KR102152742B1

KR102152742B1 - 마찰형 납 지진격리받침

Info

Publication number: KR102152742B1
Application number: KR1020200047160A
Authority: KR
Inventors: 최동철; 신상원
Original assignee: 대경산업(주)
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2020-09-08

Abstract

본 발명은 평상시에는 일방향 및 고정단에 설치되는 교량받침 역할을 수행하다가 지진과 같은 큰 하중 작용시에는 마찰형 교량받침의 역할을 수행하는 마찰형 납 지진격리받침에 관한 것으로, 상, 하측 플레이트와 납봉이 삽입된 탄성패드와 평상시 고정단 교량받침을 위한 볼트부 및 큰 하중 발생시 마찰형 교량받침 역할을 수행할 수 있도록 형성되는 스테인리스판, 마찰재로 이루어져 있어, 평상시에는 교량상판의 수평력 발생시 납봉의 강성에 의한 저항력을 형성함과 동시에 볼트부에 의한 교축방향 또는 교축방향 및 교축직각방향으로의 거동을 제한하여 가동단 또는 고정단 교량받침의 역할을 수행하고, 지진과 같은 큰 하중 발생시에는 볼트부가 파단되면서 스테인리스판과 마찰재가 미끄럼운동이 이루어져 마찰형 지진격리를 수행할 수 있는 마찰형 납 지진격리받침을 제공한다.

Description

마찰형 납 지진격리받침{Lead Seismic Isolation Bearing}

본 발명은 평상시에는 일방향 및 고정단 설치되는 교량받침 역할을 수행하다가 지진과 같은 큰 하중 작용시에는 마찰형 교량받침의 역할을 수행하는 마찰형 납 지진격리받침에 관한 것이다.

일반적으로 교량은 온도 변화에 의한 온도 차이에서 발생되는 신축, 콘크리트 특성에 따른 건조 수축과 크리프, 풍하중 및 활화중 등에 의해 변형이 발생하게 된다.

이에 따라 교량은 상기 교량 상부 구조물의 변형에 방지할 수 있도록 교량의 상부 구조물과 하부 구조물 사이에 교량받침을 설치하여 교량의 상부 구조물에 따른 하중을 교각 또는 교대에 원활하게 전달하고, 교량 상부 구조물의 회전과 수평변위를 수용하여 교량의 내구성과 안정성을 유지시키게 된다.

또한, 차량 통행시 온도 변화에 의한 수축, 신장에 따른 상부 구조물의 신축 및 차량 주행성을 원활하게 수용할 수 있도록 소정 길이를 갖는 복수개의 교량 상판(슬라브 라고도함)이 신축이음장치를 통해 서로 신축적으로 이음되어 설치되게 된다.

즉, 상기한 교량은 교량 상부 구조물인 상판과, 교량 하부 구조물로 지면에 세워져 고정되는 교각과 교대, 그리고 상기 교각과 교대 상면에서 상기 상판을 지지하는 교량받침 및 상기 상판과 상판의 신축을 위해 설치되는 신축이음장치로 구성된다.

이러한, 교량받침은 4계절 변화가 뚜렷한 국내의 기후적 특성으로 인하여 교량받침의 배치를 고정단과 가동단을 둔 일점 고정방식의 내진 교량이 일반적으로 사용되어 왔었다.

하지만 상기 내진 교량의 경우 지진력을 고려함에 따라 상부 구조물의 관성력이 고정단 교각 및 고정단 받침에 지진력이 집중되어져 하부 구조물의 공사비가 상승되는 불합리한 문제점이 있어왔다.

이에, 최근에는 양방향 가동단 지진격리받침이 적용되어 지진력을 모든 교각에 분산하여 지진력 감소를 도모하고 하부 공사비를 절감하는 지진격리 교량이 적용되고 있다.

한편, 상기한 교량 형식의 상부 구조물은 온도 변화에 따라 내진 교량의 경우 고정단과 가동단이 설치되어 고정단 교각으로부터 상부 구조물 슬라브의 양쪽 단부 또는 슬라브와 슬라브의 이음구간으로 신축이 발생하게 되고, 지진격리받침의 경우 교량 받침 전체가 양방향 가동단으로 설치되어 있어 상부 구조물의 중앙부를 기준으로 슬라브의 양쪽 단부 또는 슬라브와 슬라브의 이음구간으로 신축이 발생하게 된다.

예컨대, 온도 변화에 따른 상부 구조물의 신축시 복수의 상기 교각중 상부 구조물의 중앙부를 기준으로 신축하기 때문에 중앙의 교각과 상부구조물 사이에는 거의 상대변위의 발생이 없지만, 상부 구조물 슬라브의 양쪽 단부 또는 슬라브와 슬라브의 이음구간 사이에는 슬라브의 연장에 따른 서로 상이한 큰 상대변위가 발생하게 된다.

하지만, 종래에는 교량의 구간마다 교각과 상부구조물 사이의 상대변위가 상이하다는 점을 고려하지 않고 동일한 구조의 교량받침을 적용함에 따라 온도변화에 의한 상부구조물의 신축, 지진하중이나 풍하중이 발생되는 경우 구조물이 훼손되는 문제점이 있어왔다.

이를 해결하고자 종래 대한민국 특허등록 제10-0879364호 교량 받침 시스템이 제시된 바 있다.

상기 받침은, 교대 또는 교각과 상부구조물의 상대변위를 허용하도록, 상기 교대 또는 교각과 상기 상부구조물의 사이에 설치되는 받침장치를 포함하는 교량 받침 시스템에 있어서, 상기 상대변위가 상대적으로 크게 발생하는 지점에는, 슬라이딩을 허용하는 슬라이딩 받침장치가 설치되고, 상기 상대변위가 상대적으로 작게 발생하는 지점에는, 슬라이딩을 허용하지 않고 탄성변형을 허용하는 탄성 받침장치가 설치되는 것이다.

즉, 상기한 탄성 받침장치의 경우 슬라이딩을 허용하지 않는 받침장치는 탄성패드의 전단 탄성변형으로 수용할 수 있으며, 상부 구조물 슬라브의 양쪽 단부 또는 슬라브와 슬라브의 이음구간에 슬라이딩 받침장치가 설치되어 상부 구조물의 상대변위를 수용하고자 하는 것으로 수평적 변위에 대한 신축작용을 수용할 수 있는 것이다.

하지만 상기한 탄성 받침장치와 달리 구면을 따라 슬라이딩 되며 수평 변위를 흡수하는 구면 마찰 진자형 지진 격리받침의 경우 상부 구조물 슬라브의 연장에 따른 서로 상이한 수평적 변위시 지진 격리받침의 마찰 구면을 따라 슬라이드 되므로 교량 받침 및 상부 구조물에 서로 상이한 상하 거동이 발생하여 아래 그림과 같이 수직 단차 현상이 발생되는 문제점이 있어왔다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 마찰형 납 지진격리받침은 평상시에는 교량상판의 수평력 발생시 납봉의 강성에 의한 저항력을 형성함과 동시에 볼트부에 의한 교축방향 또는 교축방향 및 교축직각방향으로의 거동을 제한하여 일방향 또는 고정단 교량받침의 역할을 수행하고, 지진과 같은 큰 하중 발생시에는 볼트부가 파단되면서 스테인리스판과 마찰재가 미끄럼운동이 이루어져 마찰형 교량받침을 수행할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 볼트부에 탄성수단을 형성하여 지진과 같은 큰 하중 작용시 파단되는 볼트부에 의해 마찰재의 훼손을 방지하여 유지보수 비용 및 작업성을 개선할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명은 평상시에는 교량상판의 수평력 발생시 납봉의 강성에 의한 저항력을 형성함과 동시에 볼트부에 의한 교축방향 또는 교축방향 및 교축직각방향으로의 거동을 제한하여 일방향 또는 고정단 교량받침의 역할을 수행하고, 지진과 같은 큰 하중 발생시에는 볼트부가 파단되면서 스테인리스판과 마찰재가 미끄럼운동이 이루어져 마찰형 교량받침을 수행할 수 있다.

또한, 볼트부에 탄성수단을 형성하여 지진과 같은 큰 하중 작용시 파단되는 볼트부에 의해 마찰재의 훼손을 방지하여 유지보수 비용 및 작업성을 개선할 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 마찰형 납 지진격리받침을 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 정면도.
도 4는 본 발명에서의 볼트부의 파단 상태를 도시한 상태도.

본 발명은 종래와 동일하게 상, 하측 플레이트(10, 30) 사이에 납봉(50)이 결합되어 있는 탄성패드(40)가 포함되어 있으며, 평상시에는 차량이 운행하는 교축방향 또는 교축방향 및 교축방향의 직각방향의 거동을 제한하다 지진과 같은 큰 하중 발생시에는 마찰형 교량받침으로 이용될 수 있는 것으로서 도면을 이용하여 그 구성에 대해 보다 세부적으로 살펴보도록 한다.

우선, 상측 플레이트(10)는 도면에는 도시하지 않았지만 교량구조물의 교량상판에 부착되는 공지의 기술로서 설명은 생략한다.

다만, 본 발명에서의 상측 플레이트(10)는 도 1 내지 도 3에서와 같이 내측에 볼트머리 자리홈(11a)과 볼트홀(11b)로 이루어진 볼트 결합부(11)가 다수 형성된다.

여기서, 상측 플레이트(10)의 가로, 세로의 중심을 기준으로 교축방향 및 교축직각방향으로 일정한 간격을 유지한 형태로 도시되어 있으나, 본 발명은 교축방향 또는 교축방향 및 교축직각방향으로 일정한 간격을 유지한채로 형성될 수 있다.

상기 볼트 결합부(11)는 차량이 운행하는 교축방향으로 다수가 형성될 수 있고, 또는 교축방향 및 교축방향의 직각방향으로도 다수가 형성될 수 있다.

또한, 상기 상측 플레이트(10)의 상측에는 솔플레이트(1)가 결합될 수 있다.

다음으로, 스테인리스판(20)은 상술한 상측 플레이트(10)에 결합하는 구성이다.

상기 스테인리스판(20)은 앞서 설명한 것과 같이 본 발명이 지진 등의 큰 하중 발생시 마찰형 교량받침의 역할을 수행하기 위한 구성요소로서 부식 발생시 마찰력이 증가되어 최초 설계시 거동과 다른 거동이 이루어지기 때문에 녹이 발생하지 않는 스테인리스 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

특히, 상술한 스테인리스판(20)의 내측에는 상측 플레이트(10)의 볼트 결합부(11)가 형성된 위치에 스테인리스판 홀(21)이 형성된다.

다음으로, 하측 플레이트(30)는 도면에는 도시하지 않았지만 교량을 구성하는 교각 또는 교대에 결합하는 구성으로 상세한 설명은 생략한다.

다만, 상기 하측 플레이트(30)는 교각 또는 교대에 결합하기 위해 하츠에 앵커소켓(A)이 결합되어 있다.

다음으로, 탄성패드(40)는 종래의 탄성패드와 마찬가지로 고무를 가황접착하여 형성한 것으로, 상, 하측 플레이트(10, 30)의 중간에 형성되는 구성이다.

이러한 탄성패드(40)는 공지된 것과 같이 내부에 철판(42)을 적층한 구조로 이루어질 수 있으며, 내측으로는 납봉 결합공간부(41)가 형성된다.

다음으로, 납봉(50)은 상기 탄성패드(40)의 납봉 결합공간부(41) 내에 배치되는 구성으로 통상적으로 납과 주석의 합금으로 이루어진다.

이러한, 납봉(50)는 종래와 마찬가지로 교량에 풍하중시 수평력이 발생하면 납봉(50)의 비선형을 이용해 종래의 탄성받침의 댐퍼와 같은 특성을 이룰 수 있도록 설치하는 것으로 납 충진시에는 밀실하게 충진 되도록 함이 바람직하다.

다음으로, 보강강판(60)은 상기 탄성패드(40)의 상부에 형성되는 구성이다.

이러한 보강강판(60)은 상측면에 마찰재 결합홈(61)이 형성되고, 상술한 상측 플레이트(10)에 형성되어 있는 볼트 결합부(11)와 대응하는 위치에 형성되는 가이드홈(62)을 포함한다.

여기서, 상기 보강강판(60)의 가이드홈(62)은 상측 플레이트(10)에 형성되는 볼트 결합부(11)가 교축방향 또는 교축방향과 교축직각방향으로 다수가 형성되는 만큼 교축방향 또는 교축방향과 교축직각방향으로 연장되는 홈 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 마찰재(70)는 상기 보강강판의 마찰재 결합홈(61)에 고정 결합하는 구성으로서 상측면은 상측 플레이트(10)의 하측면에 부착된 스테인리스판(20)과 맞닿아 슬라이딩이 이루어질 수 있도록 구성된다.

따라서, 상기 마찰재(70)는 마찰계수가 낮은 재질로 이루어질 수 있으며, 특별히 한정하는 것은 아니지만 불소수지(PTFE : Polytetrafluoroethylene) 재질로 이루어질 수 있다.

이러한, 마찰재(70)는 상측 플레이트(10)의 볼트 결합부(11)가 형성된 위치에 마찰재 홈(71)이 형성된다.

다음으로, 볼트부(80)는 상술한 상측 플레이트(10)의 볼트 결합부(11) 및 보강강판(60)의 가이드홈(62)에 결합되는 구성이다.

이러한 볼트부(80)는 상측 플레이트(10)를 구성하는 볼트 결합부(11)의 볼트머리 자리홈(11a)에 배치되는 볼트머리(81)와 상기 볼트머리(81)에서 연장되어 형성되며 볼트 결합부(11)의 볼트홀(11b) 및 보강강판(60)의 가이드홈(62)에 위치하되 외주면으로 나사산을 형성하고 있는 볼트(82)로 구성된다.

다음으로, 가이드바(90)는 보강강판(60)의 가이드홈(62) 내에서 슬라이딩이 이루어질 수 있도록 배치되며, 볼트부(80)가 상측 플레이트(10)에 고정될 수 있도록 볼트부(80)의 볼트(81)에 체결되는 나사홀(91)이 형성되어 있다.

한편, 본 발명에서는 볼트부(80)의 볼트머리(81)와 볼트(82) 사이에 배치되되 상측 플레이트(10)의 볼트 결합부(11)에 형성된 볼트머리 자리홈(11a)에 배치되는 탄성수단(S)을 더 포함하여 구성할 수 있으며, 이때에, 탄성수단(S)은 스프링 또는 스프링 와셔일 수 있다.

또한, 상술한 볼트부(80)를 구성하는 볼트(82) 중 가이드바(90)가 결합된 위치의 상단에는 지진과 같은 큰 하중 발생시 보강강판(60) 또는 마찰재(70)에 의해 볼트(82)가 파단될 수 있도록 노치(82a)가 형성되어 있다.

따라서, 보강강판(60)에 의한 볼트(82)의 파단시 탄성수단(S)에 의해 볼트부(80)의 볼트머리(81)가 상측방향으로 이동함으로써 파단된 볼트(82)가 마찰재(70)와 접촉하지 않도록 작동한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 마찰형 납 지진격리받침의 작용효과에 대해 살펴보면 다음과 같다.

우선, 본 발명에 따른 마찰형 납 지진격리받침(100)은 평상시에는 교량상판의 수평력이 발생하게 되면 납봉(50)의 강성에 의해 저항력을 형성하게 된다.

특히, 상측 플레이트(10) 및 보강강판(60)에 결합되어 있는 볼트부(80)에 의해 교축방향 또는 교축방향 및 교축직각방향으로의 거동을 제한하여 일방향 또는 고정단 교량받침의 역할을 수행하게 된다.

예컨대, 교축방향으로 볼트 결합부(11)가 형성되었을 경우 볼트부(80)는 보강강판(60)의 가이드홈(62)에 의해 교축방향으로의 거동은 가능하고 교축직각방향으로는 고정단 교량받침의 역할을 수행하게 되는 것이다.

한편, 지진과 같은 큰 힘이 작용하게 되면 보강강판(60) 또는 마찰재(70)에 의해 볼트부(80)의 볼트(82)가 힘을 받게 되며, 특히, 도 4에서와 같이 상기 볼트(82)에 형성된 노치(82a)가 상술한 큰 하중에 의해 파단되면서 고정단 교량받침의 역할은 더 이상 수행할 수 없게 된다.

이때에, 본 발명에서는 상술한 볼트부(80)의 볼트머리(81)와 볼트(82) 사이, 더욱 구체적으로는, 상측 플레이트(10)의 볼트 결합부(11)를 구성하는 볼트머리 자리홈(11a)의 바닥면과 볼트부(80)의 볼트(82) 사이에 탄성수단(S)이 형성되어 있다.

이러한, 탄성수단(S)은 볼트부(80)를 구성하는 볼트(82)의 파단시 볼트부(80)를 상측방향으로 이동하여 볼트(82)의 파단면이 상측 플레이트(10)를 구성하는 볼트 결합부(11)의 볼트홀(11b)에 위치하도록 작용하게 된다.

이는, 볼트부(80)를 구성하는 볼트(82)가 노치(82a)가 형성된 위치에서 파단이 발생하였을 때에 파단면이 고르지 못할 수 있으며, 이렇게 고르지 못한 파단면이 마찰재(70)와 접촉하게 되면 마찰재(70)의 훼손이 발생하게 되기 때문에 이를 방지하기 위한 것이다.

즉, 큰 하중 발생시 볼트부(80)를 구성하는 볼트(82)가 파단되면 나중에 교량상판 및 상측 플레이트(10)를 인상시킨 후 볼트부(80)만을 교체하여 본 발명을 유지보수할 수 있게 되는데, 만약, 볼트부(80)의 파단면에 의해 마찰재(70)의 훼손이 발생하게 되면, 마찰재(70) 및 이와 접촉하는 스테인리스판(20)까지 훼손이 발생하게 되어 유지보수에 따른 비용 상승 및 작업시간의 증가로 인한 작업의 효율성이 저하되는 문제점이 발생하게 되지만, 본 발명은 탄성수단(S)을 통해 이러한 문제점을 해결할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기와 같이 볼트부(80)를 구성하는 볼트(82)의 파단으로 인해 더 이상 고정단 교량받침의 역할을 수행할 수 없게되면, 본 발명은 상측 플레이트(10)의 하측면에 스테인리스판(20)과 상기 스테인리스판(20)과 맞닿도록 형성되는 마찰재(70)에 의해 슬라이딩 작용이 이루어지게 되면서 횡방향의 변위를 수용하는 마찰형 교량받침 역할을 수행할 수 있게 되는 것이다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자들에게 있어 명백한 것이다.

A : 앵커소켓
10 : 상측 플레이트
11 : 볼트 결합부 11a : 볼트머리 자리홈 11b : 볼트홀
20 : 스테인리스판
21 : 스테인리스판 홀
30 : 하측 플레이트
40 : 탄성패드
41 : 납봉 결합공간부 42 : 철판
50 : 납봉
60 : 보강강판
61 : 마찰재 결합홈 62 : 가이드홈
70 : 마찰재
71 : 마찰재 홈
80 : 볼트부
81 : 볼트머리 82 : 볼트 82a : 노치
90 : 가이드바
91 : 나사홀
S : 탄성수단
100 : 마찰형 납 지진격리받침

Claims

내측으로 차량이 운행하는 교축방향 또는 교축방향과 교축직각방향으로 볼트머리 자리홈 및 볼트홀로 이루어진 볼트 결합부가 다수 포함되는 상측 플레이트;
상기 상측 플레이트의 하측면에 부착되며 볼트 결합부가 형성된 위치에 형성되는 스테인리스판 홀을 포함하는 스테인리스 재질의 스테인리스판;
상기 상측 플레이트의 하측에 배치되는 하측 플레이트;
상기 상, 하측 플레이트 사이에 배치되며 내측에 납봉 결합공간부가 형성되어 있는 탄성패드;
상기 납봉 결합공간부 내에 삽입되는 납과 주석의 합금으로 이루어진 납봉;
상기 탄성패드의 상부에 형성되며 상측면에 마찰재 결합홈이 형성되고, 상측 플레이트에 형성되어 있는 볼트 결합부 및 스테인리스판의 스테인리스판 홀과 대응하는 위치에 형성되되 교축방향 또는 교축방향 및 교축직각방향으로 연장되는 가이드홈이 형성되어 있는 보강강판;
상기 보강강판의 마찰재 결합홈에 고정결합하되 상측면은 스테인리스판의 하측면과 맞닿아 슬라이딩이 이루어지도록 마찰계수가 낮은 재질로 이루어지며, 보강강판의 가이드홈과 대응하는 마찰재 홈을 포함하는 마찰재;
상기 상측 플레이트를 구성하는 볼트 결합부의 볼트머리 자리홈에 배치되는 볼트머리와 상기 볼트머리에서 연장되어 형성되어 볼트 결합부의 볼트홀 및 보강강판의 가이드홈이 형성된 위치까지 연장되어 형성되되 외주면에 나사산을 형성하고 있는 볼트를 포함하는 볼트부;
상기 보강강판의 가이드홈 내에서 슬라이딩이 이루어질 수 있도록 배치되며, 볼트부가 상측 플레이트에 고정될 수 있도록 볼트부의 볼트에 체결되는 나사홀을 형성하는 가이드바;를 포함하여 이루어지되,
상기 볼트부의 볼트 중 가이드바가 결합된 위치의 상단에는 노치가 형성되어 있는 것에 특징이 있는 마찰형 납 지진격리받침.
제1항에 있어서, 상기 볼트부의 볼트머리와 볼트 사이에는 상측 플레이트를 구성하는 볼트 결합부의 볼트머리 자리홈 내에 배치되는 탄성수단이 더 포함되어, 큰 하중 발생시 보강강판 또는 마찰재에 의해 볼트부를 구성하는 볼트의 노치에 의해 파단이 이루어짐과 동시에 탄성수단에 의해 볼트부의 볼트가 마찰재와 접촉하지 않도록 상측 플레이트의 볼트홀로 이동하도록 구성되는 것에 특징이 있는 마찰형 납 지진격리받침.