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KR101030750B1 - 지진 격리 장치 - Google Patents

지진 격리 장치 Download PDF

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KR101030750B1
KR101030750B1 KR1020100078400A KR20100078400A KR101030750B1 KR 101030750 B1 KR101030750 B1 KR 101030750B1 KR 1020100078400 A KR1020100078400 A KR 1020100078400A KR 20100078400 A KR20100078400 A KR 20100078400A KR 101030750 B1 KR101030750 B1 KR 101030750B1
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KR
South Korea
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plate
bridge
curvature
upper plate
radius
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KR1020100078400A
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English (en)
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희민 박
안창모
Original Assignee
안창모
희민 박
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Abstract

본 발명은 교각 상측에 결착되고, 중앙 영역에 구면자 안착홈이 형성되는 하부 플레이트와, 일측은 구면자 안착홈에 상응하는 형상으로 형성되고, 타측은 일정 곡률 반경을 갖도록 형성되는 구면자와, 구면자의 상측에 형성되며, 일측에는 구면자의 타측의 곡률 반경에 상응하는 곡률 반경을 갖는 슬라이드홈이 형성되고, 타측은 교량의 연속 상판의 하측에 밀착되는 상부 플레이트로 이루어지되, 구면자에 의해서 상부 플레이트에 의한 이동 변위 및 회전 변위를 수용하고, 슬라이드홈의 곡률 반경은 1000mm 내지 5000mm 이도록 형성되어서, 지진력에 의한 진자 운동이 구면자 및 상부 플레이트의 슬라이드홈에서 유도되도록 하는 지진 격리 장치를 개시한다. 본 발명에 의하면, 평상시에는 교량의 연속 상판의 하중을 지지하고, 온도변화 및 기타 다른 외적인 요인에 의한 교축 방향과 교축 직각 방향으로의 이동 변위, 및 교축 방향으로의 상부구조의 처짐(틸팅) 등에 의한 회전 변위를 원활하고 수용할 수 있고, 지진에 따른 대변위 발생시에는 이로 인해 생성되는 지진 에너지를 균일하게 소산시켜서, 교량의 구조적 안정성을 확보할 수 있고, 대변위 발생 이전 시점으로 교량 구조를 신속하게 복원시킬 수 있음으로써, 지진에 의한 교량 구조물의 피해를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

지진 격리 장치{Sliding Pendulum Isolator}
본 발명은 교량 상판과 교각 및 교대 사이에 설치되는 지진 격리 장치(교좌 장치)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평상시에는 교량 상부구조에서 발생되는 하중을 하부구조로 전달하고, 연속 상판의 이동 변위 및 회전 변위를 원활하게 가이드하여 수용할 수 있으며, 지진에 따른 대변위 발생시에는 이로 인해 생성되는 지진 에너지를 소산시켜서, 교량의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 지진 격리 장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 지진 격리 장치(Sliding Pendulum Isolator)는 지진에 의한 과다하중 발생 및 대변위에 대비하여 교량에 설치되는 구조물로서, 다음의 조건을 기본적으로 만족하여야 한다.
즉, 교량 구조물은 교량의 연속 상판의 처짐, 지진력, 풍력, 외부 충돌 또는 계절과 날씨에 따른 온도 변화에 의한 신장과 수축, 크리프(creep), 건조 수축 및 수압에 의해서 상시 신장과 수축을 반복한다. 또한, 교량 구조물의 반복적인 신장과 수축에 따라 슬라이딩하는 교량의 연속 상판에 의해 지진 격리 장치의 상부 플레이트가 이동하게 되며, 이에 따른 상향 높이 단차가 발생하게 된다. 여기서, 교량의 연속 상판 또는 상부 플레이트의 높이 단차가 10mm 이상 발생하게 되면, 교량의 상부 구조물 설계에서 감안되지 않은 부가적인 응력이 발생할 수 있으므로 이를 감안하여 지진격리 받침을 설계하여야만 한다.
따라서, 지진 격리 장치의 상부 플레이트의 마찰면의 곡면 곡률의 범위를 규정함으로써, 상시 최대 변위가 발생하더라도 교량의 상부 구조물의 상향 단차가 10mm이상 발생하지 않도록 하여 구조물의 안정성을 확보할 필요성이 있다. 또한, 지진 시 교량 구조물의 주기를 장주기화하고, 지진에너지를 소산시켜 교량 구조물의 안정성을 보다 향상시킬 필요성도 있고, 지진에 의한 대변위 이후, 교량의 상부 구조물, 즉 교량의 연속 상판 또는 지진 격리 장치의 상부 플레이트가 지진 발생 이전의 상태로 복원 또는 복귀되어야 하므로, 교량의 연속 상판의 길이, 즉 교량 연속지간장의 총 길이에 대한 지진 격리 장치의 상부 플레이트의 마찰면의 곡면 곡률을 규정하여야 할 필요성이 제기된다.
한편, 전술한 바와 같은 내진을 위한 종래의 발명으로는 한국등록특허 제10-917093호인 합성마찰 진자형 내진장치의 발명이 개시되어 있는데, 이는 도 5에 도시된 바와 같이, 각종 구조물의 밑면과 기초면(500b) 사이에 설치되어 지진 발생시 구조물의 동적거동을 완화시키는 내진장치에 있어서, 상기 구조물의 밑면에 앵커볼트(501)로 고정되는 바닥판(502)과 구조물의 기초면(500b)에 고정되는 베이스판(503) 사이에는 지진동 감쇠부(504)가 내장되되, 이 지진동 감쇠부(504)는 바닥판(502)과 일체로 연결된 상부 오목판과, 이 상부 오목판의 오목홈에 접하는 볼록 구형베어링(506) 및, 이 볼록 구형베어링(506)이 안착되는 베이스판(503)에 고정된 안내베어링 시트(507)를 갖추고 상기 상부 오목판 둘레에 원통형의 전단키(508)와 이 전단키(508) 하부 내측에 고리형의 부반력 방지장치(509)가 장착되고, 상기 상부 오목판에 접촉하는 부위에 마찰재가 동심원적으로 다수개 배치되며, 상기 안내베어링 시트(507)의 둘레에는 고무패드가 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 탄성마찰 진자형 내진장치로 이루어진다.
상기한 종래의 발명은 지진 발생시 지진동으로부터 구조물을 격리시키고 안정적으로 구조물의 하중을 지지하면서 지진동 폭을 감소시키어 지진 후 구조물의 원위치화 기능을 수행할 뿐만 아니라, 송변전 설비기초, 발전소, 교량, 건물 및 저장탱크 구조물 등 각종 구조물에 상용화 적용시키면서 제조단가를 낮출 수 있는 합성마찰 진자형 내진장치를 제공하지만, 3차원적인 구조물의 다양한 변위에는 전혀 기능을 하지 못하여 대변위시의 이동 변위 및 회전 변위를 적절하게 수용하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 평상시에는 교량의 연속 상판의 하중, 풍력, 수압, 외부 충돌 또는 다른 외적 요인에 의한 교축 방향과 교축 직각 방향과 지표면에 대한 수직 방향으로의 이동 변위, 및 교량 상판의 처짐에 의한 회전 변위를 원활하고 수용할 수 있고, 지진에 따른 대변위 발생시에는 이로 인해 생성되는 지진 에너지를 균일하게 소산시켜서, 교량의 구조적 안정성을 확보할 수 있고, 대변위 발생 이전 시점으로 교량 구조를 신속하게 복원시킬 수 있는 지진 격리 장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 교량의 인접하는 연속 상판들 사이에 설치되고, 교량의 연속 상판과 교각 사이에 배치되어서, 교량의 연속 상판의 회전 변위 및 이동 변위를 수용하는 지진 격리 장치에 있어서, 상기 교각 상측에 결착되고, 중앙 영역에 구면자(베어링) 안착홈이 형성되는 하부 플레이트와, 일측은 상기 구면자 안착홈에 상응하는 형상으로 형성되고, 타측은 일정 곡률 반경을 갖도록 형성되는 구면자와, 상기 구면자의 상측에 형성되며, 일측에는 상기 구면자의 타측의 곡률 반경에 상응하는 곡률 반경을 갖는 슬라이드홈이 형성되고, 타측은 상기 교량의 연속 상판의 하측에 밀착되는 상부 플레이트로 이루어지되, 상기 구면자에 의해서 상기 상부 플레이트에 의한 이동 변위 및 회전 변위를 수용하고, 상기 슬라이드홈의 곡률 반경은 1000mm 내지 5000mm 이도록 형성되어서, 지진력에 의한 진자 운동이 상기 구면자 및 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈에서 유도되도록 하는 지진 격리 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 교량의 인접하는 연속 상판들 사이에 설치되고, 교량의 연속 상판과 교각 사이에 배치되어서, 교량의 연속 상판의 회전 변위 및 이동 변위를 수용하는 지진 격리 장치에 있어서, 상기 교각 상측에 결착되고, 중앙 영역에 상면이 개방된 원통 형상의 베어링 안착홈이 형성되는 하부 플레이트와, 상기 베어링 안착홈에 상응하는 원통 형상으로 형성되어 상기 베이링 안착홈에 안착되는 탄성 부재와, 상기 탄성 부재 상측에 형성되며, 하측은 상기 베어링 안착홈에 삽입되고, 상측은 일정 곡률 반경을 갖도록 형성되는 베어링과, 상기 베어링의 상측에 형성되며, 일측에는 상기 베어링의 상측의 곡률 반경에 상응하는 곡률 반경을 갖는 슬라이드홈이 형성되고, 타측은 상기 교량의 연속 상판의 하측에 밀착되는 상부 플레이트로 이루어지되, 상기 탄성 부재 및 베어링에 의해서 상기 상부 플레이트에 의한 이동 변위 및 회전 변위를 수용하고, 상기 슬라이드홈의 곡률 반경은 1000mm 내지 5000mm 의 범위로 형성되어서, 지진력에 의한 진자 운동이 상기 베어링과 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈에서 유도되도록 하는 지진 격리 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 지진 격리 장치에 있어서, 상기 교량의 연속 상판의 길이가 220m 이하이면, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경은 1000mm 내지 5000mm 이며, 상기 교량의 연속 상판의 길이가 220m 초과 480m 이하이면, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경은 2000mm 내지 5000mm 이며, 상기 교량의 연속 상판의 길이가 480m 초과 630m 이하이면, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경은 2500mm 내지 5000mm 이며, 상기 교량의 연속 상판의 길이가 630m 초과 760m 이하이면, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경은 3000mm 내지 5000mm 이며, 상기 교량의 연속 상판의 길이가 760m 초과 880m 이하이면, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경은 3500mm 내지 5000mm 이고, 상기 교량의 연속 상판의 길이가 880m 초과이면, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경은 4000mm 내지 5000mm 범위 일 수 있다.
본 발명에 따른 지진 격리 장치에 있어서, 상기 하부 플레이트의 대향하는 두 측면 또는 대향하는 네 측면에 각각 형성되는 가이드부를 더 포함하고, 상기 가이드부는 상기 하부 플레이트의 측면으로부터 지표면에 대한 수평 방향으로 연장 형성되는 수평판과, 상기 수평판의 종단부로부터 상기 상부 플레이트의 측면에 인접하도록 수직 형성되는 수직판과, 상기 수직판을 상기 수평판에 고정 결합시키는 파단 볼트로 이루어지되, 상기 가이드부는 상기 상부 플레이트의 교축 방향 또는 교축 직각 방향으로의 수평력에 의한 이동 변위를 수용하고, 상기 파단 볼트에는 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트의 경계면에 대향하여 노치가 형성되어서 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트 사이에 일정 크기 이상의 수평력에 의한 변위가 발생하면 상기 파단 볼트는 상기 노치에 의해서 전단 파괴될 수 있다.
본 발명에 따른 지진 격리 장치에 있어서, 상기 구면자 안착홈과 상기 구면자의 하측면 사이, 및 상기 상부 플레이트와 상기 구면자의 상측면 사이에는, 상기 구면자의 형상에 상응하여 형성되고, 내구성이 우수하며, 고온에 대한 저항성이 양호하며, 지압 응력에 대향하고, 마찰력을 가지는 마찰판이 삽입 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 지진 격리 장치에 있어서, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈과 상기 베어링의 상측면 사이에는, 상기 슬라이드홈의 형상에 상응하여 형성되고, 내구성이 우수하며, 고온에 대한 저항성이 양호하며, 마찰력을 가지는 마찰판이 삽입 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 평상시에는 교량의 연속 상판의 하중, 지진력, 풍력, 수압, 외부 충돌 또는 다른 외적 요인에 의한 교축 방향과 교축 직각 방향과 지표면에 대한 수직 방향으로의 이동 변위 및 상판 구조의 처짐에 의한 회전 변위를 원활하고 수용할 수 있고, 지진에 따른 대변위 발생시에는 이로 인해 생성되는 지진 에너지를 균일하게 소산시켜서, 교량의 구조적 안정성을 확보할 수 있고, 대변위 발생 이전 시점으로 교량 구조를 신속하게 복원시킬 수 있음으로써, 지진에 의한 교량 구조물의 피해를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 의한 지진 격리 장치의 개략적인 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 지진 격리 장치의 측면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 도 1a의 지진 격리 장치의 하부 플레이트의 대향하는 두 측면에 가이드부가 추가 형성된 예의 사시도, 절개 단면도 및 저면도를 나타낸 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 도 1a의 지진 격리 장치의 하부 플레이트의 대향하는 네 측면에 가이드부가 추가 형성된 예의 사시도, 절개 단면도 및 저면도를 나타낸 것이다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 의한 지진 격리 장치의 개략적인 절개 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 지진 격리 장치의 일부 절개 면도이다.
이하, 상기한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
주지하는 바와 같이, 지진 격리 장치는 교량의 인접하는 연속 상판들 사이 하부에 설치되고, 교량의 연속 상판의 접촉부와 교각 사이에 배치되어서, 교량의 연속 상판의 회전 변위 및 이동 변위를 실질적으로 수용하는 역할을 한다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 의한 지진 격리 장치의 개략적인 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 지진 격리 장치의 측면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 의한 지진 격리 장치(100)는, 교각(미도시)과 결착하는 하부 플레이트(110)와, 구면자(120)와, 교량의 연속 상판(미도시)과 밀착하고 구면자(120)의 형상에 대응하여 일정 곡률 반경을 갖는 상부 슬레이트(130)로 이루어진다.
우선, 하부 플레이트(110)는 교각 상측에 결착되고, 중앙 영역에 일정 곡률 반경의 구면자 안착홈(미도시)이 형성된다. 예컨대, 하부 플레이트(110)는 교각의 상부에 매설되는 중공이 형성된 원통 형상의 소켓(112-1), 및 소켓(112-1)의 내측에 삽입 결합하는 앵커 볼트(112-2)에 의해서 교각 상측에 견고하게 결착되어 고정 형성되고, 하부 플레이트(110)는 소켓(112-1)으로부터의 앵커 볼트(112-2)의 해제에 의해서 교각의 상부로부터 용이하게 취출되어 분리될 수 있다. 여기서, 소켓(112-1) 및 앵커 볼트(112-2)는 하부 플레이트(110)의 측면 또는 모서리 영역에 다수로 형성될 수 있다. 한편, 앵커 볼트(112-2)의 직경보다 소켓(12-1)의 직경이 상대적으로 크므로, 하부 플레이트(110)는 소켓(112-1)에 의해서 교각 상측에 앵커 볼트(112-2)보다 상대적으로 큰 결합력에 의해 고정되어 결착할 수 있다. 또한, 구면자 안착홈은 외력에 의한 교량의 연속 상판으로부터 상부 플레이트(130)와 구면자(120)를 통해서 전달되는 회전 변위를 원활하게 수용할 수 있도록 일정 곡률 반경으로 내측으로 요입 형성될 수 있다.
다음, 구면자(120)의 일측은 구면자 안착홈에 상응하는 형상으로 형성되고, 구면자(120)의 타측은 일정 곡률 반경을 갖도록 형성된다. 즉, 구면자(120)의 일측은 구면자 안착홈에 상응하는 형상으로 형성되고, 구면자(120)의 타측은 후술하는 상부 플레이트(130)의 하측에 밀착하는 형상으로 형성되어, 교량의 연속 상판으로부터 전달되는 회전 변위를 구면자(120)의 타측이 전달받고 구면자(120)의 일측은 구면자 안착홈에 의해 유도되어 교축 방향으로의 회전 변위를 원활하게 수용할 수 있다. 여기서, 교축 방향이란 교량의 다수 교각이 배열되는 방향 또는 교량의 연속 상판의 길이 방향을 지칭하며, 교축 직각 방향이란 교축 방향과 수평으로 직교하는 방향을 지칭하고, 연속 상판이란 하나의 지진 격리 장치와 이와 이격되어 배치되는 다른 지진 격리 장치 사이에 배치되는 연속적인 교량의 연속 상판을 지칭한다.
다음, 상부 플레이트(130)는 교량의 연속 상판을 지지하는 역할을 수행하는 것으로서, 구면자(120)의 상측에 밀착되어 배치 형성되며, 일측에는 구면자(120)의 타측의 곡률 반경에 상응하는 곡률 반경을 갖는 슬라이드홈(131)이 형성되고, 타측은 교량의 연속 상판의 하측에 밀착되어 고정 형성된다.
전술한 바와 같은 구성에 의하면, 구면자(120)와 구면자 안착홈에 의해서 상부 플레이트(130)에 의한 이동 변위 및 회전 변위를 일정 범위 내에서 수용할 수 있다.
또한, 구면자(120)의 타측에 대응하여 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131)이 일정 곡률 반경, 즉, 1000mm 내지 5000mm 범위의 곡률 반경을 갖도록 형성되어서, 교량의 연속 상판의 처짐, 온도 변화에 의한 신장과 수축, 크리프, 건조 수축 또는 단속적인 회전 변위 및 이동 변위를 효과적으로 수용하도록 하고, 특히, 지진력에 의한 진자 운동이 구면자(120)와 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131)에서 유도되도록 한다. 여기서, 지진력에 의한 진자 운동이란, 지진력에 의한 구면자(120)와 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131) 사이의 밀착된 상대적인 움직임을 지칭한다.
따라서, 전술한 바와 같은 구성에 의하면, 평상시에는 교량의 연속 상판의 하중, 풍력, 수압, 외부 충돌 또는 다른 외적 요인에 의한 교축 방향과 교축 직각 방향과 지표면에 대한 수직 방향으로의 이동 변위, 및 교축 방향으로의 처짐(틸팅)에 의한 회전 변위를 원활하고 수용할 수 있고, 지진에 따른 대변위 발생시에는 이로 인해 생성되는 지진 에너지를 균일하게 소산시켜서, 교량의 구조적 안정성을 확보할 수 있고, 대변위 발생 이전 시점으로 교량 구조를 신속하게 복원시킬 수 있다.
예컨대, 외력에 의한 교량의 연속 상판의 변위 발생시, 상부 플레이트(130)는 구면자(120)의 상측에서 슬라이드홈(131)의 곡률 반경에 의해서 진자 운동을 하게 되고 이에 따라 상부 플레이트(130)에는 지표면에 대해 수직인 방향으로 변위가 발생하게 된다. 여기서, 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131)의 1000mm 내지 5000mm 의 곡률 반경은, 상부 플레이트(130) 또는 교량의 연속 상판이 일정 높이 단차, 예컨대 본 실시예에서는 10mm 미만의 높이 단차를 유지할 수 있도록 설정된 것이다.
한편, 교량의 연속 상판에 지점 침하량 10mm 이상의 높이 단차가 발생하게 되면, 교량을 구성하는 구조물에 교량 설계시 감안되지 않은 부가적인 응력이 발생하여 교량의 구조적 안정성이 확보되지 않게 되므로, 표 1에 제시된 바와 같이, 평상시 또는 대변위 발생시에도 교량의 구조적 안정성을 확보할 수 있도록 교량의 연속 상판의 길이에 따라서 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131)의 곡률 반경의 범위를 1000mm 내지 5000mm 내에서 설정할 필요가 있다. 또한, 표 1에 제시된 바와 같이, 슬라이드홈(131)의 곡률 반경은 대변위 발생 이전 시점으로 교량의 연속 상판 또는 상부 플레이트(130)가 자체 하중에 의해서 복원 또는 복귀할 수 있도록 교량의 연속 상판의 길이에 따라서 1000mm 내지 5000mm 내에서 설정될 필요가 있다.
교량의 연속 상판의 길이(L, 단위는 m) 슬라이드홈의 곡률 반경(R, 단위는 mm)
L ≤ 220 1000 ≤ R ≤ 5000
220 ＜ L ≤ 480 2000 ≤ R ≤ 5000
480 ＜ L ≤ 630 2500 ≤ R ≤ 5000
630 ＜ L ≤ 760 3000 ≤ R ≤ 5000
760 ＜ L ≤ 880 3500 ≤ R ≤ 5000
L 〉 880 4000 ≤ R ≤ 5000
구체적으로, 표 1에 기재되어 있는 바와 같이, 교량의 연속 상판의 길이가 220m 이하이면, 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131)의 곡률 반경의 범위는 1000mm 내지 5000mm 이며, 교량의 연속 상판의 길이가 220m 초과 480m 이하이면, 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131)의 곡률 반경은 2000mm 내지 5000mm 이며, 교량의 연속 상판의 길이가 480m 초과 630m 이하이면, 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131)의 곡률 반경은 2500mm 내지 5000mm 이며, 교량의 연속 상판의 길이가 630m 초과 760m 이하이면, 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131)의 곡률 반경은 3000mm 내지 5000mm 이며, 교량의 연속 상판의 길이가 760m 초과 880m 이하이면, 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131)의 곡률 반경은 3500mm 내지 5000mm 이고, 교량의 연속 상판의 길이가 880m 초과이면, 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131)의 곡률 반경은 4000mm 내지 5000mm 인 것이 바람직하다.
여기서, 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131)의 곡률 반경의 상한은 교량의 연속 상판 또는 상부 플레이트(130)가 변위 이전 시점으로 복원 또는 복귀할 수 있도록 복원력을 갖는 한계 값으로서, 교량의 연속 상판의 길이와 무관하게 5000mm 인 것이 바람직하다. 또한, 상부 플레이트(130)의 슬라이드홈(131)의 곡률 반경의 하한은 교량의 연속 상판으로부터 전달되는 하중을 수용할 수 있는 상부 플레이트(130)의 두께를 규정하는 것으로서 교량의 연속 상판의 길이가 길수록 슬라이드홈(131)의 곡률 반경이 일정 비율로 커지는 것이 바람직하다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 도 1a의 지진 격리 장치의 하부 플레이트의 대향하는 두 측면에 가이드부가 추가 형성된 예의 사시도, 절개 단면도 및 저면도를 나타낸 것이다. 또한, 도 3a 내지 도 3c는 각각 도 1a의 지진 격리 장치의 하부 플레이트의 대향하는 네 측면에 가이드부가 추가 형성된 예의 사시도, 절개 단면도 및 저면도를 나타낸 것이다. 여기서, 도 2b의 (a)는 지진 격리 장치의 교축 방향으로의 단면도이며, (b)는 지진 격리 장치의 교축 직각 방향으로의 절개 단면도이며, 도 3a의 (a)는 지진 격리 장치를 상측에서 바라본 사시도이고, (b)는 지진 격리 장치를 하측에서 바라본 사시도이다.
도 2a 내지 3c를 참조하면, 전술한 지진 격리 장치(100)는 하부 플레이트(110)의 대향하는 두 측면 또는 대향하는 네 측면에 각각 형성되는 가이드부(140)를 더 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 도 2a 내지 도 2c는 하부 플레이트(110)의 대향하는 두 측면에 각각 형성되는 가이드부(140)를 더 포함하는 예를 나타낸 것이고, 도 3a 내지 도 3c는 하부 플레이트(110)의 대향하는 네 측면에 각각 형성되는 가이드부(140)를 더 포함하는 예를 나타낸 것이다.
구체적으로, 가이드부(140)는 하부 플레이트(110)의 측면으로부터 지표면에 대한 수평 방향으로 연장 형성되는 수평판(141)과, 수평판(141)의 종단부로부터 상부 플레이트(130)의 측면에 인접하도록 수직 형성되는 수직판(142)과, 수직판(142)을 수평판(142)에 고정 결합시키는 파단 볼트(143)로 이루어지되, 가이드부(140)는 상부 플레이트(130)의 교축 방향 또는 교축 직각 방향으로의 수평력에 의한 이동 변위를 저항하여 수용하고, 파단 볼트(143)에는 하부 플레이트(110)와 상부 플레이트(130)의 경계면에 대향하여 노치(notch)(미도시)가 형성되어서 하부 플레이트(110)와 상부 플레이트(130) 사이에 일정 크기 이상의 수평력에 의한 변위, 예컨대 평상시 발생할 수 있는 최대 설계 수평력의 1.1배 내지 1.2배의 하중이 발생하면 파단 볼트(143)는 노치에 의해서 전단 파괴될 수 있다. 즉, 평상시, 가이드부(140)는 교축 방향 또는 교축 직각 방향으로의 수평력에 저항할 수 있고, 지진력에 의한 대변위 발생시, 최대 설계 수평력의 1.1배 내지 1.2배의 하중 발생시에는 노치에 의해서 하부 플레이트(110)와 상부 플레이트(130)의 경계면에서 전단 파괴되어 다른 교량 구조의 변형 및 파손을 효과적으로 방지할 수 있게 되고, 이후에는 슬라이드홈(131)에 의해서 대변위 발생 이전 시점으로 교량 구조를 신속하게 복원시킬 수 있다.
한편, 평상시, 하부 플레이트(110)의 대향하는 두 측면에 가이드부(140)가 형성된 지진 격리 장치(100)는 상부 플레이트(130)의 교축 방향으로 이동 변위를 원활하게 수용하고, 상부 플레이트(130)의 교축 직각 방향으로의 수평력에 효과적으로 저항할 수 있어서 교량의 구조적 안정성을 확보하게 할 수 있다. 또한, 평상시, 하부 플레이트(110)의 대향하는 네 측면에 가이드부(140)가 형성된 지진 격리 장치(100)는 상부 플레이트(130)의 교축 방향 및 교축 직각 방향으로의 수평력에 효과적으로 저항할 수 있어서, 교량의 구조적 안정성을 확보하게 할 수 있다.
또한, 구면자 안착홈(111)과 구면자(120)의 하측면 사이, 및 상부 플레이트(130)와 구면자(120)의 상측면 사이에는, 구면자(120)의 형상에 상응하여 형성되고, 내구성이 우수하며, 고온에 대한 저항성이 양호하며, 일정 크기 이하의 마찰력을 가지는 마찰판(150)이 삽입 배치될 수 있다. 한편, 마찰판(150)은 일반적인 도로교의 상시 온도 변화에 의한 신축과 팽창, 및 고속철도와 일반철도에서 발생하는 차량 하중에 의한 진동 변위를 적절하게 수용할 수도 있으며, 상술한 지압 응력은 150 MPa 이상 및 약 60℃에서의 응력에 대향하면 보다 바람직하고, 마찰판의 마찰판은 약 10%이하의 크기를 가지면 보다 바람직하다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 의한 지진 격리 장치의 개략적인 절개 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 지진 격리 장치의 일부 절개 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명에 의한 지진 격리 장치(300)는, 하부 플레이트(310)와, 탄성 부재(320)와, 베어링(330)과, 일정 곡률 반경을 갖는 슬라이드홈(341)이 형성된 상부 플레이트(340)로 이루어진다.
하부 플레이트(310)는 교각의 상측에 결착되고, 중앙 영역에 상면이 개방된 원통 형상의 베어링 안착홈(311)이 형성된다. 예컨대, 하부 플레이트(310)는 교각의 상부에 매설되는 중공이 형성된 원통 형상의 소켓(312-1), 및 소켓(312-1)에 삽입 결합하는 앵커 볼트(312-2)에 의해서 교각에 견고하게 결착되고, 하부 플레이트(310)는 소켓(312-1)으로부터의 앵커 볼트(312-2)의 해제에 의해서 교각의 상부로부터 용이하게 취출될 수 있다. 여기서, 소켓(312-1) 및 앵커 볼트(312-2)는 하부 플레이트(310)의 외주연 영역에 다수로 고정 형성될 수 있다. 또한, 베어링 안착홈(311)은 후술하는 베어링(330)의 회전 변위를 원활하게 수용할 수 있도록 베어링(330)의 직경보다 상대적으로 큰 직경으로 내측으로 요입 형성된다. 한편, 하부 플레이트(310)는 소켓(312-1)에 의해서 교각 상측에 앵커 볼트(312-2)보다 상대적으로 큰 결합력에 의해 고정되어 결착할 수 있다.
탄성 부재(320)는 베어링 안착홈(311)에 상응하는 원통 형상으로 형성되어 베이링 안착홈(311)에 안착된다. 여기서, 탄성 부재(320)는 교량 상판으로부터 상부 플레이트(340)와 베어링(330)으로부터 전달되는 하중을 수용할 수 있다.
베어링(330)은 탄성 부재(320) 상측에 형성되며, 베어링(330)의 하측은 베어링 안착홈(311)에 삽입되고, 베어링(330)의 상측은 일정 곡률 반경을 갖도록 형성된다. 즉, 베어링(330)의 일측은 베어링 안착홈(311)에 상응하는 형상으로 형성되고, 베어링(330)의 타측은 후술하는 상부 플레이트(340)의 하측에 밀착하는 형상으로 형성되어, 교량의 연속 상판으로부터 전달되는 회전 변위를 베어링(330)의 타측이 전달받고 베어링(330)의 일측은 베어링 안착홈(311)에 의해 유도되어 교축 방향으로의 회전 변위를 원활하게 수용할 수 있다. 여기서, 교축 방향이란 교량의 다수 교각이 배열되는 방향 또는 교량의 연속 상판의 길이 방향을 지칭하며, 교축 직각 방향이란 교축 방향과 수평으로 직교하는 방향을 지칭하고, 연속 상판이란 하나의 지진 격리 장치와 이와 이격되어 배치되는 다른 지진 격리 장치 사이에 배치되는 연속적인 교량의 연속 상판을 지칭한다.
상부 플레이트(340)는 교량의 연속 상판을 지지하는 역할을 수행하는 것으로서, 베어링(330)의 상측에 밀착되어 배치 형성되며, 일측에는 베어링(330)의 타측의 곡률 반경에 상응하는 곡률 반경을 갖는 슬라이드홈(341)이 형성되고, 타측은 교량의 연속 상판의 하측에 밀착되어 고정 형성된다.
전술한 바와 같은 구성에 의하면, 베어링(330)과 베어링 안착홈(311)에 의해서 상부 플레이트(340)에 의한 이동 변위 및 회전 변위를 일정 범위 내에서 수용할 수 있다.
또한, 베어링(330)의 타측에 대응하여 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)이 일정 곡률 반경, 즉, 1000mm 내지 5000mm 범위의 곡률 반경을 갖도록 형성되어서, 교량의 연속 상판의 처짐, 온도 변화에 의한 신장과 수축, 크리프, 건조 수축 또는 단속적인 회전 변위 및 이동 변위를 효과적으로 수용하도록 하고, 특히, 지진력에 의한 진자 운동이 베어링(330)과 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)에서 유도되도록 한다. 여기서, 지진력에 의한 진자 운동이란, 지진력에 의한 베어링(330)과 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341) 사이의 밀착된 상대적인 움직임을 지칭한다.
따라서, 전술한 바와 같은 구성에 의하면, 평상시에는 교량의 연속 상판의 하중, 풍력, 수압, 외부 충돌 또는 다른 외적 요인에 의한 교축 방향과 교축 직각 방향과 지표면에 대한 수직 방향으로의 이동 변위, 및 교축 방향으로의 처짐(틸팅)에 의한 회전 변위를 원활하고 수용할 수 있고, 지진에 따른 대변위 발생시에는 이로 인해 생성되는 지진 에너지를 균일하게 소산시켜서, 교량의 구조적 안정성을 확보할 수 있고, 대변위 발생 이전 시점으로 교량 구조를 신속하게 복원시킬 수 있다. 예컨대, 외력에 의한 교량의 연속 상판의 변위 발생시, 상부 플레이트(340)는 베어링(330)의 상측에서 슬라이드홈(341)의 곡률 반경에 의해서 진자 운동을 하게 되고 이에 따라 상부 플레이트(340)에는 지표면에 대해 수직인 방향으로 변위가 발생하게 된다. 여기서, 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)의 1000mm 내지 5000mm 의 곡률 반경은, 상부 플레이트(340) 또는 교량의 연속 상판이 일정 높이 단차, 예컨대 본 실시예에서는 10mm 미만의 높이 단차를 유지할 수 있도록 설정된 것이다. 한편, 교량의 연속 상판에 지점 침하량 10mm 이상의 높이 단차가 발생하게 되면, 교량을 구성하는 구조물에 교량 설계시 감안되지 않은 부가적인 응력이 발생하여 교량의 구조적 안정성이 확보되지 않게 되므로, 표 2에 제시된 바와 같이, 평상시 또는 대변위 발생시에도 교량의 구조적 안정성을 확보할 수 있도록 교량의 연속 상판의 길이에 따라서 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)의 곡률 반경의 범위를 1000mm 내지 5000mm 내에서 설정할 필요가 있다. 또한, 표 2에 제시된 바와 같이, 슬라이드홈(341)의 곡률 반경은 대변위 발생 이전 시점으로 교량의 연속 상판 또는 상부 플레이트(340)가 자체 하중에 의해서 복원 또는 복귀할 수 있도록 교량의 연속 상판의 길이에 따라서 1000mm 내지 5000mm 내에서 설정될 필요가 있다.
교량의 연속 상판의 길이(L, 단위는 m) 슬라이드홈의 곡률 반경(R, 단위는 mm)
L ≤ 220 1000 ≤ R ≤ 5000
220 ＜ L ≤ 480 2000 ≤ R ≤ 5000
480 ＜ L ≤ 630 2500 ≤ R ≤ 5000
630 ＜ L ≤ 760 3000 ≤ R ≤ 5000
760 ＜ L ≤ 880 3500 ≤ R ≤ 5000
L 〉 880 4000 ≤ R ≤ 5000
구체적으로, 표 2에 기재되어 있는 바와 같이, 교량의 연속 상판의 길이가 220m 이하이면, 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)의 곡률 반경의 범위는 1000mm 내지 5000mm 이며, 교량의 연속 상판의 길이가 220m 초과 480m 이하이면, 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)의 곡률 반경은 2000mm 내지 5000mm 이며, 교량의 연속 상판의 길이가 480m 초과 630m 이하이면, 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)의 곡률 반경은 2500mm 내지 5000mm 이며, 교량의 연속 상판의 길이가 630m 초과 760m 이하이면, 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)의 곡률 반경은 3000mm 내지 5000mm 이며, 교량의 연속 상판의 길이가 760m 초과 880m 이하이면, 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)의 곡률 반경은 3500mm 내지 5000mm 이고, 교량의 연속 상판의 길이가 880m 초과이면, 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)의 곡률 반경은 4000mm 내지 5000mm 인 것이 바람직하다.
여기서, 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)의 곡률 반경의 상한은 교량의 연속 상판 또는 상부 플레이트(340)가 변위 이전 시점으로 복원 또는 복귀할 수 있도록 복원력을 갖는 한계 값으로서, 교량의 연속 상판의 길이와 무관하게 5000mm 인 것이 바람직하다. 또한, 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)의 곡률 반경의 하한은 교량의 연속 상판으로부터 전달되는 하중을 수용할 수 있는 상부 플레이트(340)의 두께를 규정하는 것으로서 교량의 연속 상판의 길이가 길수록 슬라이드홈(341)의 곡률 반경이 일정 비율로 커지는 것이 바람직하다.
한편, 도 4b에 도시된 바와 같이, 도 2a 내지 3c를 참조하여 상술한 본 발명의 제1 실시예에 의한 지진 격리 장치와 동일하게, 지진 격리 장치(300)는 하부 플레이트(310)의 대향하는 두 측면 또는 대향하는 네 측면에 각각 형성되는 가이드부(350)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 도 4b는 하부 플레이트(340)의 대향하는 두 측면에 각각 형성되는 가이드부(350)를 더 포함하는 예를 나타낸 것이이나, 하부 플레이트(340)의 대향하는 네 측면에 가이드부(350)를 더 포함할 수도 있다.
구체적으로, 가이드부(350)는 하부 플레이트(310)의 측면으로부터 지표면에 대한 수평 방향으로 연장 형성되는 수평판(351)과, 수평판(351)의 종단부로부터 상부 플레이트(340)의 측면에 인접하도록 수직 형성되는 수직판(352)과, 수직판(352)을 수평판(352)에 고정 결합시키는 파단 볼트(353)로 이루어지되, 가이드부(350)는 상부 플레이트(340)의 교축 방향 또는 교축 직각 방향으로의 수평력에 의한 이동 변위를 저항하여 수용하고, 파단 볼트(353)에는 하부 플레이트(310)와 상부 플레이트(340)의 경계면에 대향하여 노치(미도시)가 형성되어서 하부 플레이트(310)와 상부 플레이트(340) 사이에 일정 크기 이상의 수평력에 의한 변위, 예컨대 평상시 발생할 수 있는 최대 설계 수평력의 1.1배 내지 1.2배의 하중이 발생하면 파단 볼트(353)는 노치에 의해서 전단 파괴될 수 있다. 즉, 평상시, 가이드부(350)는 교축 방향 또는 교축 직각 방향으로의 수평력에 저항할 수 있고, 지진력에 의한 대변위 발생시, 최대 설계 수평력의 1.1배 내지 1.2배의 하중 발생시에는 노치에 의해서 하부 플레이트(310)와 상부 플레이트(340)의 경계면에서 전단 파괴되어 다른 교량 구조의 변형 및 파손을 효과적으로 방지할 수 있게 되고, 이후에는 슬라이드홈(341)에 의해서 대변위 발생 이전 시점으로 교량 구조를 신속하게 복원시킬 수 있다.
한편, 평상시, 하부 플레이트(340)의 대향하는 두 측면에 가이드부(350)가 형성된 지진 격리 장치(300)는 상부 플레이트(340)의 교축 방향으로 이동 변위를 원활하게 수용하고, 상부 플레이트(340)의 교축 직각 방향으로의 수평력에 효과적으로 저항할 수 있어서 교량의 구조적 안정성을 확보하게 할 수 있다. 또한, 평상시, 하부 플레이트(310)의 대향하는 네 측면에 가이드부(350)가 형성된 지진 격리 장치(300)는 상부 플레이트(340)의 교축 방향 및 교축 직각 방향으로의 수평력에 효과적으로 저항할 수 있어서, 교량의 구조적 안정성을 확보하게 할 수 있다.
또한, 상부 플레이트(340)의 슬라이드홈(341)과 베어링(330)의 상측면 사이에는, 슬라이드홈(341)의 형상에 상응하여 형성되고, 내구성이 우수하며, 고온에 대한 저항성이 양호하며, 일정 크기 마찰력을 가지는 마찰판(360)이 삽입 배치될 수 있다. 한편, 마찰판(360)은 일반적인 도로교의 상시 온도 변화에 의한 신축과 팽창, 및 고속철도와 일반철도에서 발생하는 차량 하중에 의한 진동 변위를 적절하게 수용할 수도 있으며, 상술한 지압 응력은 150 MPa 이상 및 약 60℃에서의 응력에 대향하면 보다 바람직하고, 마찰판의 마찰판은 약 10%이하의 크기를 가지면 보다 바람직하다.
전술한 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 지진 격리 장치에 대해 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 지진 격리 장치 110 : 하부 플레이트
111 : 구면자 안착홈 112-1 : 소켓
112-2 : 앵커 볼트 120 : 구면자
130 : 상부 플레이트 131 : 슬라이드홈
140 : 가이드부 141 : 수평판
142 : 수직판 143 : 파단 볼트
150 : 마찰판
300 : 지진 격리 장치 310 : 하부 플레이트
311 : 베어링 안착홈 312-1 : 소켓
312-2 : 앵커 볼트 320 : 탄성 부재
330 : 베어링 340 : 상부 플레이트
341 : 슬라이드홈 350 : 가이드부
351 : 수평판 351 : 수직판
353 : 파단 볼트 360 : 마찰판
501 : 앵커볼트 502 : 바닥판
503 : 베이스판 504 : 지진동 감쇠부
506 : 볼록 구형베어링 507 : 안내베어링 시트
508 : 전단키(Shear Key) 509 : 부반력 방지장치(Uplift restrainer)
500b ; 기초면

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 교량의 인접하는 연속 상판들 사이에 설치되고, 교량의 연속 상판과 교각 사이에 배치되어서, 교량 상부구조물의 하중을 하부로 원활하게 전달하고, 교량의 연속 상판의 회전 변위 및 이동 변위를 수용하는 지진 격리 장치에 있어서,
    상기 교각 상측에 결착되고, 중앙 영역에 상면이 개방된 원통 형상의 베이링 안착홈이 형성되는 하부 플레이트와,
    상기 베어링 안착홈에 상응하는 원통 형상으로 형성되어 상기 베이링 안착홈에 안착되는 탄성 부재와,
    상기 탄성 부재 상측에 형성되며, 하측은 상기 베어링 안착홈에 삽입되고, 상측은 일정 곡률 반경을 갖도록 형성되는 베어링과,
    상기 베어링의 상측에 형성되며, 일측에는 상기 베어링의 상측의 곡률 반경에 상응하는 곡률 반경을 갖는 슬라이드홈이 형성되고, 타측은 상기 교량의 연속 상판의 하측에 밀착되는 상부 플레이트로 이루어지되,
    상기 탄성 부재 및 상기 베어링에 의해서 상기 상부 플레이트에 의한 이동 변위 및 회전 변위를 수용하고,
    상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경의 범위는 1000mm 내지 5000mm 이도록 형성되어서, 지진력에 의한 진자 운동이 상기 베어링과 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈에서 유도되도록 하는 지진 격리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 교량의 연속 상판의 길이가 220m 이하이면, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경의 범위는 1000mm 내지 5000mm 이며,
    상기 교량의 연속 상판의 길이가 220m 초과 480m 이하이면, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경의 범위는 2000mm 내지 5000mm 이며,
    상기 교량의 연속 상판의 길이가 480m 초과 630m 이하이면, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경의 범위는 2500mm 내지 5000mm 이며,
    상기 교량의 연속 상판의 길이가 630m 초과 760m 이하이면, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경의 범위는 3000mm 내지 5000mm 이며,
    상기 교량의 연속 상판의 길이가 760m 초과 880m 이하이면, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경은 3500mm 내지 5000mm 이고,
    상기 교량의 연속 상판의 길이가 880m 초과이면, 상기 상부 플레이트의 슬라이드홈의 곡률 반경의 범위는 4000mm 내지 5000mm 인 것을 특징으로 하는 지진 격리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 하부 플레이트의 대향하는 두 측면 또는 대향하는 네 측면에 각각 형성되는 가이드부를 더 포함하고,
    상기 가이드부는 상기 하부 플레이트의 측면으로부터 지표면에 대한 수평 방향으로 연장 형성되는 수평판과, 상기 수평판의 종단부로부터 상기 상부 플레이트의 측면에 인접하도록 수직 형성되는 수직판과, 상기 수직판을 상기 수평판에 고정 결합시키는 파단 볼트로 이루어지되,
    상기 가이드부는 상기 상부 플레이트의 교축 방향 또는 교축 직각 방향으로의 수평력에 의한 이동 변위를 수용하고,
    상기 파단 볼트에는 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트의 경계면에 대향하여 노치가 형성되어서 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트 사이에 일정 크기 이상의 수평력에 의한 변위가 발생하면 상기 파단 볼트는 상기 노치에 의해서 전단 파괴되는 것을 특징으로 하는 지진 격리 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부 플레이트의 슬라이드홈과 상기 베어링의 상측면 사이에는,
    상기 슬라이드홈의 형상에 상응하여 형성되고, 내구성이 우수하며, 고온에 대한 저항성이 양호하며, 지압 응력에 대향하고, 마찰력을 가지는 마찰판이 삽입 배치되는 것을 특징으로 하는 지진 격리 장치.
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