하여 거더(1)의 휨현상 및 이로 인한 응력을 줄이게 된다.

그러나 종래 기술에 따르면, 인장선(2)에 의해 거더(1)에 가해지는 어느 정도의 응력을 줄일 수 는 있겠지만, 인장선(2)에 의한 응력 감소에는 한계가 있기 때문에 보다 현실적인 기술이 요구되고 있다. 또한, 인장선(2)은 거더(1)의 상부쪽보다는 거더(1)의 하부쪽에 가해지는 응력을 줄이는데 효과적이기 때문에 거더(1)의 상부쪽은 응력이 집중되는 문제점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 다수의 인장선을 사용하기도 하지만, 역시, 응력 감소에 한계가 있고, 비용 부담이 커지기 때문에 현실적이지 못하다.

등록특허 제10-1125673호 등록특허 제10-0974305호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 거더의 상부와 하부에 사용하중 등에 의해 서로 다르게 작용하는 압축력과 인장력에 대항하는 반대의 힘을 부여하여 거더에 가해지는 응력을 감쇄할 수 있는 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더를 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더는, 거더 본체와; 상기 거더 본체의 내부에 일정 높이를 두고 상하부에 각각 배선되는 상부 인장선 및 하부 인장선과; 상기 거더 본체의 길이방향 양측 단부에 각각 연결되며 상기 상부 인장선과 하부 인장선이 각각 연결되어 상기 상부 인장선과 하부 인장선의 인장과 압축에 의해 서로 반대로 압축력과 인장력이 발생되도록 하는 연결구로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 연결구는 회전축을 통해 상기 거더 본체에 회동 가능하게 장착되며, 상기 회전축은 상기 상부 인장선과 하부 인장선의 사이에 배치되어 상기 연결구의 회전에 의해 상기 상부 인장선과 하부 인장선이 서로 반대로 인장력 또는 압축력을 발생하도록 하는 시소형 연결구인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더에 의하면, 거더의 상부와 하부에 각각 상부 인장선과 하부 인장선을 설치하고, 상부 인장선과 하부 인장선을 연결구로 연결하여 사용 하중 등에 의한 거더의 변형시 상부 인장선과 하부 인장선이 사용하중으로 인한 힘과 반대의 힘을 발휘하여 거더에 가해지는 응력을 감쇄함으로써 거더의 피로를 줄일 수 있고 내구성을 향상할 수 있다.

도 1은 일반적인 거더의 개념도.
도 2는 거더에 인장선이 적용된 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더의 개념도.
도 4와 도 5는 각각 본 발명에 의한 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더의 작용 상태도.
도 6과 도 7은 각각 본 발명에 의한 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더에 적용된 거더 본체와 연결구간의 면접촉을 위한 예시도.
도 8은 본 발명에 의한 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더의 다른 예시도.

도 3에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더(100)는, 거더 본체(10), 하부 인장선(20), 상부 인장선(30), 상하부 인장선(20,30)을 연결하는 시소형 연결구(40)로 구성된다.

거더 본체(10)는 콘크리트 블록, H빔, 박스 등 공지의 모든 거더가 사용 가능하다.

하부 인장선(20)은 거더 본체(10)의 내부에 상대적으로 상부 인장선(30)의 아래쪽에 하나 이상으로 배치되며 중앙부가 하부를 향해 볼록하게 설치될 수 있고, 양측 단부는 시소형 연결구(40)에 각각 정착(고정 또는 재인장이 가능하도록 정착될 수 있음)된다.

상부 인장선(30)은 거더 본체(10)의 내부에 하부 인장선(20)의 위쪽에 하나 이상으로 배치되며 도면에서처럼 서로 연결되지 않는 2개가 설치될 수도 있고 하나가 설치될 수도 있다. 상부 인장선(30)은 단부가 연결구(40)에 각각 정착[하부 인장선(20)과 동일]된다.

연결구(40)는 하부 인장선(20)과 상부 인장선(30)의 단부가 각각 정착되며 회전축(41)을 통해 거더 본체(10)에 회동 가능하게 연결된다. 회전축(41)은 상하부 인장선(30,20)의 정착부 사이에 배치되어 연결구(40)가 회전축(41)을 통해 회전할 때 서로 반대의 힘이 가해지도록 한다.

즉 상하부 인장선(30,20)은 연결구(40)에 정착되고, 연결구(40)는 거더 본체(10)에 회동 가능하게 연결되어, 거더 본체(10)와 상하부 인장선(30,20) 및 연결구(40)가 서로 힘의 전달이 가능하게 됨으로써 상하부 인장선(30,20)이 상대적인 힘을 작용함으로써 거더 본체(10)의 상하부 모두에서 응력을 줄일 수 있는 것이다.

이러한 기능을 수행하는 연결구(40)는 철재 구조물, 콘크리트 등 다양한 재질로 이루어지며, 연결구(40)가 회동할 때 연결구(40)와 거더 본체(10)가 면접촉되도록 도 6에서 보이는 것처럼, 거더 본체(10)의 단부에는 경사형의 지지면(11)이 형성될 수 있다. 반대로 도 7에서 보이는 것처럼, 거더 본체(10)는 단부가 기존 거더 본체와 동일한 평면이고 연결구(40)에 경사형의 지지면(42)이 형성될 수 있다.

상부 인장선(30)과 하부 인장선(20)은 이웃하는 단부가 서로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 상부 인장선(30)과 하부 인장선(20)은 하나의 인장선으로서 양측 단부가 도 3에서처럼 거더 본체(10)에 각각 정착될 수 있다.

본 발명에 의한 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더의 작용은 다음과 같다.

도 3을 본 발명에 의한 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더(100)의 초기 상태라 할 때, 거더(100)에 하중이 가해지면 거더(100)의 중앙부를 하부로 휨변형시키는 힘이 작용하며, 이렇게 되면 하부 인장선(20)에 인장력이 가해짐에 따라 양측의 시소형 연결구(40)가 도 4처럼 회전하게 된다.

시소형 연결구(40)의 회전에 의해 상부 인장선(30)이 인장되고 따라서, 거더 본체(10)의 상부에 인장력이 가해지게 되므로 거더 본체(10)의 상부와 하부에서는 하중으로 인한 압축력과 인장력에 대한 반대 힘 즉 인장력과 압축력이 작용하게 된다.

반대로 도 3의 상태에서 거더(100)의 상부에 인장력이 작용할 때, 시소형 연결구(40)가 도 5처럼 회전하게 되고, 따라서, 상부 인장선(30)을 통해 거더(100)의 상부에는 압축력이, 하부 인장선(20)을 통해 거더(100)의 하부에는 인장력이 가해지게 된다.

지금까지는 연결구(40)가 회전축(41)에 의해 회동하는 것으로 설명하였으나, 회전축(41)없이 연결구(40)의 구조와 거더 본체(10)의 구조를 통해서도 가능하며, 예를 들어 도 8에서 보이는 것처럼, 거더 본체(10)의 단부에 경사형의 돌출부를 형성하여 상기 돌출부에 연결구(40)가 지지되도록 한다. 연결구(40)는 상하부 인장선(30,20)에 연결되어 있기 때문에 거더 본체(10)의 돌출부에 지지만 되어도 가동이 가능하다. 도면에 도시되지는 않았지만, 연결구(40)에 경사면을 갖는 돌출부가 형성되어도 가능하다.

10 : 거더 본체, 11 : 지지면
20 : 하부 인장선, 30 : 상부 인장선
40 : 연결구, 41 : 회전축
42 : 지지면,

Claims

거더 본체(10)와;
상기 거더 본체의 내부에 일정 높이를 두고 상하부에 각각 배선되는 상부 인장선(30) 및 하부 인장선(20)과;
상기 거더 본체의 길이방향 양측 단부에 각각 연결되며 상기 상부 인장선과 하부 인장선이 각각 연결되어 상기 상부 인장선과 하부 인장선의 인장과 압축에 의해 서로 반대로 압축력과 인장력이 발생되도록 하는 연결구(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더.
청구항 1에 있어서, 상기 연결구(40)는 회전축(41)을 통해 상기 거더 본체에 회동 가능하게 장착되며, 상기 회전축은 상기 상부 인장선과 하부 인장선의 사이에 배치되어 상기 연결구의 회전에 의해 상기 상부 인장선과 하부 인장선이 서로 반대로 인장력 또는 압축력을 발생하도록 하는 시소형 연결구인 것을 특징으로 하는 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더.
청구항 1에 있어서, 상기 연결구는 상기 거더 본체의 단부에 경사면을 통해 지지되는 것을 특징으로 하는 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 상부 인장선과 하부 인장선은 이웃하는 단부가 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더.
청구항 4에 있어서, 상기 연결구와 거더 본체의 대응면 중 어느 일측에는 상기 연결구의 회전시 면접촉되는 지지면이 형성되는 것을 특징으로 하는 시소 원리를 이용한 내부 응력 감쇄 거더.