KR101289819B1 - 전단고무스프링을 갖는 구조물 지지장치 - Google Patents

Abstract

수평복원력을 제공하는 탄성체의 높이를 기존의 것에 비해 줄일 수 있고, 경사허용과 관련한 설계가 기존의 것에 비해 복잡하지 않고, 큰 수평복원력을 제공할 수 있는 구조물 지지장치가 개시된다. 상기 구조물 지지장치는 상부구조물이 하부구조물에 대해 경사지는 것을 허용하도록 제1지지체와 제2지지체 중 적어도 하나는 다른 하나의 경사를 허용하는 수직하중 지지부, 상부구조물의 저면에 고정되는 상부부재, 하부구조물의 상면에 고정되는 하부부재, 상부부재 또는 하부부재의 수평방향 변위에 탄성적으로 저항하며 수평방향 복원력을 제공하기 위한 전단고무스프링 및 전단고무스프링의 타단을 수직하중 지지부에 대해 항상 일정한 수평거리를 유지할 수 있도록 하는 중간지지부재를 구비하고, 전단고무스프링의 일단과 연결된 것은 수직하중 지지부에 대해 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 가능케 설치된 것을 포함하여 구성된 구성을 가진다.

Description

전단고무스프링을 갖는 구조물 지지장치{Supporting device for structure with shearing rubber spring}

본 발명은 구조물 지지장치의 개선에 관련된 것으로, 특히 교각 등의 하부구조물과 교량상판 등의 상부구조물 사이에 설치되어 상부구조물의 하중을 지지하여주면서 수평이동을 허용하였다가 다시 복원시키는 기능을 가지는 구조물 지지장치의 개선에 관한 것이다.

구조물 지지장치에 수평복원력을 제공하기 위해서는 교각 등의 하부구조물에 설치되는 구성요소와 교량상판 등의 상부구조물에 설치되는 구성요소 사이에 탄성체를 설치하여야 한다. 탄성체 설치방식은 구조물 지지장치의 형태나 종류, 설치 위치, 탄성체의 종류, 부품의 형태 등에 따라 다양하다.

본 발명과 관련된 선행기술로는 등록번호 10-0783245호의 특허공보에 개시된 "복수의 탄성기둥을 가지는 교좌장치"(발명자: 조영철, 이하 "선출원 발명"이라 함)가 있다.

선출원 발명의 특허공보는 "교량의 교각 상에 고정되는 하부판, 상기 교량의 상부구조물 저면에 고정되는 상부판, 상기 하부판과 상부판 사이에 배치되고 상기 상부구조물의 하중을 상하 방향으로 탄성적으로 지지하여주는 탄성받침, 상기 탄성받침과 상기 상부판 사이 또는 상기 탄성받침과 상기 하부판 사이에 배치되어 상기 하부판과 상기 상부판 중 상기 탄성받침 반대편에 배치되는 어느 하나에 대해 수평이동이 제한되는 상태에서 나머지 하나에 대해서는 수평이동을 허용하는 중간부재 및 중간부재의 둘레를 따라 간격을 두고 설치되어 하부판의 일측과 상기 상부판의 일측을 각각 연결하고 상기 하부판과 상기 상부판 상호간의 상대적인 수평이동에 따른 수평복원력을 제공하는 복수의 탄성기둥"을 포함하는 구성을 가지는 교좌장치를 개시하고 있다. 이러한 선출원 발명은 여타의 교좌장치와 대비하여 상부구조물 등의 수평이동을 허용하고 수평복원력을 제공하면서도 수평복원력을 제공하는 탄성체로 부반력을 잡아줄 수 있고, 크기를 작게 만들 수 있다는 효과를 제공한다.

선출원 발명은 상기와 같은 효과를 가지고 있기는 하지만 탄성기둥이 상부부재와 하부부재 사이를 연결하기 때문에 탄성기둥의 높이를 줄이는 데에는 한계를 안고 있다. 선출원 발명에 개시된 바와 같은 탄성기둥은 높이가 조금씩만 높아져도 수평복원력이 급격히 저하되는 문제가 있다.

이에 따라 선출원 발명에서는 탄성기둥의 높이를 최대한 낮추기 위해 상부판 또는 하부판에 돌출부와 같은 크고 두꺼운 금속재료를 사용해야 한다. 그리고 고무로만 된 탄성기둥은 전단계수가 작아서 많은 수의 탄성기둥을 설치해야 하는 문제점이 있다.

그리고 선출원 발명의 탄성기둥은 모두 상부판과 하부판을 직접 연결하는 구조이기 때문에 탄성기둥도 상부구조물의 기울어짐을 방해하는 힘을 작용시키므로 설계 시 기울어짐의 허용과 관련하여 기존의 교좌장치의 데이터를 그대로 이용할 수 없고 탄성기둥에 의한 영향도 함께 고려하여주어야 하기 때문에 설계가 어렵고 복잡하다는 측면이 있다.

특히, 선출원 발명의 구조에서는, 교좌장치의 종류나 형식에 상관없이 수평복원력을 제공하기 위한 탄성기둥에 사용되는 재료와 수직하중을 부담하는 탄성패드 등에 사용되는 재료를 서로 다른 것을 사용 하여야 하기 때문에 설계가 더 복잡하고 까다롭다는 측면도 있다.

또한, 선출원 발명은 수직하중을 부담하는 부분에서 적어도 한쪽은 상부판 또는 하부판에 고정되어 있어야 하기 때문에 선출원 발명의 방식에서는 수직하중을 부담하는 부분이 상부판과 하부판 모두에 슬라이딩 하는 구조를 취할 수 없다는 한계도 있다.

본 발명의 목적은 수평복원력을 제공하는 탄성고무의 높이를 기존의 것에 비해 줄일 수 있는 구조물 지지장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 수평방향으로 설치되는 탄성고무 없이도 기존의 것에 비해 큰 수평복원력을 제공할 수 있는 구조물 지지장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 적은 수의 상하방향 탄성체로도 큰 전단강성을 얻을 수 있는 구조물 지지장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 경사허용과 관련한 설계가 기존의 것에 비해 복잡하지 않은 구조물 지지장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전단고무스프링의 높이를 낮게 하여 큰 수평복원력을 유지할 수 있으면서도 수평방향으로 큰 변위를 허용할 수 있는 구조물 지지장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수직하중 지지부의 양면 슬라이딩이 가능케 하여 허용변위를 2배로 확보할 수 있고 하부부재 또는 상부부재의 크기를 줄일 수 있음은 물론이고 마찰에 의한 감쇠력도 종래의 것에 비해 크게 할 수 있는 구조물 지지장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 구조물 지지장치는 상부구조물과 하부구조물 사이에 설치되어 상기 상부구조물의 하중을 지지하며 상기 하부구조물에 대해 수평변위를 일으킨 상기 상부구조물에 대한 복원기능을 가지는 구조물 지지장치에 있어서, 상기 상부구조물의 수직하중을 지지하는 제1지지체, 상기 제1지지체 저부에 설치되고 상기 제1지지체로부터 상기 상부구조물의 수직하중을 전달받아 상기 하부구조물 쪽으로 전달하며 상기 제1지지체에 대한 수평이동의 제한을 받는 제2지지체를 구비하여 구성되고, 상기 상부구조물이 상기 하부구조물에 대해 경사지는 것을 허용하도록 상기 제1지지체와 상기 제2지지체 중 적어도 하나는 다른 하나의 경사를 허용하는 수직하중 지지부; 상기 수직하중 지지부 위에 설치되고 상기 상부구조물의 저면에 고정되는 상부부재; 상기 수직하중 지지부 아래에 설치되고 상기 하부구조물의 상면에 고정되는 하부부재; 상기 수직하중 지지부와 수평방향으로 이격된 위치에서 상기 상부부재와 상기 하부부재 중 적어도 하나에 일단이 고정되어 있고 상기 수직하중 지지부에 대한 상기 상부부재 또는 상기 하부부재의 수평방향 변위에 탄성적으로 저항하며 수평방향으로 변위된 상기 상부부재 또는 상기 하부부재의 수평방향 복원력을 제공하기 위한 수평방향으로 간격을 두고 배치된 전단고무스프링; 및 상기 상부부재와 상기 하부부재 사이에 설치되고 상기 전단고무스프링의 타단에 연결되어 상기 전단고무스프링의 타단을 상기 수직하중 지지부에 대해 항상 일정한 수평거리를 유지할 수 있도록 하는 중간지지부재를 구비하고, 상기 상부부재와 상기 하부부재 중 상기 전단고무스프링의 상기 일단과 연결된 것은 상기 수직하중 지지부에 대해 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 가능케 설치된 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 중간지지부재는 상기 수직하중 지지부에 설치되고 상기 상부부재 및 상기 하부부재와 상하로 간격을 두고 배치된 것이 바람직하다.

경우에 따라, 상기 중간지지부재는 상기 상부부재와 상기 하부부재 중 상기 전단고무스프링의 일단이 연결되어 있지 않은 것의 표면상에 설치되어 있고, 상기 수직하중 지지부는 상기 상부부재와 상기 하부부재 중 상기 전단고무스프링의 상기 일단과 연결되어 있지 않는 것에 고정되어 있거나 경사만 허용되고 수평변위는 할 수 없도록 결합되어 있는 것일 수 있다.

상기 전단고무스프링은 상기 중간지지부재 상측과 하측 중 어느 한쪽에만 설치되어 있고, 상기 수직하중 지지부는 상기 상부부재와 상기 하부부재 중 상기 전단고무스프링의 상기 일단과 연결되어 있지 않는 것에 고정되어 있거나 경사만 허용되고 수평변위는 할 수 없도록 결합되어 있는 것일 수 있다.

경우에 따라, 상기 전단고무스프링은 상기 중간지지부재 상측과 하측 모두에 설치되어 있고, 상기 상부부재와 상기 하부부재 둘 모두 상기 수직하중 지지부에 대해 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 가능케 설치되어 있는 것일 수 있다.

상기 전단고무스프링은 내부에 심재들이 상하로 간격을 두고 설치되어 있는 탄성고무를 구비하여 구성된 것이 바람직하다.

상기 전단고무스프링은 내부에 심재들이 상하로 간격을 두고 설치되어 있는 탄성고무, 상기 탄성고무 상면에 고정된 상고정판 및 상기 탄성고무 저면에 고정된 하고정판을 구비하여 구성된 것이 더욱 바람직하다.

경우에 따라, 상기 전단고무스프링은 탄성고무와 심재가 계단을 이루며 층상으로 쌓아올려진 것일 수 있다.

상기 제1지지체와 상기 제2지지체 중 하나는 강체(剛體)로 된 베어링블록이고 나머지 하나는 중앙부에 핀구멍이 형성되어 있고 탄성을 갖는 고무로 된 디스크이고, 상기 중간지지부재는 상기 베어링블록에 설치되어 있고, 상기 고무로 된 디스크는 상기 베어링블록에 일단이 결합된 전단핀 외주면에 설치되어 있고, 상기 전단핀의 타단은 상기 베어링 블록 반대편에 설치된 상기 하부부재 또는 상기 상부부재에 결합되어 있고, 상기 전단핀의 양단 중 일단은 이 일단이 결합된 것에 고정되어 있고 타단은 이 타단이 결합된 것에 형성된 홈에 삽입되어 상기 베어링블록의 수평이동은 방해하면서 상기 수직하중 지지부에 지지된 상기 상부부재가 적어도 일방향으로 기울어지는 것은 허용하도록 설치되어 있을 수 있다.

경우에 따라, 상기 제1지지체와 상기 제2지지체 중 하나는 강체(剛體)로 된 베어링블록이고 나머지 하나는 중앙부에 핀구멍이 형성되어 있고 탄성을 갖는 고무로 된 디스크이고, 상기 중간지지부재는 상기 베어링블록에 설치되어 있고, 상기 고무로 된 디스크는 상기 베어링블록에 일단이 결합된 전단핀 외주면에 설치되어 있고, 상기 전단핀의 타단은 상기 베어링 블록 반대편에 설치된 하고정판 또는 상고정판에 결합되어 있고, 상기 전단핀의 양단 중 일단은 이 일단이 결합된 것에 고정되어 있고 타단은 이 타단이 결합된 것에 형성된 홈에 삽입되어 상기 베어링블록의 수평이동은 방해하면서 상기 수직하중 지지부에 지지된 상기 상부부재가 적어도 일방향으로 기울어지는 것은 허용하도록 설치되어 있을 수 있다.

또, 경우에 따라, 상기 제1지지체와 상기 제2지지체 중 하나는 하방 또는 상방으로 돌출된 돌출삽입부를 갖는 강체로 된 베어링블록이고 나머지 하나는 상기 상부부재와 상기 하부부재 중 상기 돌출삽입부와 마주하는 것에 형성된 홈에 삽입된 탄성고무이고, 상기 중간지지부재는 상기 베어링블록에 설치되어 있고, 상기 돌출삽입부가 삽입된 상기 홈은 상기 돌출삽입부의 수평이동은 방해하면서 상기 돌출삽입부가 적어도 일방향으로 기울어지는 것은 허용하는 것일 수 있다.

어떤 경우에는, 상기 수직하중 지지부는 오목홈이 구비된 제3지지체를 더 포함하고, 상기 제1지지체와 상기 제2지지체 중 하나는 하방 또는 상방으로 돌출된 돌출삽입부를 갖는 강체로 된 베어링블록이고 나머지 하나는 상기 제3지지체의 오목홈에 삽입된 탄성고무이고, 상기 중간지지부재는 상기 제1지지체 또는 상기 제3지지체에 설치되어 있고, 상기 돌출삽입부가 삽입된 상기 오목홈은 상기 돌출삽입부의 수평이동은 방해하면서 상기 돌출삽입부가 적어도 일방향으로 기울어지는 것은 허용하는 것일 수 있다.

경우에 따라, 상기 제1지지체와 상기 제2지지체 중 하나는 하방 또는 상방으로 볼록한 볼록구면을 갖는 강체로 된 볼록구면부재이고, 나머지 하나는 상기 볼록구면과 결합하여 상기 볼록구면부재의 수평이동은 방해하면서 상기 볼록구면부재가 적어도 일방향으로 기울어지는 것은 허용하는 오목구면을 가지는 오목구면부재일 수 있다.

상기 전단고무스프링의 전단계수는 0.4-1.25Mpa이고, 상기 전단고무스프링은 파손이 발생되기 전까지의 최대 전단변형율이 300 - 400%인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 전단고무스프링을 많이 설치해야 하는 문제점이 없고, 설계 시 기울어짐의 허용과 관련하여 전단고무스프링의 영향을 받지 않도록 하여 기존의 교좌장치의 데이터를 그대로 이용하여 구조물 지지장치를 설계하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면 기존의 것에 비해 하부구조물위에 설치되는 하판의 크기를 획기적으로 줄일 수 있어 연단거리 확보는 물론 하부구조물의 폭과 길이를 줄일 수 있다.

또한, 전단고무스프링이 직접 하판에 연결되지 않고 별도의 중간지지부재에 연결되므로 전단고무스프링에 작용되는 하중(예를 들면, 회전력, 마찰받침의 압축처짐에 의한 수직하중 전달) 등이 하부 구조물에 직접 가해지지 않고 허공에 떠있는 전단고무스프링에 전달됨으로 하부 구조물의 안정성을 보다 더 확보 할 수 있다.

본 발명에 따르면 필요에 따라 상부판과 하부판 중 어느 하나만 슬라이딩 하는 구조를 취하거나 상부판과 하부판 모두 슬라이딩 하는 구조를 취할 수 있다.

본 발명에 따르면 수평복원력을 제공하는 탄성고무의 높이를 기존의 것에 비해 줄일 수 있어, 큰 수평복원력의 제공이 가능하다.

본 발명에 따르면 수평복원력을 제공하는 탄성고무로 심재를 갖는 것을 이용하여 기존의 것에 비해 큰 수평복원력을 제공하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면 경사허용과 관련한 설계가 기존의 것에 비해 복잡하지 않다.

본 발명에 따르면 수직하중 지지부의 양면 슬라이딩이 가능케 하여 허용변위를 2배로 확보할 수 있고 하부부재 또는 상부부재의 크기를 줄일 수 있음은 물론이고 마찰에 의한 감쇠 능력도 종래의 것에 비해 크게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 구조물 지지장치의 일례를 나타낸 단면도,
도 2는 상부구조물이 오른쪽으로 이동한 상태를 나타낸 단면도,
도 3은 도 1의 I-I에 따른 구조물 지지장치의 평단면도,
도 4는 중간지지부재의 변형예들을 나타낸 평면도,
도 5는 상부부재가 구조물 지지부에 대해 좌우로만 슬라이딩할 수 있도록 예를 나타낸 구조물 지지장치의 단면도,
도 6은 도 1에 나타낸 구조물 지지장치의 변형예를 나타낸 단면도,
도 7은 도 1에 나타낸 구조물 지지장치의 다른 변형예를 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 구조물 지지장치의 또 다른 변형예를 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 구조물 지지장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 10은 도 9에 나타낸 상부부재가 왼쪽으로 수평변위 된 상태를 나타낸 단면도,
도 11은 도 9에 나타낸 구조물 지지장치의 변형예를 나타낸 단면도,
도 12는 도 9에 나타낸 구조물 지지장치의 다른 변형예를 나타낸 단면도,
도 13은 전단고무스프링의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 구조물 지지장치의 일례를 나타낸 단면도이고, 도 2는 상부구조물이 오른쪽으로 이동한 상태를 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 1의 I-I에 따른 구조물 지지장치의 평단면도이다.

도 1 내지 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)는 상부구조물(10)과 하부구조물(20) 사이에 설치되어 상부구조물(10)의 하중을 지지하면서 상부구조물(10)의 수평이동을 어느 정도 허용하였다가 복원시키는 데 사용되는 것으로, 상부부재(110)와 하부부재(120) 및 이들 사이에 설치된 수직하중 지지부(130)를 구비한다.

하부부재(120)는 기초너트(N)와 볼트(B)를 통해 교각 등의 하부구조물(20) 상면에 고정되고, 상부부재(110)는 용접 등을 통해 교량상판 등의 상부구조물(10) 저면에 고정된다. 하부부재(120)와 상부부재(110)의 고정방식은 하부구조물(20)과 상부구조물(10)의 종류나 재료에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 상부부재(110)의 저면에는 스테인리스 스틸판 등으로 된 미끄럼부재(112)가 부착되어 있다.

본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)에서, 수직하중 지지부(130)는 최소한 2개의 지지체가 상하로 결합되어 상부구조물(10)의 경사를 허용하는 구성을 가지며, 상면과 하면 중 적어도 1개면은 상부부재(110) 또는 하부부재(120)에 대해 슬라이딩 가능케 설치된다. 더 자세하게 살펴보면, 수직하중 지지부(130)는 제1지지체(131)와 제2지지체(141)를 구비한다. 제1지지체(131)는 상부구조물(10)의 수직하중을 제2지지체(141) 상에 지지하는 역할을 한다. 제1지지체(131) 저부에 결합되어 있는 제2지지체(141)는 제1지지체(131)로부터 상부구조물(10)의 수직하중을 전달받아 하부구조물(20) 쪽으로 탄력적으로 전달하는 역할을 한다. 이러한 제2지지체(141)는 제1지지체(131)에 대한 수평이동의 제한을 받는다. 제1지지체(131) 역시 제2지지체(141)에 대한 수평이동의 제한을 받는다. 또한, 상기와 같은 제1지지체(131)와 제2지지체(141)는 서로 상하로 결합된 상태에서 서로에 대해 경사를 허용함으로써 상부구조물(10)이 하부구조물(20)에 대해 경사지는 것을 허용한다. 이를 위해 제1지지체(131)와 제2지지체(141) 중 적어도 하나는 다른 하나의 경사를 허용하여야 한다. 제1지지체(131)와 제2지지체(141) 상호간의 수평이동은 제한하면서 상호간의 경사를 허용하는 것은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.

이 실시예에서, 제1지지체(131)는 강체(剛體)로 된 베어링블록으로서 저면에 핀홈(133)을 구비한다. 도 3을 참조하면, 베어링블록으로 이루어진 제1지지체(131)는 위에서 보았을 때 사각형의 모양을 하고 있다. 베어링블록은 금속으로 만들어진 것이 바람직하고, 경우에 따라 강도가 큰 엔지니어링 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 이러한 제1지지체(131)의 상면에는 PTFE 등으로 된 미끄럼부재(135)가 장착되어 있다. 이에 따라 제1지지체(131)는 스테인리스 스틸판 등의 미끄럼부재(112)가 부착되어 있는 상부부재(110)의 저면을 따라 슬라이딩 가능하다.

제2지지체(141)는 중앙부에 핀구멍이 형성되어 있고 탄성을 갖는 고무로 된 디스크이다. 디스크의 재질로는 경질의 폴리우레탄이 사용되며, 디스크 받침에 널리 사용되고 있으므로 여기에서 자세히 설명하지는 않는다. 통상 폴리트론 디스크(polytron disk)라고 칭해지기도 한다. 이러한 제2지지체(141)는 자체 탄성에 의해 제1지지체(131)가 상부에서 받는 하중에 따라 좌우 또는 전후 또는 전후좌우의 전 방향으로 경사지는 것을 허용한다. 이 실시예에서, 제1지지체(131)와 제2지지체(141) 상호간의 수평이동을 제한하기 위한 구성요소로서 전단핀(SP)이 구비된다. 이 전단핀(SP)은 뒤에서 설명되는 하부부재(120)에 고정된 상태에서 핀구멍을 통해 제1지지체(131) 쪽으로 돌출되어 있으며 돌출된 전단핀(SP)의 단부가 핀홈(133)에 삽입되어 있다.

이에 따라 제1지지체(131)는 제2지지체(141) 상에 결합된 상태에서 수평이동은 전단핀(SP)과 핀홈(133)에 의해 제한되고, 탄성을 가지는 제2지지체(141)에 의해 전후 또는 좌우로 경사지는 것이 허용된다.

본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)는 베어링 블록으로 이루어진 제1지지체(131)에 설치된 중간지지부재(160)를 구비한다. 이 중간지지부재(160)는 제1지지체(131)의 측방으로 돌출되어 상부부재(110)와 하부부재(120) 사이에 배치되며, 상부부재(110) 및 하부부재(120)와 상하로 간격을 두고 배치되는 부분을 가진다. 이러한 중간지지부재(160)는 베어링 블록으로 이루어진 제1지지체(131)에 걸림턱(134)을 형성하여 중간지지부재(160)가 걸림턱(134)에 지지되도록 하거나 제1지지체(131)에 용접에 의해 연결하여 고정하여도 된다. 이 실시예에서, 중간지지부재(160)는 중앙부에 사각형의 통공(162)이 형성되어 있는 사각형의 판모양을 취하고 있으며, 바깥쪽의 각 변의 중간 위치에 전단고무스프링(170)이 결합되어 있다. 즉, 중간지지부재(160)는 수직하중 지지부(130)에 설치된 상태에서 일측은 전단고무스프링(170)에 연결되어 전단고무스프링(170)을 지지하여 준다. 이렇게 하는 경우, 상부구조물(110)이 회전을 하는 등의 동작 시 전단고무스프링(170)이 하부부재(120)에 힘을 작용시키지 않기 때문에 하부부재(120)나 하부구조물(20)에 악영향을 미치지 않는다. 하부부재(120)가 상부구조물(110)이 회전하여 경사지면서 전단고무스프링(170)에 의해 위로 들어올리는 힘을 반복하여 받는 경우 하부부재(120)의 고정이 느슨해지거나 하부구조물(20)이 파손될 수 있다.

경우에 따라 중간지지부재(160)는 중앙에 전단핀(SP)이 통과될 수 있는 핀구멍만 형성하여 제1지지체(131)의 저면과 제2지지체(141) 상면 사이에, 즉, 제2지지체(141) 상에 탑재된 형태로 설치될 수 있다.

또, 경우에 따라 전단고무스프링(170)의 높이를 크게 해야 할 필요가 있는 경우, 중간지지부재(160)는 제2지지체(141)와 하부부재(120) 사이에 설치될 수도 있다.

본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)는 전단고무스프링(170)을 구비한다. 이 실시예에서, 전단고무스프링(170)은 중간지지부재(160)와 상부부재(110)를 탄성적으로 연결하고 있다. 이 전단고무스프링(170)은 내부에 심재(172)들이 상하로 간격을 두고 설치되어 있는 탄성고무(174)와 이 탄성고무(174) 상면에 접착되어 고정된 상고정판(175) 및 저면에 접착되어 고정된 하고정판(176)을 구비하고 있다. 상고정판(175)과 하고정판(176)은 볼트(B)를 통해 중간지지부재(160)와 상부부재(110)에 고정되어 있다. 경우에 따라 내부에 심재(172)가 있는 탄성고무(174) 대신에 심재(172) 없는 탄성고무가 이용될 수 있다. 이는 뒤의 실시예들에 있어서도 마찬가지이다.

상기와 같은 전단고무스프링(170)은 바람직하게 2-4개가 수직하중 지지부(130)를 중심으로 하여 좌우 또는 전후 또는 전후 및 좌우 대칭으로 설치된다. 물론, 어떤 경우에는, 전단고무스프링(170)은 1개만 설치되는 경우도 있을 것이고, 좌우 또는 전후로 비대칭으로 설치되는 경우도 있을 것이다. 이 실시예에서, 전단고무스프링(170)은 수직하중 지지부(130)의 좌우로 2개 및 전후로 2개가 설치되어 있다. 경우에 따라 전단고무스프링(170)은 수직하중 지지부(130) 둘레를 따라 5개 이상이 간격을 두고 설치될 수 있음은 물론이다. 이러한 전단고무스프링(170)은 수직하중 지지부(130)와는 상부부재(110) 또는 하부부재(120)에 대해 한쪽으로 허용해야할 수평변위 이상 떨어져서 설치된다.

도 1에 나타낸 전단고무스프링(170)은 그의 전단계수 (G modulus)에 의해 어떤 구조적 파손(고무의 찢어짐 또는 고무와 철판의 부착이 떨어짐)이 없는 최대 전단변형율이 결정된다. 본 발명에 적용될 수 있는 전단고무스프링(170)의 전단계수는 0.4-1.25 Mpa이다. 바람직하기로는 전단고무스프링(170)의 전단계수는 0.9-1.2 Mpa이다.

전단계수가 약 1.1 Mpa 이상인 전단고무스프링(170)의 경우는 전단변형율이 고무 두께의 약 300% 정도에서 손상(Damage)이 시작되고, 전단계수가 1.1 Mpa 보다 낮은 전단고무스프링(170)의 경우는 전단변형율이 고무 두께의 약 350~400% 정도에서부터 파손이 시작 된다. 실제 제품에서는 전단변형율에 충분한 여유를 주어야 하므로, 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)의 실제 제품에 적용될 전단고무스프링(170)의 허용전단변형율은 약 150~250% 정도가 적당하다. 하지만 고무의 전단계수에 따라서 더 큰 허용전단변형율이 적용될 수 있을 것이다.

참고로, 일반 탄성받침의 경우는 허용전단변형율을 상시의 경우 고무두께의 약 70%, 지진시의 경우 약 150%를 사용하고 있는데 이는 수직하중이 계속 작용하고 있는 상태에서의 전단변형의 경우이다.

본 발명의 경우, 수직하중은 중간에 위치한 수직하중 지지부(130)가 대부분 받아 주므로 전단고무스프링(170)은 거의 수평하중만 받으므로, 일반 탄성받침보다는 허용전단변형율이 훨씬 크다. 이 또한 본 발명의 큰 특징 중 하나다.

위에서 설명한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)가 설치된 구조물에서, 지진 등에 의해 상부구조물(10)이 지진 등에 의해 하부구조물(20)에 대해 오른쪽으로 이동한 상태가 도 2에 도시되어 있다.

도 1 내지 3을 참조하여, 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

지진 등에 의해 상부구조물(10)이 하부구조물(20)에 대해 상대적으로 오른쪽으로 힘을 받으면 상부구조물(10)과 상부구조물(10)의 저면에 고정된 상부부재(110)는 제1지지체(131)의 상면을 타고 오른쪽으로 슬라이딩한다. 이에 따라 전단고무스프링(170)에는 도 2에 나타낸 바와 같이 오른쪽으로 전단변형이 발생된다. 전단고무스프링(170)이 상부부재(110)를 잡아주는 힘과 수직하중 지지부(130)와 상부부재(110) 간의 마찰력의 합한 힘이 상부구조물(10)이 오른쪽으로 이동하려는 힘과 같아지는 위치에서, 상부구조물(10)과 상부부재(110)는 오른쪽으로 이동하는 것을 멈춘 후 다시 전단고무스프링(170)의 복원력에 의해 왼쪽으로 이동하는 과정으로 좌우로 진동하며, 이 진동과정에서 상부구조물(10)과 상부부재(110)의 진동은 전단고무스프링(170)의 변형에너지와 제1지지체(131)와 상부부재(110) 간의 마찰에 의해 점점 감쇠된 후 멈춘다.

한편, 상부구조물(10)에 수직 방향으로 작용하는 하중에 불균형이 생기는 경우 제2지지체(141)가 상부구조물(10)의 경사를 받아주어 상부구조물(10)이 좌우 또는 전후로 또는 전후 및 좌우로 경사지는 것을 허용한다.

도 1 내지 3을 통해 설명한 실시예에서, 베어링블록인 제1지지체(131)는 사각형의 평면모양을 가지지만, 원형이나 여타의 다른 평면모양을 가질 수 있다.

도 4는 중간지지부재의 변형예들을 나타낸 평면도이다.

도 4(a)에 나타낸 중간지지부재(160)는 베어링블록이 원형인 경우에 적합하게 사용될 수 있는 것으로, 중앙부에 원형의 통공(162)이 형성된 원형의 고리모양을 하고 있다.

도 4(b)에 나타낸 중간지지부재(160) 역시 베어링블록이 원형인 경우에 적합하게 사용될 수 있는 것으로, 중앙부에 베어링블록에 결합하기 위한 원형의 통공(162)이 형성되고 외주면은 사각형의 모양을 하고 있다.

도 4(c)에 나타낸 중간지지부재(160)는 베어링블록이 사각형인 경우에 적합하게 이용될 수 있는 것으로, 중앙부에 베어링블록에 결합하기 위한 사각형의 통공(162)이 형성되고 외주면은 원형의 모양을 하고 있다.

경우에 따라, 중간지지부재(160)는 도 4(d)와 4(e) 및 4(f)에 나타낸 바와 같이 좌우 또는 전후로 분할된 형태를 취할 수 있다. 도 4(d)와 4(e)에 나타낸 직사각형 형태의 중간지지부재(160)는 베어링블록이 4각형인 경우에 적합하게 사용될 수 있고, 도 4(f)에 나타낸 반원형태의 중간지지부재(160)는 베어링블록이 원형인 경우에 적합하게 사용될 수 있다.

도 4에 나타낸 모양의 것 외에도 선출원 발명의 특허공보에 개시된 하부부재의 모양이나 여타의 다른 다양한 모양으로 만들어지는 것도 가능하며, 이는 중간지지부재(160)가 수직하중 지지부(130)에 지지된 상태에서 상부부재(110) 또는 하부부재(120)와의 사이에서 전단고무스프링(170)의 일단을 지지하여줄 수 있으면 되기 때문이다.

도 5는 상부부재가 구조물 지지부에 대해 좌우로만 슬라이딩할 수 있도록 된 구조물 지지장치의 단면도이다.

도 5에 나타낸 바와 같은 구조물 지지장치(100)는 교량의 일방향 가동단 등에 설치하기 위한 것으로, 제1지지체(131) 상면에 돌출부(137)를 형성하고, 상부부재(110) 저면에 돌출부(137)를 좌우로만 안내하기 위한 안내홈(114)을 형성하여 상부부재(110)가 제1지지체(131)에 대해 좌우로만 수평변위를 허용한다. 돌출부(137)와 안내홈(114)은 서로 그 위치를 바꾸어 설치될 수 있다.

나머지는 도 1 내지 3을 통해 설명한 것과 같다.

도 6은 도 1에 나타낸 구조물 지지장치의 변형예를 나타낸 단면도이다.

경우에 따라, 도 1에서 설명한 구조물 지지장치(100)에서 중간지지부재(160)를 지지하는 부분의 지지구조만 상하로 위치 변경하여 상하로 뒤집힌 형태로 설치될 수 있다. 중간지지부재(160)가 베어링블록에 용접 등에 의해 고정되는 구조인 경우에는, 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)는 아무런 구조의 변경 없이도 상하로 뒤집힌 상태로 설치될 수 있다. 이는 이하에서 설명되는 여타의 실시예에서도 마찬가지이다.

도 6에서는, 탄성패드가 제1지지체(131)가 되고 베어링블록은 제2지지체(141)가 되며, 도 1에서의 상부부재는 하부부재(120)가 되고, 도 1에서의 하부부재는 상부부재(110)가 된다. 이에 따라 전단고무스프링(170)은 중간지지부재(160)와 하부부재(120) 사이를 연결하는 구조로 된다.

전단핀(SP)은 상부부재(110)의 저면에 고정된 상태에서 하방으로 연장되어 제1지지체(131)를 통과하여 제1지지체(131) 하방으로 일부가 돌출되어 있고, 이 돌출된 전단핀(SP)의 단부가 제2지지체(141) 상면에 형성된 핀홈(143)에 삽입되어 있다. 이에 따라 제1지지체(131) 위에 탑재된 상부부재(110)와 상부구조물(10)의 수평이동은 전단핀(SP)과 핀홈(143)에 의해 제한되고 좌우 또는 전후로 기울어지는 것은 허용된다.

베어링블록으로 된 제2지지체(141)는 저면에 미끄럼부재(145)를 구비하여 상면에 미끄럼부재(125)가 설치되어 있는 하부부재(120)에 대해 수평방향으로 슬라이딩하여 수평변위 가능케 설치되어 있다.

나머지는 도 1 내지 4를 통해 설명한 것과 같다.

도 7은 도 1에 나타낸 구조물 지지장치의 다른 변형예를 나타낸 단면도이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)는 수직하중 지지부(130)를 디스크 받침 형태가 아닌 폿베어링(pot bearing) 형태로도 구성될 수 있다.

즉, 제1지지체(131)는 저면에 하방으로 돌출된 돌출삽입부(138)를 갖는 강체로 된 베어링블록으로 형성하고, 하부부재(120)에는 중앙부에 돌출삽입부(138)가 삽입될 수 있는 홈(126)을 형성하고, 제2지지체(141)는 홈(126)에 삽입되어 돌출삽입부(138)를 탄성적으로 지지하는 탄성고무로 하여 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)를 구성할 수 있다. 제2지지체(141)를 구성하기 위한 탄성고무로는 탄성받침의 재료로 많이 사용되는, 내부에 심재(144)들이 상하로 간격을 두고 설치되어 있는 탄성고무(148)를 사용하거나 심재가 없으나 금속성 링이 주위에 삽입된 일반 고무디스크를 사용하는 것이 바람직하다. 경우에 따라 제2지지체(141)를 이루는 탄성고무로는 심재(144) 없는 경질 폴리우레탄 고무가 이용될 수 있다.

이에 따라 돌출삽입부(138)는 탄성고무로 된 제2지지체(141)의 지지를 받고 있으며, 돌출삽입부(138)가 삽입된 홈(116)은 탄성고무로 된 제2지지체(141)의 지지를 받고 있는 돌출삽입부(138)의 수평이동은 방해하면서 돌출삽입부(138)가 적어도 일방향으로 기울어지는 것은 허용한다.

도 7에 나타낸 실시예 역시 상하로 뒤집힌 형태로 만들어져 사용될 수 있다.

나머지는 도 1 내지 4를 통해 설명한 것과 같다.

도 8은 본 발명에 따른 구조물 지지장치의 또 다른 변형예를 나타낸 단면도이다.

경우에 따라, 제1지지체(131)의 저면에 오목구면(132)을 형성하고, 하부부재(120) 상면에 볼록구면(142)을 가지는 제2지지체(141)를 일체로 형성하여 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)를 구성할 수 있다.

경우에 따라, 도 8에 나타낸 것과는 반대로, 제1지지체(131)의 저면에 하방으로 볼록한 볼록구면을 형성하고, 하부부재(120) 상면에 오목구면을 가지는 제2지지체(141)를 일체로 형성하여 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)를 구성할 수 있다.

오목구면(132)과 볼록구면(142)은 서로에 대해 수평방향 이동은 제한하고, 좌우 또는 전후로 회동하여 서로에 대해 경사지는 것은 허용한다.

도 8을 통해 설명한 구조물 지지장치(100) 역시 상하로 뒤집힌 형태로 만들어져 사용될 수 있다.

나머지는 도 1 내지 4를 통해 설명한 것과 같다.

도 9는 본 발명에 따른 구조물 지지장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도이고, 도 10은 도 9에 나타낸 상부부재가 왼쪽으로 수평변위 된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 9와 10에 나타낸 구조물 지지장치(100)는 앞에서 설명한 단일 슬라이딩구조의 구조물 지지장치와는 달리 이중 슬라이딩구조로 이루어진 것으로, 수직하중 지지부(130)의 상면은 상부부재(110)에 대해 슬라이딩 가능하고, 하면은 하부부재(120)에 대해 슬라이딩 가능하다. 도 9와 10에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)를 이중 슬라이딩구조로 만들면 단일 슬라이딩 구조의 구조물 지지장치(100)에 비해 수평변위를 크게할 수 있다. 즉, 도 9와 10에 나타낸 구조물 지지장치(100)는 큰 수평변위를 허용해야 하는 구조물에 사용된다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이중 슬라이딩구조의 구조물 지지장치(100)는 수직하중 지지부(130)를 구비한다. 이 수직하중 지지부는 상부구조물(10)의 수직하중을 지지하는 강체로 된 베어링블록을 이루는 제1지지체(131)와 제1지지체(131) 저부에 설치되고 경질 폴리우레탄 디스크로 이루어진 제2지지체(141) 및 제1지지체(131)와 제2지지체(141)의 수평이동을 제한하기 위한 전단핀(SP)을 구비한다.

제1지지체(131)의 상면에는 PTFE 등으로 된 미끄럼부재(135)가 장착되어 있고, 저면에는 핀홈(133)이 형성되어 있다. 이 제1지지체(131)는 상부부재(110)의 저면에 부착된 스테인리스 스틸판과 같은 미끄럼부재(112)를 타고 슬라이딩 가능하다.

제2지지체(141)는 제1지지체(131)로부터 상부구조물(10)의 수직하중을 탄력적으로 전달받아 하부구조물(20) 쪽으로 전달하는 역할을 하며, 수직하중을 탄력적으로 지지하고, 상부구조물(10)이 좌우 또는 전후로 회동하여 어느 정도 경사지는 것을 허용한다. 이러한 제2지지체(141)는 중앙에 전단핀(SP)이 통과될 수 있는 통공을 가진다. 제2지지체(141)의 저부에 하고정판(146)이 설치되어 있고, 이 하고정판(146)에 전단핀(SP)의 일단이 고정되어 있다. 전단핀(SP)은 하고정판(146)에 고정된 상태에서 제2지지체(141)에 형성된 통공을 통과하여 제1지지체(131) 쪽으로 돌출되어 있고, 돌출된 부분은 핀홈(133)에 삽입되어 있다. 핀홈(133)의 내경은 제1지지체(131)의 경사를 허용하기 위해 전단핀(SP)의 외경보다 조금 크게 형성되어 있다.

제2지지체(141)는 제1지지체(131)에 대한 수평이동의 제한을 받는다. 즉, 제1지지체(131)와 제2지지체(141)는 수평방향으로는 함께 이동한다. 이러한 수직하중 지지부(130)는 상부구조물(10)이 하부구조물(20)에 대해 경사지는 것을 허용하도록 제1지지체(131)와 제2지지체(141)는 서로에 대해 경사지는 방향으로 회동될 수 있다. 이를 위해 제1지지체(131)와 제2지지체(141) 중 적어도 하나는 다른 하나의 경사를 허용할 수 있는 구조를 가져야 한다.

하고정판(146)의 저면에는 PTFE 등으로 된 미끄럼부재(145)가 장착되어 있고, 이는 하부부재(120)의 상면에 부착된 스테인리스 스틸판 등으로 된 미끄럼부재(125) 상면을 따라 슬라이딩 가능하다.

수직하중 지지부(130) 위에 설치된 상부부재(110)는 상부구조물(10) 저면에 용접 등으로 고정되고, 수직하중 지지부(130) 아래에 설치된 하부부재(120)는 볼트(B)와 기초너트(N)를 통해 하부구조물(20) 상면에 고정된다.

수직하중 지지부(130)의 강체의 베어링블록으로 된 제1지지체(131)에는 측방으로 돌출되어 상부부재(110) 및 하부부재(120)와 각각 상하로 간격을 두고 배치되는 부분을 가지는 중간지지부재(160)가 설치되어 있다. 중간지지부재(160)의 고정은 제1지지체(131)에 걸림턱(134)을 형성하여 중간지지부재(160)가 걸릴 수 있도록 하거나 용접 등을 이용하면 된다.

이 실시예에서, 중간지지부재(160)는 지진 시 중앙의 수직하중 지지부(130)를 항상 원위치 시키는 매개체의 역할도 한다. 또한, 전단변형 시 상부에 있는 전단고무스프링(170)은 중간지지부재(160)를 위쪽으로 당기는 힘을 작용시키지만 동시에 아래에 있는 전단고무스프링(170)이 중간지지부재(160)를 아래쪽으로 당기는 힘을 작용시키므로, 중간지지부재(160)의 두께는 그다지 두꺼울 필요가 없다.

이 실시예에 따른 구조물 지지장치(100)는 중간지지부재(160)와 상부부재(110) 및 중간지지부재(160)와 하부부재(120)를 탄성적으로 각각 연결하는 전단고무스프링(170)을 구비하고 있다. 이 전단고무스프링(170)은 수직하중 지지부(130)에 대한 상부부재(110) 및 하부부재(120)의 수평방향 변위에 저항하며 변위가 된 경우에는 수직하중 지지부(130)에 대한 상부부재(110) 및 하부부재(120)의 수평방향 복원력을 제공하는 역할을 한다. 이러한 전단고무스프링(170) 역시 내부에 심재(172)가 상하로 간격을 두고 배치되어 있는 탄성고무(174)가 적합하게 이용된다.

바람직하게, 전단고무스프링(170)의 상면과 하면에는 상고정판(175)과 하고정판(176)이 각각 설치되어 있다. 이는 전단고무스프링(170)을 상부부재(110), 중간지지부재(160) 및 하부부재(120)에 견고하게 고정할 수 있도록 하기 위한 것으로 볼트(B)와 핀(P) 등을 통해 고정된다.

이 실시예에서, 상부부재(110)는 수직하중 지지부(130)에 대해 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 가능하고, 하부부재(120)도 수직하중 지지부(130)에 대해 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 가능하다.

도 9와 10에 나타낸 구조물 지지장치(100)에서, 지진 등에 의해 상부구조물(10)이 일 수평방향으로, 예를 들어, 왼쪽으로 힘을 받으면 상부구조물(10)과 상부부재(110)는 제1지지체(131)의 상면을 타고 왼쪽으로 이동하면서 중간지지부재(160) 상에 설치된 전단고무스프링(170)에 전단변형을 일으킨다. 중간지지부재(160) 상에 설치된 전단고무스프링(170)은 탄성력으로 상부구조물(10)의 수평변위에 저항하는 힘을 작용시킨다. 이에 따라 상부구조물(10)이 왼쪽으로 이동하면 중간지지부재(160) 상에 설치된 전단고무스프링(170)은 왼쪽 방향으로 전단변형을 일으키면서 중간지지부재(160)를 왼쪽으로 당기고 이에 따라 수직하중 지지부(130)도 하부부재(120) 상면을 타고 왼쪽으로 이동한다.

수직하중 지지부(130)가 왼쪽으로 이동하면 중간지지부재(160) 하부에 설치된 전단고무스프링(170)도 수직하중 지지부(130)가 왼쪽으로 이동하는 것을 방해하는 힘을 작용시키면서 왼쪽으로 전단변형을 일으킨다. 이렇게 전단변형을 일으킨 전단고무스프링(170)은 상부구조물(10)을 처음 위치로 복귀시키려는 복원력을 작용시킨다.

이 실시예에 따른 구조물 지지장치(100)에서는, 중간지지부재(160) 위쪽의 전단고무스프링(170)이 허용하는 수평변위와 중간지지부재(160) 아래쪽의 전단고무스프링(170)이 허용하는 수평변위가 합해져서 하부구조물(20)에 대한 상부구조물(10)의 수평변위를 허용하므로, 전단고무스프링(170)이 모두 동일하다면, 앞에서 설명한 실시예에 비해 왼쪽 또는 오른쪽으로 약 2배의 수평변위가 허용된다. 좌우 양쪽을 합하는 경우 전체 수평변위 허용범위는 약 4배가 된다.

전단고무스프링(170)이 전단변형을 일으키며 저항하는 힘과 마찰저항이 상부구조물(10)이 왼쪽으로 이동하려는 힘과 균형을 이루는 위치에서, 상부구조물(10)은 왼쪽으로의 수평변위를 멈추고 전단고무스프링(170)의 복원력에 의해 다시 왼쪽으로 이동하여 진동하는 과정을 반복하는 한편, 진동하는 과정에서 슬라이딩에 의한 마찰에너지와 전단고무스프링(170)의 변형에너지로 진동에너지가 소진되면서 진동감쇠를 일으킨다.

도 11은 도 9에 나타낸 구조물 지지장치의 변형예를 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)는 수직하중 지지부(130)를 앞의 도 7에서와 마찬가지로 디스크 받침 형태가 아닌 폿베어링(pot bearing) 형태로도 구성될 수 있다.

즉, 제1지지체(131)는 저면에 하방으로 돌출된 돌출삽입부(138)를 갖는 베어링블록으로 형성하고, 제2지지체(141)는 내부에 심재(144)가 간격을 두고 상하로 배치되어 있는 탄성고무(148)로 형성하고, 제1지지체(131) 아래쪽에 돌출삽입부(138)가 삽입될 수 있고 또한 제2지지체(141)가 삽입될 수 있는 홈(151)이 형성되어 있고 하부부재(120)에 대해 슬라이딩 가능한 제3지지체(150)를 더 설치하여 폿베어링 형태로 수직하중 지지부(130)가 구성될 수 있다. 물론, 제3지지체(150)의 저면에는 PTFE 등으로 된 미끄럼부재(153)가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이 실시예에서, 돌출삽입부(138)는 탄성고무(148)의 지지를 받고 있으며, 돌출삽입부(138)가 삽입된 홈(151)은 탄성고무(148)의 지지를 받고 있는 돌출삽입부(138)의 수평이동은 방해하면서 돌출삽입부(138)가 적어도 일방향으로 기울어지는 것은 허용한다.

나머지는 도 9와 10을 통해 설명한 것과 같다.

도 12는 도 9에 나타낸 구조물 지지장치의 다른 변형예를 나타낸 단면도이다.

경우에 따라, 제1지지체(131)의 저면에 볼록구면(139)을 형성하고, 하부부재(120) 상면에는 오목구면(149)을 가지는 제2지지체(141)를 슬라이딩 가능케 설치하여 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)를 구성할 수 있다.

경우에 따라, 도 12에 나타낸 것과는 반대로, 제1지지체(131)의 저면에 상방으로 오목한 오목구면을 형성하고, 하부부재(120) 상면에 상방으로 볼록한 볼록구면을 가지는 제2지지체(141)를 하부부재(120) 상면을 따라 슬라이딩 가능케 설치하여 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)를 구성할 수 있다.

오목구면(149)과 볼록구면(139)은 서로에 대해 수평방향 이동은 제한하고, 좌우 또는 전후로 회동하여 서로에 대해 경사지는 것은 허용한다.

이 실시예에서 중간지지부재(160)는 제1지지체(131)에 설치되어 있으나, 경우에 따라 제2지지체(141)에 설치될 수 있다.

나머지는 9와 1을 통해 설명한 것과 같다.

도 13은 전단고무스프링의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.

경우에 따라, 전단고무스프링(170)은 탄성고무(174)와 심재(172)가 계단을 이루며 층상으로 쌓아올려진 형태로 구성될 수 있다. 바람직하게, 탄성고무(174)의 좌우 폭보다는 심재(172)의 좌우 폭이 더 크다.

이렇게 하면 수직하중 지지부(130)에 대한 상부부재(110)의 수평변위를 크게 허용할 수 있다.

나머지는 도 1 내지 3을 통해 설명한 것과 같다.

본 발명은 엄격한 품질이 요구되는 원전설비의 구조물 면진장치로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 일반 교량의 교좌장치나 일반 건축물의 면진장치로 이용될 가능성이 다분히 있다.

100: 구조물 지지장치 110: 상부부재
120: 하부부재 130: 수직하중 지지부
131: 제1지지체 141: 제2지지체
150: 제3지지체 160: 중간지지부재
170: 전단고무스프링

Claims (14)

1. 상부구조물과 하부구조물 사이에 설치되어 상기 상부구조물의 하중을 지지하며 상기 하부구조물에 대해 수평변위를 일으킨 상기 상부구조물에 대한 복원기능을 가지는 구조물 지지장치에 있어서,
   상기 상부구조물의 수직하중을 지지하는 제1지지체, 상기 제1지지체 저부에 설치되고 상기 제1지지체로부터 상기 상부구조물의 수직하중을 전달받아 상기 하부구조물 쪽으로 전달하며 상기 제1지지체에 대한 수평이동의 제한을 받는 제2지지체를 구비하여 구성되고, 상기 상부구조물이 상기 하부구조물에 대해 경사지는 것을 허용하도록 상기 제1지지체와 상기 제2지지체 중 적어도 하나는 다른 하나의 경사를 허용하는 수직하중 지지부;
   상기 수직하중 지지부 위에 설치되고 상기 상부구조물의 저면에 고정되는 상부부재;
   상기 수직하중 지지부 아래에 설치되고 상기 하부구조물의 상면에 고정되는 하부부재;
   상기 수직하중 지지부와 수평방향으로 이격된 위치에서 상기 상부부재와 상기 하부부재 중 적어도 하나에 일단이 고정되어 있고 상기 수직하중 지지부에 대한 상기 상부부재 또는 상기 하부부재의 수평방향 변위에 탄성적으로 저항하며 수평방향으로 변위된 상기 상부부재 또는 상기 하부부재의 수평방향 복원력을 제공하기 위한 수평방향으로 간격을 두고 배치된 전단고무스프링; 및
   상기 상부부재와 상기 하부부재 사이에 설치되고 상기 전단고무스프링의 타단에 연결되어 상기 전단고무스프링의 타단을 상기 수직하중 지지부에 대해 항상 일정한 수평거리를 유지할 수 있도록 하는 중간지지부재를 구비하고,
   상기 상부부재와 상기 하부부재 중 상기 전단고무스프링의 상기 일단과 연결된 것은 상기 수직하중 지지부에 대해 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 가능케 설치된 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 중간지지부재는 상기 수직하중 지지부에 설치되고 상기 상부부재 및 상기 하부부재와 상하로 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서, 상기 전단고무스프링은 상기 중간지지부재 상측과 하측 중 어느 한쪽에만 설치되어 있고,
   상기 수직하중 지지부는 상기 상부부재와 상기 하부부재 중 상기 전단고무스프링의 상기 일단과 연결되어 있지 않는 것에 고정되어 있거나 경사만 허용되고 수평변위는 할 수 없도록 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 전단고무스프링은 상기 중간지지부재 상측과 하측 모두에 설치되어 있고,
   상기 상부부재와 상기 하부부재 둘 모두 상기 수직하중 지지부에 대해 적어도 일 수평방향으로 슬라이딩 가능케 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
6. 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전단고무스프링은 내부에 심재들이 상하로 간격을 두고 설치되어 있는 탄성고무를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
7. 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전단고무스프링은 내부에 심재들이 상하로 간격을 두고 설치되어 있는 탄성고무, 상기 탄성고무 상면에 고정된 상고정판 및 상기 탄성고무 저면에 고정된 하고정판을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
8. 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전단고무스프링은 탄성고무와 심재가 계단을 이루며 층상으로 쌓아올려진 것임을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
9. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1지지체와 상기 제2지지체 중 하나는 강체(剛體)로 된 베어링블록이고 나머지 하나는 중앙부에 핀구멍이 형성되어 있고 탄성을 갖는 고무로 된 디스크이고,
   상기 중간지지부재는 상기 베어링블록에 설치되어 있고,
   상기 고무로 된 디스크는 상기 베어링블록에 일단이 결합된 전단핀 외주면에 설치되어 있고, 상기 전단핀의 타단은 상기 베어링 블록 반대편에 설치된 상기 하부부재 또는 상기 상부부재에 결합되어 있고,
   상기 전단핀의 양단 중 일단은 이 일단이 결합된 것에 고정되어 있고 타단은 이 타단이 결합된 것에 형성된 홈에 삽입되어 상기 베어링블록의 수평이동은 방해하면서 상기 수직하중 지지부에 지지된 상기 상부부재가 적어도 일방향으로 기울어지는 것은 허용하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
10. 제5항에 있어서, 상기 제1지지체와 상기 제2지지체 중 하나는 강체(剛體)로 된 베어링블록이고 나머지 하나는 중앙부에 핀구멍이 형성되어 있고 탄성을 갖는 고무로 된 디스크이고,
    상기 중간지지부재는 상기 베어링블록에 설치되어 있고,
    상기 고무로 된 디스크는 상기 베어링블록에 일단이 결합된 전단핀 외주면에 설치되어 있고, 상기 전단핀의 타단은 상기 베어링 블록 반대편에 설치된 하고정판 또는 상고정판에 결합되어 있고,
    상기 전단핀의 양단 중 일단은 이 일단이 결합된 것에 고정되어 있고 타단은 이 타단이 결합된 것에 형성된 홈에 삽입되어 상기 베어링블록의 수평이동은 방해하면서 상기 수직하중 지지부에 지지된 상기 상부부재가 적어도 일방향으로 기울어지는 것은 허용하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
11. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1지지체와 상기 제2지지체 중 하나는 하방 또는 상방으로 돌출된 돌출삽입부를 갖는 강체로 된 베어링블록이고 나머지 하나는 상기 상부부재와 상기 하부부재 중 상기 돌출삽입부와 마주하는 것에 형성된 홈에 삽입된 탄성고무이고,
    상기 중간지지부재는 상기 베어링블록에 설치되어 있고,
    상기 돌출삽입부가 삽입된 상기 홈은 상기 돌출삽입부의 수평이동은 방해하면서 상기 돌출삽입부가 적어도 일방향으로 기울어지는 것은 허용하는 것임을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
12. 제5항에 있어서, 상기 수직하중 지지부는 오목홈이 구비된 제3지지체를 더 포함하고,
    상기 제1지지체와 상기 제2지지체 중 하나는 하방 또는 상방으로 돌출된 돌출삽입부를 갖는 강체로 된 베어링블록이고 나머지 하나는 상기 제3지지체의 오목홈에 삽입된 탄성고무이고,
    상기 중간지지부재는 상기 제1지지체 또는 상기 제3지지체에 설치되어 있고,
    상기 돌출삽입부가 삽입된 상기 오목홈은 상기 돌출삽입부의 수평이동은 방해하면서 상기 돌출삽입부가 적어도 일방향으로 기울어지는 것은 허용하는 것임을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
13. 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1지지체와 상기 제2지지체 중 하나는 하방 또는 상방으로 볼록한 볼록구면을 갖는 강체로 된 볼록구면부재이고, 나머지 하나는 상기 볼록구면과 결합하여 상기 볼록구면부재의 수평이동은 방해하면서 상기 볼록구면부재가 적어도 일방향으로 기울어지는 것은 허용하는 오목구면을 가지는 오목구면부재인 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
14. 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전단고무스프링의 전단계수는 0.4-1.25Mpa이고, 상기 전단고무스프링은 파손이 발생되기 전까지의 최대 전단변형율이 300 - 400%인 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.

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