KR102368724B1 - 다층 마찰 면진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교각에 대한 상부구조물의 수평변위가 발생하더라도 하중 지지능력에 저하가 발생되지 않으면서도 적어도 3개 층에서 마찰을 일으키므로 지진에너지 감쇠 능력이 뛰어나고 상부구조물에 대한 복원기능을 제공하면서 마찰을 일으키는 구성요소들 간의 압력을 조정할 수 있는 다층 마찰 면진장치에 대한 것이다. 상기 다층 마찰 면진장치는 베이스부재, 상부부재, 상기 베이스부재와 상기 상부부재 중 어느 하나에 간격을 두고 지지되어 상하 양측에 제1장착부와 제2창착부를 형성하는 고정마찰부재, 제1장착부에 설치되는 이동마찰부재, 제2장착부에 설치되는 베어링 블록 및 이동마찰부재가 고정마찰부재와 베이스부재 등과 마찰을 일으키도록 하는 마찰 연동부를 포함하는 구성을 한다.

Description

다층 마찰 면진장치{Multi-layer friction isolator}

본 발명은 면진장치의 개선에 관련된 것으로, 특히 교량의 상부구조물과 교각 사이에 설치되어 상시에는 상부구조물의 하중과 변위를 받아주고, 지진 발생 시에는 상부구조물의 하중과 변위를 받아주면서 마찰을 이용하여 지진에너지를 감쇠시키는 역할을 하는 면진장치의 개선에 관한 것이다.

일반적으로, 교량은 교각과 교각 위에 설치되어 열차나 차량이 통과될 수 있도록 해주는 상부구조물 및 교각과 상부구조물 사이에 설치되어 상부구조물의 하중을 지지하면서 면진기능을 수행하는 면진장치를 포함하는 구성을 한다.

교량의 상부구조물 상으로는 차량이나 열차가 고속으로 통행하므로 교량에는 시시각각 변화되는 동하중이 작용한다. 뿐만 아니라 교량의 상부구조물은 상시에 온도변화 등에 의해 신축되고 지진 시에는 수평방향으로 큰 충격력을 받기 때문에, 가동단에 설치되는 면진장치는 교각에 설치된 상태에서 상부구조물의 하중을 지지하여주면서도 수평방향의 상대 운동을 허용하도록 하고 외력이 제거된 후에는 복원되도록 설계한다.

위와 같은 면진장치들 중, 지진에 의한 거동 시 마찰에 의해 지진 에너지를 소산시켜 줄 수 있도록 구성한 것이 개발되어 사용되고 있다. 마찰을 이용한 면진장치는 등록번호 10-0992615호(발명의 명칭: 마찰을 이용한 탄성받침, 발명자: 김성규, 이하, "선등록 발명"이라 함)의 등록특허공보 등에 개시되어 있다.

위와 같은 선등록 발명의 탄성받침은 일반적인 탄성받침에 비해 수평력에 저항하는 힘이 향상되어 수평력 작용 시에 전단변형이 적게 발생되고, 상부구조물의 지지능력 저하가 줄어들고, 높이변화도 적고, 수평력에 대한 완충능력도 뛰어나고, 교량의 상부구조물 간의 신축이음 간격을 줄일 수 있다는 뛰어난 장점을 가지고 있으나, 마찰에 의한 지진 에너지 감쇠는 마찰판의 상면과 하면을 통해서만 발생되기 때문에 마찰에 의한 지진 에너지 소산에 한계가 있다.

본 발명자는, 위에서 언급한 선등록 발명의 탄성받침은 많은 장점을 가짐에도 불구하고, 지진에 의해 수평 변위 발생 시 탄성체에 전단변형이 발생될 수밖에 없고 이 경우 유효 지지면적이 감소하여 하중 지지능력이 저하되는 단점이 있음을 인지하였다.

또한, 본 발명자는, 선등록 발명의 탄성받침은 지지하는 상부구조물에 수평변위을 일으키는 수평력만 작용하는 경우에도 상부구조물을 지지하는 높이에 변화가 동반될 수밖에 없는 단점도 있음을 알아차렸다.

또한, 본 발명자는, 위에서 언급한 선등록 발명의 탄성방침은 많은 장점을 가짐에도 불구하고, 마찰판은 중간판을 하판에 지지하여주는 양측 돌출부에 의해 마찰을 일으킬 수 있는 거리가 제한되고, 마찰판에 대한 중간판의 가압력을 조정할 수 없다는 단점이 있음도 알아차렸다.

본 발명의 목적은 면진기능 및 복원기능을 가지면서도 적어도 3개 층에서 마찰을 일으킴으로써 지진에너지의 감쇠 능력이 뛰어난 다층 마찰 면진장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 면진기능 및 복원기능을 가지면서 수평변위가 발생하더라도 하중 지지능력에 저하가 발생되지 않는 다층 마찰 면진장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 면진기능 및 복원기능을 가지면서 수평변위가 발생하더라도 상부구조물를 지지하는 높이에 변화가 생기지 않는 다층 마찰 면진장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 마찰하는 부재들 간의 마찰을 일으킬 수 있는 거리를 크게 할 수 있는 다층 마찰 면진장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 마찰하는 부재들 간의 가압력을 조정할 수 있는 다층 마찰 면진장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치는 교량의 교각 상에 설치하기 위한 베이스부재; 상기 교량의 상부구조물의 저면에 설치하기 위한 상부부재; 상기 베이스부재에 간격을 두고 지지되어 상기 베이스부재와의 사이에 제1장착부를 형성하고 상기 상부부재와의 사이에 제2장착부를 형성하는 고정마찰부재; 상기 제1장착부에 설치되고 상기 고정마찰부재 및 상기 베이스부재와 마찰되면서 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 가능하게 장착된 이동마찰부재; 상기 제2장착부에 설치되고 상기 상부부재에 대해 마찰되면서 상기 상부부재가 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 하는 것을 허용하는 베어링 블록; 및 상기 상부부재와 상기 이동마찰부재 사이에 설치되어 상기 상부부재의 적어도 일 수평방향으로의 운동에너지를 상기 이동마찰부재로 전달하여 상기 이동마찰부재를 이동시킴으로써 상기 이동마찰부재가 상기 상부부재 및 상기 고정마찰부재와 마찰을 일으키도록 하여 상기 상부구조물의 하중을 받는 적어도 3개 층에서의 마찰을 연동시키는 마찰 연동부를 포함하고,
ⅰ) 상기 상부부재의 가장자리를 따라 상기 베어링 블록의 측면과 간격을 두고 배치되는 가이드부가 형성되고, 상기 고정마찰부재와 상기 베어링 블록 사이에 전단핀에 의해 고정되는 탄성패드가 장착되고, 상기 전단핀은 상기 탄성패드를 관통하여 일단은 상기 고정마찰부재 또는 상기 베어링 블록에 고정되고, 타단은 상기 베어링 블록 또는 상기 고정마찰부재에 형성된 홈에 삽입되어 상기 고정마찰부재에 대한 상기 베어링 블록의 경사나 상하방향의 회전은 허용하고 상기 베어링 블록의 수평변위는 제한하고, 상기 베어링 블록과 상기 가이드부 사이에 상기 베이스부재에 대해 수평 변위를 일으킨 상기 상부부재에 대해 복원력을 제공하기 위한 탄성기구가 설치되는 구성;과
ⅱ) 상기 베어링 블록을 향하는 상기 고정마찰부재의 표면에 제1오목구면이 형성되고, 상기 베어링 블록과 마주하는 상기 상부부재의 표면에 상기 제1오목구면보다 큰 곡률반경의 제2오목구면이 형성되고, 상기 베어링 블록에는 상기 제1오목구면에 면접촉되는 제1볼록구면과 상기 제2오목구면에 면접촉되는 제2볼록구면이 형성되는 구성; 중 어느 하나를 포함하여 구성됨으로써,
상기 베이스부재에 대한 상기 상부부재의 수평변위에 대한 복원력을 제공할 수 있도록 하면서, 상기 베이스부재에 대한 상기 상부부재의 수평변위가 발생하더라도 상기 상부구조물에 대한 하중 지지능력에 저하가 발생되지 않도록 함과 아울러, 지진에 의해 상기 베이스부재에 대한 상기 상부부재의 수평변위가 발생하면 상기 상부구조물의 하중을 받는 적어도 3개 층에서 마찰에 의해 지진에너지를 감쇠시키도록 된 것을 포함하는 구성을 한다.

상기 마찰 연동부는 상기 상부부재에 설치되고, 상기 이동마찰부재에는 상기 마찰 연동부의 일부가 삽입된 상태에서 상기 마찰 연동부가 경사지는 것을 허용하는 홈 또는 구멍이 형성된 것을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 고정마찰부재의 적어도 양 측변에 내측으로 오목한 측면홈이 형성되고, 상기 오목한 측면홈에 대응하는 상기 이동마찰부재의 적어도 양 측변에 상기 홈 또는 상기 구멍이 형성된 돌출연결부가 형성된 것을 포함하는 것이 좋다.

상기 오목한 측면홈은 상기 고정마찰부재의 4변 모두에 각각 형성되고, 상기 돌출연결부는 상기 이동마찰부재의 4변 모두에 각각 형성되고, 상기 가이드부와 상기 마찰 연동부는 상기 상부부재의 4변 모두에 각각 형성되어 상기 상부부재와 상기 이동마찰부재가 상기 베이스부재와 상기 고정마찰부재 및 상기 베어링 블록에 대해 다층 마찰을 하면서 양방향으로 변위 및 복원이 가능하도록 구성된 것을 포함하는 구성을 할 수 있다.

삭제

상기 이동마찰부재 및 상기 베어링 블록과 마찰을 일으키는 마찰부위의 대응 마찰면의 한쪽 표면에는 마찰재가 설치되고 나머지 한쪽 표면에는 스테인리스스틸판이 설치되거나 크롬 도금층이 형성되는 것을 포함하는 것이 바람직하다.

삭제

때에 따라, 상기 홈 또는 상기 구멍을 통과한 상기 마찰 연동부에는 상기 이동마찰부재에 걸려 상기 상부부재에 작용하는 부반력에 저항할 수 있도록 해주는 걸림턱이 형성되는 것을 포함하는 구성을 할 수 있다.

상기 고정마찰부재와 상기 베이스부재 사이에 볼트 가이드가 개재되고, 상기 고정마찰부재와 상기 베이스부재 및 상기 볼트 가이드는 같은 고정기구를 통해 일체로 결합되는 구성을 할 수 있다.

상기 고정마찰부재와 상기 베이스부재 사이에 상기 이동마찰부재의 두께보다 작은 볼트 가이드가 개재되고, 상기 고정마찰부재를 상기 베이스부재에 고정하는 볼트를 통해 상기 이동마찰부재에 대한 상기 고정마찰부재의 가압력을 조정할 수 있도록 된 것을 포함하는 것이 바림직하다.

본 발명에 따르면, 교각에 대한 상부구조물의 수평변위가 발생하더라도 하중 지지능력에 저하가 발생되지 않으면서도 마찰에 의한 지진에너지 감쇠 능력이 뛰어나다.

본 발명에 따르면, 교각에 대한 상부구조물의 수평변위가 발생하더라도 하중 지지능력에 저하가 발생되지 않으면서도 마찰에 의한 지진에너지 감쇠 능력이 뛰어나고 높이에도 변화가 생기지 않는 면진장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 외력이 제거되면 상부구조물에 대한 복원기능을 제공하면서 적어도 3개 층에서 마찰을 일으키므로 마찰에 의한 지진에너지 감소능력이 뛰어나다.

본 발명에 따르면, 마찰하는 부재들 간의 마찰을 일으킬 수 있는 거리를 크게 할 수 있고, 마찰하는 부재들 간의 가압력을 조정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치의 분리 사시도,
도 2는 도 1 다층 마찰 면진장치의 저면에서 보아 나타낸 분리 사시도,
도 3은 도 1 다층 마찰 면진장치의 조립된 상태를 나타낸 사시도,
도 4는 도 3의 다층 마찰 면진장치가 설치된 상태의 도 3의 I-I에 따른 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치의 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치의 저면도,
도 7은 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치의 변형 예를 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치의 변형 예를 나타낸 분리사시도,
도 9는 도 8에 나타낸 다층 마찰 면진장치의 설치상태의 단면도,
도 10은 도 2에 나타낸 다층 마찰 면진장치의 변형 예를 나타낸 저면 분리 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치의 분리 사시도이고, 도 2는 도 1 다층 마찰 면진장치의 저면에서 보아 나타낸 분리사시도이고, 도 3은 도 1 다층 마찰 면진장치의 조립된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 다층 마찰 면진장치가 설치된 상태의 도 3의 I-I에 따른 단면도, 도 5는 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치의 정면도, 도 6은 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치의 저면도이다.

도 1 내지 도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치(100)는 베이스부재(110), 상부부재(130), 고정마찰부재(150), 이동마찰부재(170), 베어링 블록(190) 및 마찰 연동부(200)를 가진다.

베이스부재(110)는 교량의 교각(10) 상에 설치하기 위한 것으로, 교각(10)에 설치되는 앵커 너트(AN) 등에 고정되는 볼트(B) 등을 통해 교각(10)에 고정된다. 이 실시 예에서, 마찰을 위한 베이스부재(110)의 상면은 평면으로 이루어져 있다. 이러한 베이스부재(110)의 상면에는 스테인리스스틸판 등의 미끄럼재(SM)가 설치되고 대응하는 마찰면에는 PTFE 등의 마찰재(FM)가 설치된다. 미끄럼재(SM)로는 스테인리스스틸판 대신 크롬 도금층이 형성될 수 있고, 미끄럼재(SM)와 마찰재(FM)는 서로 위치를 바꾸어 설치될 수 있다. 예를 들어, 이동마찰부재(170)의 상하 양 표면에 미끄럼재가 상대적으로 넓은 면적으로 설치되고 고정마찰부재(150)의 저면과 베이스부재(110)의 상면에 상대적으로 좁은 면적으로 마찰재가 설치될 수 있다. 이는 이하에서 설명되는 여타 마찰면에서도 마찬가지이다. 이러한 베이스부재(110)의 네 모서리부에는 볼트(B)가 통과할 수 있도록 상하로 통공(112)이 형성된 볼트 가이드(111)가 설치된다. 볼트 가이드(111)는 베이스부재(110)에 일체로 형성되거나 분리되어 형성될 수 있다.

상부부재(130)는 용접 등을 통해 교량의 상부구조물(20)의 저면에 설치하기 위한 것이다. 이 실시 예의 상부부재(130)의 저면은 평면으로 이루어져 있다. 이러한 상부부재(130)의 저면에는 스테인리스스틸판 등으로 된 미끄럼재(SM) 설치된다. 상부부재(130)의 가장자리를 따라 베어링 블록(190)의 측면과 간격을 두고 배치되는 가이드부(132)가 형성된다.

이 실시 예의 가이드부(132)는 양방향 가동단에 설치하기 위한 것으로, 상부부재(130)의 네 변의 가장자리를 따라 배치되고 하방으로 돌출되게 형성되어 있다. 일방향 가동단에 설치하기 위한 것이라면, 가이드부(132)는 마주하는 2개의 변을 따라서만 형성될 수 있다. 바람직하게, 가이드부(132)의 내면에도 스테인리스스틸판 등으로 된 미끄럼재(SM)가 부착된다.

각 가이드부(132)에는 마찰 연동부(200)가 각각 설치되어 있다. 이 실시 예에서 마찰 연동부(200)는 가이드부(132)의 저면에서 하방으로 돌출되게 형성되어 있다.

고정마찰부재(150)는 베이스부재(110)와 상부부재(130) 중 어느 하나에 간격을 두고 지지되어 어느 하나와의 사이에 제1장착부(M1)를 형성하고 나머지 하나와의 사이에 제2장착부(M2)를 형성한다. 이러한 고정마찰부재(150)의 적어도 양 측변에 내측으로 오목한 측면홈(156)이 형성된다. 양방향 가동단에 설치되는 것인 경우, 바람직하게, 네 측변 모두에 오목한 측면홈(156)이 형성된다. 하지만, 양방향 가동단에 설치되는 것인 경우에도 좌우 양 측변에서만 또는 전후 양 측변에서만 마찰 연동부(200)가 상부부재(130)와 이동마찰부재(170)를 서로 연동되도록 하거나 베이스부재(110)와 이동마찰부재(170)를 서로 연동되도록 하여도 되므로 마주보는 두 측변에만 오목한 측면홈(156)이 형성될 수 있다.

고정마찰부재(150)의 네 모서리부에는 체결공(152)이 형성된다. 이 고정마찰부재(150)는 체결공(152)을 통해 앵커 너트(AN)에 결합되는 볼트(B)에 의해 베이스부재(110)에 일체로 고정된다. 볼트 가이드(111)는 베이스부재(110)와 고정마찰부재(150) 사이에서 볼트(B)가 외부로 노출되지 않도록 하고 고정마찰부재(150)의 네 모서리를 지지한다. 이렇게 하면 베이스부재(110), 볼트 가이드(111) 및 고정마찰부재(150)가 같은 볼트(B)에 의해 앵커 너트(AN)에 함께 고정될 수 있어서 부품 수와 작업공수를 줄일 수 있고 견고한 결합상태를 유지할 수 있다. 베이스부재(110)와 볼트 가이드(111) 및 고정마찰부재(150)를 일체로 고정하는 고정수단인 볼트(B)와 앵커 너트(AN)는 여타의 고정방식으로 변경될 수 있다. 예를 들면, 앵커볼트가 교각에 설치되고 너트를 이용하여 베이스부재(110)에 고정마찰부재(150)를 고정할 수 있다. 때에 따라, 베이스부재(110)는 앵커 너트(AN)에 고정되고, 고정마찰부재(150)는 볼트를 통해 베이스부재(110)에 고정되는 구성을 취할 수도 있다.

또한, 볼트 가이드(111)의 두께를 이동마찰부재(170)의 두께보다 작게 하고 앵커 너트(AN)에 대한 볼트(B)의 결합정도를 조정함으로써 이동마찰부재(170)에 대한 고정마찰부재(150)의 가압력의 크기를 조정할 수 있다. 마찰을 일으키는 부재들 간에 작용하는 압력을 조정하면 마찰에 의해 감쇠되는 지진에너지의 크기도 조정할 수 있고, 설치 후 시간이 지남에 따라 각 구성요소의 변형, 마찰에 의한 마모 등의 여러 가지 원인에 의해 이동마찰부재(170)에 대한 고정마찰부재(150)와 베이스부재(110)의 가압력이나 마찰력이 변하는 경우, 볼트(B)의 잠금 정도를 조정하여 이동마찰부재(170)에 대한 고정마찰부재(150)와 베이스부재(110)의 가압력이나 마찰력의 크기를 조정할 수 있다.

위와 같은 볼트 가이드(111)와 베이스부재(110)의 사이 및/또는 볼트 가이드(111)와 고정마찰부재(150) 사이에 탄성재가 삽입될 수 있다.

이에 따라 이 실시 예에서는 베이스부재(110)와 고정마찰부재(150) 사이에 제1장착부(M1)가 형성되고 상부부재(130)와 고정마찰부재(150) 사이에 제2장착부(M2)가 형성된다. 이 고정마찰부재(150)의 저면에는 스테인리스스틸판 등으로 된 미끄럼재(SM)가 부착된다. 때에 따라, 고정마찰부재(150)는 간격을 두고 상부부재(130)에 지지될 수 있음은 물론이다.

도 1과 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1장착부(M1)에는 이동마찰부재(170)가 장착된다. 이 이동마찰부재(170)는 상면은 고정마찰부재(150)와 마찰되고 하면은 베이스부재(110)와 마찰되면서 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 가능하게 장착된다. 이동마찰부재(170)의 상면과 하면에는 PTFE 등으로 된 마찰재(FM)가 부착된다. 이러한 이동마찰부재(170)에는 오목한 측면홈(156)에 대응하는 위치에 측방으로 돌출된 돌출연결부(172)가 형성된다. 이 돌출연결부(173) 역시 일방향 가동단에 사용하기 위한 것인 경우, 마주보는 양 측변에만 형성될 수 있고, 양방향 가동단에 설치하기 위한 것이라면, 바람직하게, 네 측변 모두에 형성된다. 하지만, 이 돌출연결부(173) 역시 앞에서 오목한 측면홈(156)에서 설명한 바와 같이 좌우 양 측변 또는 전후 양 측변에만 형성될 수 있다. 바람직하게, 각각의 돌출연결부(172)에는 구멍(173)이 형성되어 있다. 구멍(173)은 때에 따라 홈으로 형성될 수 있다. 구멍(173)은 마찰 연동부(200)를 통해 이동마찰부재(170)가 상부부재(130)와 수평방향으로 연동될 수 있도록 하는 역할을 하는 것이므로 홈 외의 여타의 형태로도 변형될 수 있다.

마찰 연동부(200)는 가이드부(132)와 돌출연결부(172) 사이에 설치된다. 이 실시 예에서, 마찰 연동부(200)는 가이드부(132)에 고정된 상태에서 하단 일부가 구멍(173)으로 삽입되어 상부부재(130)가 수평변위를 할 때 이동마찰부재(170)를 함께 이동시켜 이동마찰부재(170)가 베이스부재(110) 및 고정마찰부재(150)와 마찰을 일으키도록 하는 역할을 한다.

즉, 이 실시 예에서, 마찰 연동부(200)는 상부부재(130)와 이동마찰부재(170) 사이에 설치되어 상부부재(130)의 수평방향 운동에너지를 이동마찰부재(170)로 전달하여 이동마찰부재(170)를 이동시킴으로써 이동마찰부재(170)가 상부부재(130) 및 고정마찰부재(150)와 마찰을 일으키도록 한다. 이에 따라 상부부재(130)에 작용하는 지진에너지는 마찰에너지로 소모되고, 지진에너지는 감쇠된다.

위와 같은 마찰 연동부(200)는 바람직하게 상부부재(130)에 고정되고, 이동마찰부재(170)에 형성되는 홈 또는 구멍(173)은 상부부재(130)가 경사지는 것을 허용하도록, 즉, 마찰 연동부(173)가 경사지는 것을 허용하도록 형성된다. 예를 들면, 도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이, 구멍(173)에 삽입되는 마찰 연동부(173)의 길이방향 양 측면 하단부를 볼록한 곡면으로 형성하거나, 구멍(173)의 내면을 볼록한 곡면으로 형성할 수 있다. 때에 따라, 상부부재(130)가 경사지는 것을 허용하면서 일정 범위 내에서 자유로운 상시 변위를 허용하도록 하고자 하는 경우에는 홈 또는 구멍(173)을 마찰 연동부(200)의 삽입부보다 조금 크게 형성하는 방식이 이용될 수도 있다.

제2장착부(M2)에는 베어링 블록(190)이 설치된다. 그리고 고정마찰부재(150)와 베어링 블록(190) 사이에 전단핀(210)에 의해 고정되는 탄성패드(220)가 장착된다. 전단핀(210)은 탄성패드(220)를 관통하여 일단은 고정마찰부재(150)에 형성된 고정홈(154)에 나사결합 되어 고정되고, 타단은 베어링 블록(190)에 형성된 홈(191) 삽입되어 베어링 블록(190)의 경사 또는 상하방향으로 회전하는 것은 허용하고 베어링 블록(190)이 수평변위를 일으키는 것은 제한한다. 전단핀(210)이 고정되는 고정홈(154)과 베어링 블록(190)에 형성되는 홈(191)의 형성위치는 상하로 위치를 서로 바꾸어 설치될 수 있고, 고정 방식도 나사결합이 아닌 용접 등의 방식으로 변동될 수 있다. 탄성패드(220)로는 폴리우레탄으로 된 것이 적당하다.

이 실시 예의 베어링 블록(190)은 상부구조물(20)의 하중을 교각으로 전달하여 주는 역할을 하는 것으로 상부부재(130)에 대해 마찰하면서 상부부재(130)가 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 하는 것을 허용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이러한 베어링 블록(190)의 상면에는 PTFE 등으로 된 마찰재(FM)가 부착된다. 이 실시 예는 양방향 가동단에 사용하기 위한 것으로 상부부재(130)가 교축방향 및 교축직각방향의 양방향의 수평방향으로 슬라이딩 하는 것을 허용하도록 구성되어 있다. 상부부재(130)가 베어링 블록(190)에 대해 일 수평방향으로만 이동도록 제한하는 것은 대응 접촉면에 서로 맞물려 한 방향으로만 이동될 수 있게 하는 직선상의 홈과 돌기를 형성하는 방법, 간격을 두고 평행한 가이드를 형성하는 방법 등으로 쉽게 구현할 수 있다.

베어링 블록(190)과 가이드부(132) 사이에 탄성기구(230)가 설치된다. 이 실시 예의 탄성기구(230)는 베이스부재(110) 또는 베어링 블록(190)에 대해 수평 변위를 일으킨 상부부재(130)에 대해 복원력을 제공하기 위한 것이다.

탄성기구(230)로는 그 일단이 베어링 블록(190)에 형성되는 축공(192)에 삽입되는 축(232)과 이 축(232)의 외주면에 결합된 머스프링(234)과 축(232)의 타단에 연결되고 머스프링(234)이 이탈되지 않도록 하며 가이드부(132)의 내측면과 미끄럼운동을 위한 미끄럼부재가 설치된 스토퍼(236) 등으로 이루어져 있는 것이 적당하다. 때에 따라 탄성기구(230)는 가이드부(132)에 설치되고 미끄럼부재가 설치된 스토퍼(236)가 베어링 블록(190)의 측면에 미끄럼 접촉하도록 구성될 수 있다. 탄성기구(230)는 일방향 가동단에 사용하기 위한 것인 경우, 베어링 블록(190)의 양 측면에만 설치되면 되고, 양방향 가동단에 사용하기 위한 것인 경우, 베어링 블록(190)의 네 측면 모두에 설치된다.

이 탄성기구(230)는 지진 시 베어링 블록(190)과 가이드부(132) 상호간에 작용하는 충격력을 완충하여 주면서 지진에너지를 감소시키고 베어링 블록(190)에 대해 수평변위를 일으킨 상부부재(130)에 대해 복원력을 제공하는 역할을 한다.

도 1 내지 도 6을 통해 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치(100)는 지진 등에 의해 상부부재(130)와 이동마찰부재(170)가 베이스부재(110), 고정마찰부재(150) 및 베어링 블록(190)에 대해 수평 변위를 하더라도 높이에 변화가 생기지 않으면서도 3개 층에서 마찰을 일으켜 지진에너지를 감쇠시킨다.

도 7은 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치의 변형 예를 나타낸 단면도이다.

때에 따라, 홈 또는 구멍(173)을 통과한 마찰 연동부(200)의 단부에는 이동마찰부재(170)에 걸려 상부부재(130)에 작용하는 부반력에 저항할 수 있도록 해주는 걸림턱(204)이 형성될 수 있다. 이 실시 예의 걸림턱(204)은 마찰 연동부(200)의 하단에서 안쪽으로 꺾인 형태를 취하고 있으나, 이동마찰부재(170)에 걸려 상부부재(130)에 작용하는 부반력을 잡아줄 수 있다면 여타의 다른 형태로 변동될 수 있다. 예를 들면, 걸림턱(204)은 마찰 연동부(200)의 하단에서 바깥으로 꺾인 형태를 취하거나 안쪽과 바깥쪽으로 꺾인 형태를 취할 수 있다. 또, 때에 따라, 걸림턱(204)은 마찰 연동부(200)의 전후 또는 좌우의 길이방향의 양 단부 하부에서 홈 또는 구멍(173)의 길이방향으로 꺾이도록 형성될 수 있는 등 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이는 뒤에서 설명되는 실시 예에서도 마찬가지이다.

나머지는 도 1 내지 도 6을 통해 설명한 것과 같다.

도 8은 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치의 변형 예를 나타낸 분리사시도이고, 도 9는 도 8에 나타낸 다층 마찰 면진장치의 설치상태의 단면도이다.

때에 따라, 상면과 하면이 평면인 앞 실시 예의 베어링 블록과, 베어링 블록의 회전 허용을 위한 탄성패드 대신에 도 8과 도 9에 나타낸 바와 같이 구면이 형성된 베어링 블록(190)과 고정마찰부재(150)를 이용하여 본 발명에 따른 다층 마찰 면진장치(101)를 구성할 수 있다.

도시된 바와 같이, 고정마찰부재(150)의 상면에 제1오목구면(158)이 형성되고, 베어링 블록(190)과 마주하는 상부부재(130)의 저면에는 제1오목구면(158)의 곡률반경보다 큰 곡률반경의 제2오목구면(134)이 형성될 수 있다.

이 경우, 베어링 블록(190)에는 제1오목구면(158)에 면접촉되는 제1볼록구면(194)과 제2오목구면(134)에 면접촉되는 제2볼록구면(196)이 형성된다.

도 8과 도 9에 나타낸 바와 같은 다층 마찰 면진장치(101)는 지진 등에 의해 상부부재(130)와 이동마찰부재(170)가 베이스부재(110), 고정마찰부재(150) 및 베어링 블록(190)에 대해 수평 변위를 하는 경우 높이에 변화는 생기지만 탄성재 없이도 복원력을 가질 수 있고 4개 층에서 마찰을 일으켜 지진에너지를 감쇠시킨다.이 실시 예의 경우, 상부부재(130)와 여기에 설치된 마찰 연동부(200)는 이동마찰부재(170)에 대해 높이 변화를 일으키므로, 마찰 연동부(200)는 앞 실시 예에서보다 길게 형성된다.

때에 따라, 구멍(173)을 통과한 마찰 연동부(200)의 하단부에 앞 실시 예에서와 같이 상부부재(130)가 일정 높이 이상 상승 시 이동마찰부재(170)에 걸릴 수 있는 걸림턱을 설치하여 부반력 저항기능을 가지도록 할 수 있다. 그리고 고정마찰부재(150)는 별도의 볼트(B)를 통해 베이스부재(110)에 고정될 수 있다. 이 경우, 볼트(B)는 이동마찰부재(170)의 운동에 방해가 되지 않아야 할 것이다.

나머지 구성은 앞 실시 예에서 설명한 것과 같다.

도 10은 도 2에 나타낸 다층 마찰 면진장치의 변형 예를 나타낸 저면 분리 사시도이다.

때에 따라, 도 10에 나타낸 바와 같이, 상부부재(130)의 마주 보는 양 측변에만 마찰 연동부(200)를 설치하고 이에 대응되는 위치의 이동마찰부재(170)에 홈 또는 구멍(173)을 형성하여 양 방향 가동단에 사용할 수 있는 다층 마찰 면진장치(100)를 구성할 수 있다. 마찰 연동부(200)가 양 측변에서만 이동마찰부재(170)의 홈 또는 구멍(173)에 결합되더라도 교축방향 및 교축직각방향의 양 방향으로 면진과 복원이 가능하다.

나머지는 앞에서 설명한 것과 같다.

위에서 설명한 실시 예들에서 앵커 너트와 볼트, 용접 등의 고정수단을 제외하고는 상하로 뒤집힌 상태로 설치될 수 있다. 이 경우, 베이스부재는 상부부재가 되고, 상부부재는 베이스부재가 된다.

본 발명은 교각에 설치되어 교량의 상부구조물의 하중을 지지하면서 면진기능을 수행할 수 있는 면진장치를 만드는데 이용될 가능성이 있다.

100, 101: 다층 마찰 면진장치 110: 베이스부재
111: 볼트 가이드 112: 통공
130: 상부부재 132: 가이드부
150: 고정마찰부재 152: 체결공
154: 고정홈 156: 오목한 측면홈
170: 이동마찰부재 172: 돌출연결부
173: 구멍 190: 베어링블록
200: 마찰 연동부 204: 걸림턱
210: 전단핀 220: 탄성패드
AN: 앵커 너트 B: 볼트
FM: 마찰재 SM: 미끄럼재

Claims (10)

1. 교량의 교각 상에 설치하기 위한 베이스부재;
   상기 교량의 상부구조물의 저면에 설치하기 위한 상부부재;
   상기 베이스부재에 간격을 두고 지지되어 상기 베이스부재와의 사이에 제1장착부를 형성하고 상기 상부부재와의 사이에 제2장착부를 형성하는 고정마찰부재;
   상기 제1장착부에 설치되고 상기 고정마찰부재 및 상기 베이스부재와 마찰되면서 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 가능하게 장착된 이동마찰부재;
   상기 제2장착부에 설치되고 상기 상부부재에 대해 마찰되면서 상기 상부부재가 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 하는 것을 허용하는 베어링 블록; 및
   상기 상부부재와 상기 이동마찰부재 사이에 설치되어 상기 상부부재의 적어도 일 수평방향으로의 운동에너지를 상기 이동마찰부재로 전달하여 상기 이동마찰부재를 이동시킴으로써 상기 이동마찰부재가 상기 상부부재 및 상기 고정마찰부재와 마찰을 일으키도록 하여 상기 상부구조물의 하중을 받는 적어도 3개 층에서의 마찰을 연동시키는 마찰 연동부를 포함하고,
   ⅰ) 상기 상부부재의 가장자리를 따라 상기 베어링 블록의 측면과 간격을 두고 배치되는 가이드부가 형성되고,
   상기 고정마찰부재와 상기 베어링 블록 사이에 전단핀에 의해 고정되는 탄성패드가 장착되고,
   상기 전단핀은 상기 탄성패드를 관통하여 일단은 상기 고정마찰부재 또는 상기 베어링 블록에 고정되고, 타단은 상기 베어링 블록 또는 상기 고정마찰부재에 형성된 홈에 삽입되어 상기 고정마찰부재에 대한 상기 베어링 블록의 경사나 상하방향의 회전은 허용하고 상기 베어링 블록의 수평변위는 제한하고,
   상기 베어링 블록과 상기 가이드부 사이에 상기 베이스부재에 대해 수평 변위를 일으킨 상기 상부부재에 대해 복원력을 제공하기 위한 탄성기구가 설치되는 구성;과
   ⅱ) 상기 베어링 블록을 향하는 상기 고정마찰부재의 표면에 제1오목구면이 형성되고,
   상기 베어링 블록과 마주하는 상기 상부부재의 표면에 상기 제1오목구면보다 큰 곡률반경의 제2오목구면이 형성되고,
   상기 베어링 블록에는 상기 제1오목구면에 면접촉되는 제1볼록구면과 상기 제2오목구면에 면접촉되는 제2볼록구면이 형성되는 구성; 중 어느 하나를 포함하여 구성됨으로써,
   상기 베이스부재에 대한 상기 상부부재의 수평변위에 대한 복원력을 제공할 수 있도록 하면서,
   상기 베이스부재에 대한 상기 상부부재의 수평변위가 발생하더라도 상기 상부구조물에 대한 하중 지지능력에 저하가 발생되지 않도록 함과 아울러,
   지진에 의해 상기 베이스부재에 대한 상기 상부부재의 수평변위가 발생하면 상기 상부구조물의 하중을 받는 적어도 3개 층에서 마찰에 의해 지진에너지를 감쇠시키도록 된 것을 포함하는 것을 특징으로 다층 마찰 면진장치.
2. 제1항에서, 상기 마찰 연동부는 상기 상부부재에 설치되고, 상기 이동마찰부재에는 상기 마찰 연동부의 일부가 삽입된 상태에서 상기 마찰 연동부가 경사지는 것을 허용하는 홈 또는 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 다층 마찰 면진장치.
3. 제2항에서, 상기 고정마찰부재의 적어도 양 측변에 내측으로 오목한 측면홈이 형성되고,
   상기 오목한 측면홈에 대응하는 상기 이동마찰부재의 적어도 양 측변에 상기 홈 또는 상기 구멍이 형성된 돌출연결부가 형성된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 마찰 면진장치.
4. 제3항에서, 상기 오목한 측면홈은 상기 고정마찰부재의 4변 모두에 각각 형성되고, 상기 돌출연결부는 상기 이동마찰부재의 4변 모두에 각각 형성되고, 상기 가이드부와 상기 마찰 연동부는 상기 상부부재의 4변 모두에 각각 형성되어 상기 상부부재와 상기 이동마찰부재가 상기 베이스부재와 상기 고정마찰부재 및 상기 베어링 블록에 대해 다층 마찰을 하면서 양방향으로 변위 및 복원이 가능하도록 구성된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 마찰 면진장치.
5. 삭제
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서, 상기 이동마찰부재 및 상기 베어링 블록과 마찰을 일으키는 마찰부위의 대응 마찰면의 한쪽 표면에는 마찰재가 설치되고 나머지 한쪽 표면에는 스테인리스스틸판이 설치되거나 크롬 도금층이 형성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 마찰 면진장치.
7. 삭제
8. 제2항에서, 상기 홈 또는 상기 구멍을 통과한 상기 마찰 연동부에는 상기 이동마찰부재에 걸려 상기 상부부재에 작용하는 부반력에 저항할 수 있도록 해주는 걸림턱이 형성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 마찰 면진장치.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서, 상기 고정마찰부재와 상기 베이스부재 사이에 볼트 가이드가 개재되고, 상기 고정마찰부재와 상기 베이스부재 및 상기 볼트 가이드는 같은 고정기구를 통해 일체로 결합되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 마찰 면진장치.
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서, 상기 고정마찰부재와 상기 베이스부재 사이에 상기 이동마찰부재의 두께보다 작은 볼트 가이드가 개재되고, 상기 고정마찰부재를 상기 베이스부재에 고정하는 볼트를 통해 상기 이동마찰부재에 대한 상기 고정마찰부재의 가압력을 조정할 수 있도록 된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 마찰 면진장치.

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