KR102138940B1 - 쐐기를 이용한 탄성 마찰댐퍼 및 이를 이용한 댐핑구조물 - Google Patents

쐐기를 이용한 탄성 마찰댐퍼 및 이를 이용한 댐핑구조물 Download PDF

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김권일
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Abstract

본 발명에 따른 탄성 마찰댐퍼는 쐐기부재의 경사각도를 적정 범위 내로 조정하고 쐐기부재를 교축방향으로 배치할 수 있도록 함으로써 장대교량의 큰 수평변위를 완충하여줄 수 있으면서도 지진 발생 시 지진에너지를 마찰에너지로 소산시킬 수 있다. 본 발명에 따른 탄성 마찰댐퍼는 제1경사면을 구비하여 제2구조물의 일 측면을 일 방향으로 지지하기 위한 측면지지 마찰쐐기, 제2경사면을 구비하여 상기 측면지지 마찰쐐기 상에 장착되는 가압 마찰쐐기 및 설치대상부재에 결합되어 상기 가압 마찰쐐기를 상기 측면지지 마찰쐐기를 향해 탄성적으로 가압하는 탄성가압기구를 포함하는 구성을 한다.

Description

쐐기를 이용한 탄성 마찰댐퍼 및 이를 이용한 댐핑구조물{Elastic friction damper using wedge and damping structure using the same}
본 발명은 댐퍼(Damper) 및 댐핑구조물에 관련된 것으로, 특히 교각이나 교대와 교량상판 또는 이웃하는 두 교량상판과 같은 두 구조물 사이에 설치되어 두 구조물 상호 간에 작용하는 충격력을 완충하여 주는 데 사용되는 댐퍼 및 이를 이용한 댐핑구조물에 관련된 것이다.
일반적으로, 교량상판은 고정단에서는 교각에 고정되고, 가동단에서는 온도변화 등에 의한 신축을 허용하도록 교각에 대해 교축방향으로 변위를 할 수 있도록 되어 있다. 이러한 교량의 상판과 가동단의 교각(또는 교대) 사이 또는 이웃하는 두 교량상판 사이에 상시에는 변위를 허용하다가 진진 등에 의한 큰 충격력이 작용하는 경우 큰 힘으로 교량상판의 변위를 억제하기 위한 엘유디(LUD: Lock-Up Device) 또는 지진 시 충격력을 완충하여 주기 위한 댐퍼(Damper)를 설치한다. 이와 관련된 종래기술로는 등록번호 10-1407142(발명의 명칭: 마찰저항기구, 발명자: 조영철 외 2, 이하, 선행기술이라 함)의 등록특허공보에 개시되어 있다.
선행기술에서 종래기술로 예시한 선행기술의 도 1에 개시된 엘유디는 실린더 내부에 실리콘 퍼티나 실리콘 유체를 충전하고 오리피스(orifice)가 형성되어 있는 피스톤을 설치하고 여기에 로드를 연결하여 만든 것으로, 구조가 복잡하고, 가격이 비싸고, 온도가 높은 지역에서는 제 성능을 제대로 발휘하기가 어렵다는 문제점이 있다.
선행기술은 상하방향으로 배치한 쐐기부재 및 대응부재 간의 마찰을 이용하여 엘유디의 단점을 해결한 마찰저항기구를 개시하고 있다.
선행기술의 마찰저항기구가 설치된 댐핑구조물에서는 열차의 시, 제동하중에서 교량상판의 교축방향의 수평변위를 3~10㎜ 이내로 제한하는 데에 적합하지만, 장대교량 등에서와 같이 큰 수평변위를 완충하여주는 데에는 사용되기 어렵다.
본 발명의 목적은 만들기 쉽고 값비싼 실린더와 실리콘 퍼티 또는 실리콘 유체, 유압 오일의 사용 없이 큰 수평변위를 허용하면서 댐퍼기능을 구현할 수 있는 탄성 마찰댐퍼 및 이를 이용한 댐핑구조물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 용처에 따라 댐핑 특성을 다양하게 조정할 수 있는 탄성 마찰댐퍼 및 이를 이용한 댐핑구조물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 설치된 상태에서도 쉽게 댐핑력을 조정할 수 있는 탄성 마찰댐퍼 및 이를 이용한 댐핑구조물을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 댐핑구조물은 제1구조물; 상기 제1구조물과의 상호 간에 일 방향으로 상대적인 이동을 허용하는 제2구조물; 및 상기 제1구조물에 설치되고, 마주하며 접촉되는 두 경사면 상호 간에 작용하는 힘을 통해 상기 제2구조물의 일 측면을 탄성적으로 지지하여 상기 제1구조물과 상기 제2구조물 상호 간에 상기 일 방향으로 서로 멀어지는 방향으로 힘을 작용시킬 수 있도록 된 탄성 마찰댐퍼를 포함하는 구성을 한다.
상기 탄성 마찰댐퍼는, 제1경사면과 상기 제1경사면 반대편의 배면부 및 상기 제1경사면과 상기 배면부의 일 단부를 연결하며 마주보는 상기 측면을 지지하기 위한 지지면을 구비하는 측면지지 마찰쐐기; 상기 제1경사면과 면접촉하도록 결합되며 상기 제1경사면과 반대로 경사진 제2경사면을 구비하여 상기 측면지지 마찰쐐기 상에 장착되는 가압 마찰쐐기; 및 상기 제1구조물에 설치되어 상기 가압 마찰쐐기를 상기 측면지지 마찰쐐기를 향해 탄성적으로 가압하여 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 향해 가압되도록 함으로써 상기 제1경사면과 상기 제2경사면 상호 간에 작용하는 힘의 상기 일 방향으로의 분력을 통해 상기 제1구조물과 상기 제2구조물 사이를 탄성적으로 지지하는 탄성가압기구를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 배면부에 제1미끄럼 마찰재가 각각 설치되고, 상기 배면부와 상기 제1구조물 사이 및 상기 제2경사면에 제2미끄럼 마찰재가 각각 설치되고, 상기 탄성가압기구는 상기 가압 마찰쐐기 바깥쪽 및/또는 상기 배면부의 상기 제2미끄럼 마찰재와 상기 제1구조물 사이에 배치되는 탄성체, 상기 제1구조물에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 측면지지 마찰쐐기를 상기 제1구조물을 향해 가압하기 위한 가압구를 포함하는 것이 좋다.
때에 따라, 상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 배면부에 제1미끄럼 마찰재가 각각 설치되고, 상기 제2경사면에 제2미끄럼 마찰재가 설치되고, 상기 탄성가압기구는 상기 측면지지 마찰쐐기를 기준으로 상기 제1구조물 쪽에 설치되어 상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 배면부의 상기 제1미끄럼 마찰재와 미끄럼 접촉하는 쐐기마찰구, 상기 쐐기마찰구와 상기 제1구조물의 사이 및/또는 상기 가압 마찰쐐기 바깥쪽에 배치되는 탄성체, 상기 제1구조물에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기, 상기 측면지지 마찰쐐기 및 상기 쐐기마찰구를 상기 제1구조물을 향해 가압하는 가압구를 포함하는 구성을 할 수 있다.
상기 측면지지 마찰쐐기에 상기 측면지지 마찰쐐기가 상기 제2구조물을 지지하는 제1방향으로 슬롯이 형성되고, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 탄성체에 통공이 형성되고, 상기 고정 로드는 상기 슬롯과 상기 구멍을 통과하여 상기 제1구조물에 고정되는 볼트이고, 상기 가압구는 상기 볼트에 나사결합되는 너트를 구비하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 슬롯은 간격을 두고 2줄 이상으로 형성되는 것이 좋다.
상기 측면지지 마찰쐐기는 상기 제1경사면과 상기 제1구조물을 향하는 면간의 각이 1도 내지 45도 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
상기 탄성 마찰댐퍼는 상기 제1구조물의 저면에 설치되고, 상기 제1구조물의 적어도 일부는 저면에 설치된 베어링 상판을 구비하여 상기 제2구조물 상에 상하로 간격을 두고 배치되고 상기 제2구조물에는 상기 베어링 상판을 통해 제1구조물의 하중을 지지하면서 상기 제1구조물의 상기 일 방향으로의 변위를 허용하는 베어링이 설치되는 것이 좋다.
상기 제1구조물은 교량의 상부구조물이고, 상기 제2구조물은 상기 상부구조물의 단부를 지지하는 하는 교각 또는 교대이고, 상기 제1구조물의 저면에 상기 탄성 마찰댐퍼를 고정하기 위한 고정판이 설치되고, 상기 제2구조물의 측면에 상기 측면지지 마찰쐐기의 측면을 지지하는 저항판이 부착된 것이 바람직하다.
상기 측면지지 마찰쐐기와 상기 가압 마찰쐐기 중 적어도 하나는 엔지니어링 플라스틱으로 될 수 있다.
본 발명에 따른 탄성 마찰댐퍼는 제1경사면과 상기 제1경사면 반대편의 배면부 및 상기 제1경사면과 상기 배면부의 일 단부를 연결하며 마주보는 측면을 일 방향으로 지지하기 위한 지지면을 구비하는 측면지지 마찰쐐기; 상기 제1경사면과 면접촉하도록 결합되며 상기 제1경사면과 반대로 경사진 제2경사면을 구비하여 상기 측면지지 마찰쐐기 상에 장착되는 가압 마찰쐐기; 및 설치대상부재에 결합되어 상기 가압 마찰쐐기를 상기 측면지지 마찰쐐기를 향해 탄성적으로 가압하여 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 향해 가압되도록 하는 탄성가압기구를 포함하여 구성을 한다.
상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 배면부에 제1미끄럼 마찰재가 각각 설치되고, 상기 배면부와 상기 제1구조물 사이 및 상기 제2경사면에 제2미끄럼 마찰재가 각각 설치되고, 상기 탄성가압기구는 상기 가압 마찰쐐기 바깥쪽 및/또는 상기 배면부의 상기 제2미끄럼 마찰재와 상기 설치대상부재 사이에 배치되는 탄성체, 상기 설치대상부재에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 측면지지 마찰쐐기를 상기 설치대상부재를 향해 가압하기 위한 가압구를 포함하여 구성되어, 상기 제1경사면과 상기 제2경사면 상호 간에 작용하는 힘의 상기 일 방향으로의 분력을 통해 상기 제1구조물과 상기 제2구조물 사이를 탄성적으로 지지할 수 있도록 구성될 수 있다.
때에 따라, 상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 배면부에 제1미끄럼 마찰재가 각각 설치되고, 상기 제2경사면에 제2미끄럼 마찰재가 설치되고, 상기 탄성가압기구는 상기 측면지지 마찰쐐기를 기준으로 상기 설치대상부재 쪽에 설치되어 상기 설치대상부재와 마주하는 상기 측면지지 마찰쐐기의 배면부와 미끄럼 접촉하는 쐐기마찰구, 상기 쐐기마찰구와 상기 설치대상부재의 사이 및/또는 상기 가압 마찰쐐기 바깥쪽에 배치되는 탄성체, 상기 설치대상부재에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기, 상기 측면지지 마찰쐐기 및 상기 쐐기마찰구를 상기 설치대상부재를 향해 가압하는 가압구를 포함하여 구성되어, 상기 제1경사면과 상기 제2경사면 상호 간에 작용하는 힘의 상기 일 방향으로의 분력을 통해 상기 제1구조물과 상기 제2구조물 사이를 탄성적으로 지지할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 쐐기부재의 경사각도를 1도 ~ 45 범위로 조정하고 쐐기부재를 교축방향으로 배치할 수 있도록 함으로써 장대교량의 큰 수평변위를 완충하여줄 수 있으면서도 지진 발생 시 지진에너지를 마찰에너지로 소산시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 실린콘퍼티나 유압오일 등의 유체의 누출에 의한 댐퍼기능 상실의 염려가 없고 유지 및 보수가 쉽다.
본 발명에 따르면, 쐐기부재의 경사각도와 서로 면접촉하는 미끄럼 마찰재의 종류나 표면 거칠기를 조정함으로써 교량의 댐핑에 필요한 특성을 가지도록 만들기 쉽다.
또한, 본 발명에 따르면, 탄성 마찰댐퍼가 설치된 상태에서도 구조물 상호 간의 댐핑력을 쉽게 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 댐핑구조물을 나타낸 측단면도,
도 2는 도 1에 나타낸 탄성 마찰댐퍼의 분리사시도,
도 3과 도 4는 도 2의 변형 예를 각각 나타낸 분리 사시도,
도 5는 도 1에 나타낸 교량 댐핑구조물의 변형 예를 나타낸 단면도,
도 6은 도 1의 또 다른 변형 예를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 댐핑구조물을 나타낸 평면도,
도 8은 도 5의 변형 예를 나타낸 단면도이고,
도 9는 도 6의 변형 예를 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 댐핑구조물의 또 다른 예를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 댐핑구조물을 나타낸 측단면도, 도 2는 도 1에 나타낸 탄성 마찰댐퍼의 분리사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 댐핑구조물(100)은 제1구조물(110), 제1구조물(110)과의 상호 간에 일 방향으로 상대적인 이동을 허용하는 제2구조물(120) 및 제1구조물(110)에 설치되어 제1구조물(110)과 제2구조물(120) 사이를 탄성적으로 지지하는 탄성 마찰댐퍼(200)를 가진다. 본 발명에서, 탄성 마찰댐퍼(200)가 설치되는 구조물이 제1구조물(110)이 되고, 제1구조물(110)은 탄성 마찰댐퍼(200)가 설치되는 설치대상구조물로도 칭해진다. 이 실시 예에서, 제1구조물(110)은 교량 상판 등 교량의 상부구조물에 해당될 수 있고, 제2구조물(120)은 상부구조물의 하중을 지지하는 교각 또는 교대에 해당될 수 있다. 때에 따라, 제1구조물(110)은 면진기능을 가져야 하는 지상의 빌딩이나 각종 설비, 진동이 발생하는 기계일 수 있고, 제2구조물(120)은 지상의 기초나 설비 또는 기계가 설치되는 베이스구조물일 수 있다.
이 실시 예에서, 탄성 마찰댐퍼(200)는 제1구조물(110)의 저면에 설치되고, 제1구조물(110)의 적어도 일부는 저면에 설치된 베어링 상판(111)을 구비하여 제2구조물(120) 상에 상하로 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 제2구조물(120)에는 베어링 상판(111)을 통해 제1구조물(110)의 하중을 지지하면서, 바람직하게, 제1구조물(110)의 일 방향으로의 미끄럼운동을 허용하는 베어링(130)이 설치되어 있다. 베어링(130)으로는 제1구조물(110)과 제2구조물(120) 상호 간의 제1방향으로의, 교량인 경우 교축방향으로의 수평변위를 허용하는 각종 면진장치가 사용될 수 있다. 베어링(130)이 반드시 베어링 상판(111)에 대해 미끄럼 운동을 허용하여야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 베어링 상판(111)에 일체로 연결된 고무탄성체를 가지는 탄성받침이 베어링(130)으로 이용될 수 있다.
바람직하게, 제1구조물(110)의 저면에 탄성 마찰댐퍼(200)를 고정하기 위한 고정판(113)이 설치되고, 제2구조물(120)의 측면에 측면지지 마찰쐐기(210)의 지지면(212)을 지지하는 저항판(121)이 부착되어 있다. 바람직하게, 고정판(113) 상면에는 앵커 너트(114)가 부착된다.
도 1과 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 탄성 마찰댐퍼(200)는 마주하며 접촉되는 두 경사면, 즉, 측면지지 마찰쐐기(210)의 제1경사면(213)과 가압 마찰쐐기(220)의 제2경사면(221) 상호 간에 서로를 향해 작용하는 힘을 통해 측면지지 마찰쐐기(210)가 제2구조물(120)의 일 측면을 탄성적으로 지지한다. 이에 따라 제1구조물(110)과 제2구조물(120) 상호 간에 일 방향, 예를 들어, 교축방향의 일 수평방향으로 서로 멀어지는 방향으로 힘을 작용시킨다.
탄성 마찰댐퍼(200)는 측면지지 마찰쐐기(210), 가압 마찰쐐기(220) 및 탄성가압기구(230)를 포함하여 구성된다. 이들 중 측면지지 마찰쐐기(210)는 제1경사면(213)과 제1경사면(213) 반대편의 배면부(214) 및 제1경사면(213)과 배면부(214)의 넓은 쪽 일 단부를 연결하며 마주보는 제2구조물(120) 측면을 지지하기 위한 지지면(212)을 가진다. 지지면(212)과 접촉하는 제2구조물(120)의 표면에는 바람직하게, 저항판(121)이 설치되고, 제1경사면(213)과 배면부(214)에 스테인리스 스틸판 등의 제1미끄럼 마찰재(215)가 각각 설치된다.
이러한 측면지지 마찰쐐기(210)에는 일 방향 또는 교축방향으로 슬롯(216)이 형성된다. 바람직하게, 슬롯(216)은 간격을 두고 2줄로, 때에 따라 3줄 이상으로 형성된다. 물론, 측면지지 마찰쐐기(210)가 회전될 염려가 없는 경우, 1줄로 형성될 수 있다. 슬롯(216)의 길이는 뒤에서 설명되는 고정 로드(232)가 결합된 상태에서 교축방향으로 최대 허용변위를 허용하는 길이 이상으로 형성되어야 할 것이다. 더 자세하게, 슬롯(216)의 길이는 고정 로드(232)의 직경, 제1, 제2구조물(110, 120) 상호 간의 일 방향으로의 최대 허용 변위, 탄성체(231)의 최대 압축량 등을 고려하여 결정하면 된다.
제1구조물(110)을 마주하는 측면지지 마찰쐐기(210)의 배면부(214)는 제1구조물(110)의 저면과 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 측면지지 마찰쐐기(210)는 측면 모양이 직각 삼각형 또는 직각삼각형에서 바깥쪽 일부가 절단된 형태를 취한다. 제1경사면(213)과 제1구조물(110)을 향하는 배면부(214) 간의 각도를 θ라고 가정하면 이 θ는 상부구조물의 일방향 또는 교축방향으로의 신축량, 최대 허용수평변위, 수평방향의 지지력, 복원력 등 여러 가지 요인을 고려하여 결정한다.
별도의 복원장치가 있는 등의 이유로 제1구조물(110)과 제2구조물(120) 상호 간에 복원력을 제공할 필요가 없거나 아주 작은 복원력 또는 지지력만 필요한 경우, 제1경사면(213)과 제1구조물(110)을 향하는 배면부(214) 간의 각도 θ(이하 "경사각"이라고도 칭함)는 매우 작게 할 수 있을 것이다. 하지만, 제1경사면(213)과 제1구조물(110)을 향하는 배면부(214) 간의 경사각이 최소한 1도 이상은 되어야 유의미한 탄성 지지력을 제공할 수 있을 것이다. 바람직하게, 제1경사면(213)과 제1구조물(110)을 향하는 배면부(214) 간의 경사각 θ는 2도 이상으로 하는 것이 좋을 것이다.
그리고 경사각 θ가 커질수록 제2구조물(120)을 탄성적으로 지지하는 지지력과 복원력도 점점 더 커지겠지만 θ가 45도 이상과 같이 너무 커지면 최대 허용변위를 적정하게 유지할 수 없고 최대 허용변위 대비 탄성마찰 댐퍼(200)의 높이도 너무 커지므로 현장에 적용하기 어려워진다. 즉, θ는 45도 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게, θ는 30도 이하로 하는 것이 좋다.
그리고 제1구조물(110)과 제2구조물(120) 상호간에 작용하는 수평방향 외력이 제거되면 자동으로 복원될 수 있도록 하고자 하는 경우, 경사각 θ는 tan θ가 접촉부재 간의 최대정지마찰계수보다 크게 되도록 하는 것이 바람직하다. 복원력 제공보다는 지진 발생 시 지진에너지를 많이 소산시키는 것이 더 중요하다면 접촉되는 미끄럼 마찰재 상호간의 마찰계수가 큰 것을 사용하여 tan θ가 접촉부재간의 최대정지마찰계수보다 작게 되도록 하면 될 것이다.
그리고 배면부(214)와 마주하는 제1구조물(110)에는 측면지지 마찰쐐기(210)의 배면부(214)와 미끄럼 접촉하는 제2미끄럼 마찰재(218)가 설치된다. 이 제2미끄럼 마찰재(218)에도 고정 로드(232)가 통과될 수 있는 통공(218a)이 형성된다.
가압 마찰쐐기(220)는 제1경사면(213)과 면접촉하도록 결합되는 제2경사면(221)을 가진다. 제2경사면(221)은 제1경사면(213)과 반대로 경사지게 형성된다. 제1, 제2경사면(213, 221)에 미끄럼 마찰재가 설치되는 경우, 미끄럼 마찰재를 통해 서로 미끄럼 접촉한다. 이러한 가압 마찰쐐기(220)는 제1경사면(213)과 제2경사면(221)이 서로 마주하도록 측면지지 마찰쐐기(210) 상에 장착된다. 바람직하게, 가압 마찰쐐기(220)의 제2경사면(221)에는 PTFE나 엔지니어링 플라스틱 등으로 된 제2미끄럼 마찰재(223)가 설치된다. 이 가압 마찰쐐기(220)에는 2개의 통공(222)이 슬롯(216)과 같은 간격으로 이격되게 형성되어 있다. 이 실시 예에서, 가압 마찰쐐기(220)로는 일체로 구성된 것을 예시하고 있으나, 때에 따라 2개 또는 슬롯(216)의 개수에 따라 3개 이상으로 분리되어 구성될 수 있다.
탄성가압기구(200)는 가압 마찰쐐기(220)를 제1구조물(110)을 향해 탄성적으로 가압하여, 제2경사면(221)이 제1경사면(213)을 향해 가압되도록 하기 위한 것이다. 제2경사면(221)이 제1경사면(213)을 탄성적으로 가압하면 제1경사면(213)과 제2경사면(221) 상호 간에 작용하는 힘의 일 방향으로의 분력, 예를 들면, 교축방향으로의 분력을 통해 측면지지 마찰쐐기(210)가 제1구조물(110)과 제2구조물(120) 사이를 교축방향으로 지지한다.
탄성가압기구(200)는 가압 마찰쐐기(220) 바깥쪽에 배치되는 탄성체(231), 제1구조물(110)에 고정되는 고정 로드(232) 및 고정 로드(232)에 결합되어 탄성체(231), 가압 마찰쐐기(220) 및 측면지지 마찰쐐기(210)를 제1구조물(110)을 향해 가압하는 가압구(233)를 가진다. 이 실시 예에서, 탄성체(231)는 2개로 분리되어 별개로 구성된 것을 예시하고 있지만, 때에 따라 일체로 형성될 수 있다. 이러한 탄성체(231)에는 고정 로드(232)의 통과를 위한 통공(231a)이 형성된다.
이 실시 예에서, 탄성체(231)는 가압 마찰쐐기(220) 바깥쪽에 배치되는 것을 예시하고 있으나, 배면부(214)와 접촉하는 제2미끄럼 마찰재(218)와 제1구조물(110) 사이에도 탄성체가 더 설치될 수 있다. 또, 때에 따라, 배면부(214)와 접촉하는 제2미끄럼 마찰재(218)와 제1구조물(110) 사이에만 탄성체가 설치될 수 있음은 물론이다.
제2경사면(221)이 제1경사면(213)을 가압하면, 제2경사면(221)이 제1경사면(213)을 가압하는 힘의 수평분력이 측면지지 마찰쐐기(210)를 제2구조물(120)을 향해 밀어준다. 이에 따라 측면지지 마찰쐐기(210)는 지지대상물인 제2구조물(120)의 측면을 수평방향으로 탄성적으로 지지한다.
고정 로드(232)로는 슬롯(216)과 통공(231a, 222, 218a)을 통과하여 제1구조물(110)에 고정되는 볼트를 사용하는 것이 바람직하고, 가압구(233)는 볼트에 나사결합되는 너트(235)를 구비하여 구성되는 것이 좋다. 바람직하게, 가압구(233)는, 너트(235)를 이용하여 탄성체(231)를 넓은 면적으로 가압하기 위한 지지판(234)도 가진다.
이 실시 예는 측면지지 마찰쐐기(210)에 슬롯(216)이 형성된 것을 보여주고 있지만, 반드시 슬롯(216)이 형성되어야 하는 것은 아니다. 예를 들면, 가압 마찰쐐기(220), 제2미끄럼 마찰재(218)를 측면지지 마찰쐐기(210)보다 넓은 폭으로 형성하고, 측면지지 마찰쐐기(210)의 양 측면 바깥 공간을 통해 탄성체(231), 가압 마찰쐐기(220) 및 측면지지 마찰쐐기(210)를 제1구조물(110)을 향해 가압할 수 있다.
도 1과 도 2에 나타낸 바와 같은 댐핑구조물(100)은 슬롯(216) 및 슬롯(216)이 형성되는 측면지지 마찰쐐기(210)의 길이를 길게 형성하여 장대교량의 교축방향으로 큰 변위를 받아줄 수 있다.
도 1을 시계방향 또는 반시계 방향으로 90도 회전시킨 상태를 생각하면, 본 발명에 따른 댐핑구조물(100)은 제1구조물(110)과 제2구조물(120) 상호간에 작용하는 하중을 탄성적으로 지지하는 데에도 이용될 수 있다. 이는 이하의 실시 예에서도 마찬가지이다.
도 3과 도 4는 도 2의 변형 예를 각각 나타낸 분리 사시도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 가압 마찰쐐기(220)는 2개로 분리되어 구성될 수 있다. 이 경우, 가압 마찰쐐기(220)의 저면에는 탄성체(231)의 단부가 삽입될 수 있는 홈이 형성되는 것이 바람직하다.
또, 때에 따라, 탄성체(231)는 도 4에 나타낸 바와 같이 간격을 두고 형성된 통공(231a)을 구비하여 일체로 구성될 수 있다. 이 경우에도, 가압 마찰쐐기(220)의 저면에 탄성체(231)의 단부가 삽입될 수 있는 홈이 형성될 수 있다.
나머지는 도 1과 도 2를 통해 앞에서 설명한 것과 같다.
도 5는 도 1에 나타낸 교량 댐핑구조물의 변형 예를 나타낸 단면도이다.
때에 따라, 도 1에서와는 달리 측면지지 마찰쐐기(210)의 배면부(214)가 제1구조물(110) 저면에 설치된 고정판(113)에 접촉하도록 구성할 수 있다. 이 경우, 고정판(113) 저면에 스테인리스 스틸판 등의 제1미끄럼 마찰재(113a)가 부착되고 배면부(214)에 PTFE 등의 제2미끄럼 마찰재(215a)가 설치될 수 있다.
나머지는 도 1과 도 2를 통해 설명한 것과 같다.
도 6은 도 1의 또 다른 변형 예를 나타낸 단면도이다.
때에 따라, 측면지지 마찰쐐기(210)의 배면부(214)도 경사지게 형성할 수 있다. 이 경우, 탄성가압기구(230)는 측면지지 마찰쐐기(210)를 기준으로 제1구조물(110) 쪽에 설치되어 측면지지 마찰쐐기(210)의 배면부(214)의 제1미끄럼 마찰재(215)와 미끄럼 접촉하는 쐐기마찰구(225) 및 쐐기마찰구(225)와 제1구조물(110)의 사이에 설치되는 탄성체(231)를 더 가질 수 있다. 물론, 탄성체(231)는 측면지지 마찰쐐기(210)를 중심으로 상하 중 어느 한쪽으로만 설치될 수도 있다. 이 경우, 쐐기마찰구(225)는 마주하는 제1미끄럼 마찰재(215)와 미끄럼 접촉하는 제2미끄럼 마찰재(215a)를 가지는 것이 바람직하다. 바람직하게, 쐐기마찰구(225)는 측면지지 마찰쐐기(210)를 기준으로 가압마찰쐐기(220)와 상하 대칭으로 설치된다.
하지만, 배면부(214)가 제1경사면(213)과는 다른 경사각도로 형성될 수 있고, 이 경우, 쐐기마찰구(225)의 대응 접촉면도 배면부(214)의 경사 각도에 맞게 형성된다.
나머지는 도 1과 도 2를 통해 앞에서 설명한 것과 같다.
도 7은 본 발명에 따른 댐핑구조물을 나타낸 평면도이다.
때에 따라, 제1구조물(110)에 상하방향으로 형성된 홈부(110a)를 형성하고 홈부(110a)의 측벽(115)에 탄성 마찰댐퍼(200)를 설치하여 제2구조물(120)의 측면을 탄성적으로 지지할 수 있다.
때에 따라, 탄성 마찰댐퍼(200)는 홈부(110a)의 바닥(116)에 설치될 수 있음은 물론이다. 이 경우, 측면지지 마찰쐐기(210)의 제1경사면(213)이 상방을 향하고 배면부(214)는 하방을 향하도록 설치될 것이다.
어떤 경우에는, 제1구조물(110)의 바깥쪽 측면에 탄성 마찰댐퍼(200)를 설치하고, 제2구조물(120)에 대응하는 접촉구조물을 설치하여 제2구조물(120)을 탄성적으로 지지하도록 구성할 수 있다.
나머지는 앞에서 설명한 것과 같다.
도 8은 도 5의 변형 예를 나타낸 단면도이고, 도 9는 도 6의 변형 예를 나타낸 단면도이다.
도 8을 참고하면, 측면지지 마찰쐐기(210)와 이에 미끄럼 접촉되는 가압 마찰쐐기(220) 중 적어도 하나는 엔지니어링 플라스틱으로 구성될 수 있다. 도 8 실시 예는, 측면지지 마찰쐐기(210)와 이에 미끄럼 접촉되는 가압 마찰쐐기(220)가 모두 엔지니어링 플라스틱으로 구성된 것을 예시하고 있다.
도 9의 실시 예에서는, 측면지지 마찰쐐기(210)와 이에 미끄럼 접촉되는 가압 마찰쐐기(220) 및 쐐기마찰구(225) 중 적어도 하나가 엔지니어링 플라스틱으로 구성될 수 있다. 도 9 실시 예는 측면지지 마찰쐐기(210), 가압 마찰쐐기(220) 및 쐐기마찰구(225) 모두 엔지니어링 플라스틱으로 구성된 것을 예시하고 있다. 그리고 도 9의 쐐기마찰구(225)는 고정판(113)에 고정될 수 있다. 고정판(113)에는 쐐기마찰구(225)의 단부가 삽입되어 고정될 수 있는 홈이 설치될 수 있다.
즉, 앞 실시 예들에서 미끄럼 접촉되는 부분에 설치하던 제1미끄럼 마찰재와 제2미끄럼 마찰재는 별도로 설치하지 않아도 무방하다. 표면을 매끄럽게 형성하면, 엔지니어링 플라스틱은 그 자체로 미끄럼재의 기능을 할 수 있다. 즉, 본 발명의 구성요소들 중 엔지니어링 플라스틱으로 된 것에는 미끄럼 접촉면에 별도의 미끄럼 마찰재를 설치하지 않아도 무방하다.
나머지는 앞에서 설명한 것과 같다.
도 10은 본 발명에 따른 댐핑구조물의 또 다른 예를 나타낸 단면도이다.
때에 따라, 제2구조물(120)은 도 10에 나타낸 바와 같이 탄성 마찰댐퍼(200)의 측면지지 마찰쐐기(210)와 이격된 상태로 설치될 수 있다. 도 10의 상태에서, 제1구조물(110)과 제2구조물(120) 중 적어도 어느 하나에 제1구조물(110)과 제2구조물(120)이 서로 가까워지는 힘이 작용할 때, 예를 들어, 제2구조물(120)이 화살표 방향으로 이동하여 측면지지 마찰쐐기(210)와 충돌할 때 제1구조물(110)과 제2구조물(120) 상호 간에 작용하는 충격력을 탄성 마찰댐퍼(200)가 완충하도록 본 발명에 따른 댐핑구조물(100)이 구성될 수 있다.
나머지는 도 7에서 설명한 것과 같다.
본 발명은 큰 수평변위를 허용하면서 지진 발생 시 지진에너지를 감쇠시키는 성능이 필요한 구조물, 예를 들면, 장대교량의 댐퍼로 적합하게 이용될 가능성이 있다. 일반 교량의 두 구조물 간의 댐퍼로 이용될 가능성도 있고, 교량 이외의 건축물 등의 각종 구조물이나 진동이 발생하는 설비나 장치 등에도 이용될 수 있다.
110: 제1구조물 111: 베어링 상판
113: 고정판 114: 앵커 너트
120: 제2구조물 121: 저항판
130: 베어링 200: 탄성 마찰댐퍼
210: 측면지지 마찰쐐기 212: 지지면
213: 제1경사면 214: 배면부
215: 제1미끄럼 마찰재 216: 슬롯
220: 가압 마찰쐐기 221: 제2경사면
222: 통공 223: 제2미끄럼 마찰재
230: 탄성가압기구 231: 탄성체
232: 고정 로드 233: 가압구
234: 지지판 235: 너트

Claims (13)

  1. 제1구조물;
    상기 제1구조물과의 상호 간에 일 방향으로 상대적인 이동을 허용하는 제2구조물; 및
    상기 제1구조물에 설치되고, 마주하며 접촉되는 두 경사면 상호 간에 작용하는 힘을 통해 상기 제2구조물의 일 측면을 탄성적으로 지지하여 상기 제1구조물과 상기 제2구조물 상호 간에 상기 일 방향으로 서로 멀어지는 방향으로 힘을 작용시킬 수 있도록 된 탄성 마찰댐퍼를 포함하고,
    상기 탄성 마찰댐퍼는,
    제1경사면과 상기 제1경사면의 반대편의 배면부 및 상기 제1경사면과 상기 배면부의 일 단부를 연결하며 마주보는 상기 일 측면을 지지하기 위한 지지면을 구비하는 측면지지 마찰쐐기;
    상기 제1경사면과 면접촉하도록 결합되며 상기 제1경사면과 반대로 경사진 제2경사면을 구비하여 상기 측면지지 마찰쐐기 상에 장착되는 가압 마찰쐐기; 및
    상기 제1구조물에 설치되어 상기 가압 마찰쐐기를 상기 측면지지 마찰쐐기를 향해 탄성적으로 가압하여 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 향해 가압되도록 함으로써 상기 제1경사면과 상기 제2경사면 상호 간에 작용하는 힘의 상기 일 방향으로의 분력을 통해 상기 제1구조물과 상기 제2구조물 사이를 탄성적으로 지지하는 탄성가압기구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 댐핑구조물.
  2. 삭제
  3. 제1항에서, 상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 배면부에 제1미끄럼 마찰재가 각각 설치되고, 상기 배면부와 상기 제1구조물 사이 및 상기 제2경사면에 제2미끄럼 마찰재가 각각 설치되고,
    상기 탄성가압기구는 상기 가압 마찰쐐기의 바깥쪽 또는 상기 배면부의 상기 제2미끄럼 마찰재와 상기 제1구조물 사이, 혹은 상기 가압 마찰쐐기의 바깥쪽 및 상기 배면부의 상기 제2미끄럼 마찰재와 상기 제1구조물 사이에 배치되는 탄성체, 상기 제1구조물에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 측면지지 마찰쐐기를 상기 제1구조물을 향해 가압하기 위한 가압구를 포함하는 것을 특징으로 하는 댐핑구조물.
  4. 제1항에서, 상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 배면부에 제1미끄럼 마찰재가 각각 설치되고, 상기 제2경사면에 제2미끄럼 마찰재가 설치되고,
    상기 탄성가압기구는 상기 측면지지 마찰쐐기를 기준으로 상기 제1구조물 쪽에 설치되어 상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 배면부의 상기 제1미끄럼 마찰재와 미끄럼 접촉하는 쐐기마찰구, 상기 쐐기마찰구와 상기 제1구조물 사이 또는 상기 가압 마찰쐐기의 바깥쪽, 혹은 상기 쐐기마찰구와 상기 제1구조물 사이 및 상기 가압 마찰쐐기의 바깥쪽에 배치되는 탄성체, 상기 제1구조물에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기, 상기 측면지지 마찰쐐기 및 상기 쐐기마찰구를 상기 제1구조물을 향해 가압하는 가압구를 포함하는 것을 특징으로 하는 댐핑구조물.
  5. 제3항 또는 제4항에서, 상기 측면지지 마찰쐐기에 상기 측면지지 마찰쐐기가 상기 제2구조물을 지지하는 제1방향으로 슬롯이 형성되고, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 탄성체에 통공이 형성되고, 상기 고정 로드는 상기 슬롯과 상기 통공을 통과하여 상기 제1구조물에 고정되는 볼트이고, 상기 가압구는 상기 볼트에 나사결합되는 너트를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 댐핑구조물.
  6. 제5항에서, 상기 슬롯은 간격을 두고 2줄 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 댐핑구조물.
  7. 제1항에서, 상기 측면지지 마찰쐐기는 상기 제1경사면과 상기 제1구조물을 향하는 면간의 각이 1도 내지 45도 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 댐핑구조물.
  8. 제1항에서, 상기 탄성 마찰댐퍼는 상기 제1구조물의 저면에 설치되고,
    상기 제1구조물의 적어도 일부는 저면에 설치된 베어링 상판을 구비하여 상기 제2구조물 상에 상하로 간격을 두고 배치되고 상기 제2구조물에는 상기 베어링 상판을 통해 상기 제1구조물의 하중을 지지하면서 상기 제1구조물의 상기 일 방향으로의 변위를 허용하는 베어링이 설치되는 것을 특징으로 하는 댐핑구조물.
  9. 제8항에서, 상기 제1구조물은 교량의 상부구조물이고, 상기 제2구조물은 상기 상부구조물의 단부를 지지하는 하는 교각 또는 교대이고,
    상기 제1구조물의 저면에 상기 탄성 마찰댐퍼를 고정하기 위한 고정판이 설치되고, 상기 제2구조물의 측면에 상기 측면지지 마찰쐐기의 측면을 지지하는 저항판이 부착된 것을 특징으로 하는 댐핑구조물.
  10. 제1항에서, 상기 측면지지 마찰쐐기와 상기 가압 마찰쐐기 중 적어도 하나는 엔지니어링 플라스틱으로 된 것을 특징으로 하는 댐핑구조물.
  11. 삭제
  12. 제1경사면과 상기 제1경사면의 반대편의 배면부 및 상기 제1경사면과 상기 배면부의 일 단부를 연결하며 마주보는 측면을 일 방향으로 지지하기 위한 지지면을 구비하는 측면지지 마찰쐐기;
    상기 제1경사면과 면접촉하도록 결합되며 상기 제1경사면과 반대로 경사진 제2경사면을 구비하여 상기 측면지지 마찰쐐기 상에 장착되는 가압 마찰쐐기; 및
    설치대상부재에 결합되어 상기 가압 마찰쐐기를 상기 측면지지 마찰쐐기를 향해 탄성적으로 가압하여 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 향해 가압되도록 하는 탄성가압기구를 포함하여 구성되고,
    상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 배면부에 제1미끄럼 마찰재가 각각 설치되고, 상기 배면부와 상기 설치대상부재 사이 및 상기 제2경사면에 제2미끄럼 마찰재가 각각 설치되고,
    상기 탄성가압기구는 상기 가압 마찰쐐기의 바깥쪽 또는 상기 배면부의 상기 제2미끄럼 마찰재와 상기 설치대상부재 사이, 혹은 상기 가압 마찰쐐기의 바깥쪽 및 상기 배면부의 상기 제2미끄럼 마찰재와 상기 설치대상부재 사이에 배치되는 탄성체, 상기 설치대상부재에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 측면지지 마찰쐐기를 상기 설치대상부재를 향해 가압하기 위한 가압구를 포함하여 구성되어, 상기 제1경사면과 상기 제2경사면 상호 간에 작용하는 힘의 상기 일 방향으로의 분력을 통해 상기 설치대상부재와 상기 마주보는 측면 사이를 탄성적으로 지지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 탄성 마찰댐퍼.
  13. 제1경사면과 상기 제1경사면의 반대편의 배면부 및 상기 제1경사면과 상기 배면부의 일 단부를 연결하며 마주보는 측면을 일 방향으로 지지하기 위한 지지면을 구비하는 측면지지 마찰쐐기;
    상기 제1경사면과 면접촉하도록 결합되며 상기 제1경사면과 반대로 경사진 제2경사면을 구비하여 상기 측면지지 마찰쐐기 상에 장착되는 가압 마찰쐐기; 및
    설치대상부재에 결합되어 상기 가압 마찰쐐기를 상기 측면지지 마찰쐐기를 향해 탄성적으로 가압하여 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 향해 가압되도록 하는 탄성가압기구를 포함하여 구성되고,
    상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 배면부에 제1미끄럼 마찰재가 각각 설치되고, 상기 제2경사면에 제2미끄럼 마찰재가 설치되고,
    상기 탄성가압기구는 상기 측면지지 마찰쐐기를 기준으로 상기 설치대상부재 쪽에 설치되어 상기 설치대상부재와 마주하는 상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 배면부와 미끄럼 접촉하는 쐐기마찰구, 상기 쐐기마찰구와 상기 설치대상부재 사이 또는 상기 가압 마찰쐐기의 바깥쪽, 혹은 상기 쐐기마찰구와 상기 설치대상부재 사이 및 상기 가압 마찰쐐기의 바깥쪽에 배치되는 탄성체, 상기 설치대상부재에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기, 상기 측면지지 마찰쐐기 및 상기 쐐기마찰구를 상기 설치대상부재를 향해 가압하는 가압구를 포함하여 구성되어, 상기 제1경사면과 상기 제2경사면 상호 간에 작용하는 힘의 상기 일 방향으로의 분력을 통해 상기 설치대상부재와 상기 마주보는 측면 사이를 탄성적으로 지지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 탄성 마찰댐퍼.
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