교량 부속장치 - 교량받침

교량받침

교량이 구조물로서 그 기능을 발휘 하는 데는 상부구조가 하부구조에 의해 안전하고 확실하게 지지되어야 한다. 그 때문에 설계시에 구조계에 설정되는 지지조건을 항상 유지 할 수 있는 것이 상부와 하부구조 사이에서 필요하게된다. 교량받침은 이 조건을 만족하는 기구로서 교량의 상부와 하부의 접점에 설치되는 부재이다. 그리고 그 용도에 의해 몇가지 기능이 필요하게 된다. 교량받침에서 필요한 기본적인 기능은 다음과 같다.
 
- 하중의 전달기능
상부구조에 작용하는 하중은 하부구조를 통해서 기초지반에 확실히 전달되어지지 않으면 안된다. 따라서 교량받침은 상부에서 전달되는 하중을 지지함과 동시에 이를 안전하고 원활하게 하부구조에 전달하는 기능을 가져야 한다.
 
- 수평 이동 기능
상부구조는 하중의 재하, 온도변화, 콘크리트의 Creep, 건조수축, 프리스트레스의 힘 등 각종 요인에 의하여 신축된다. 교량받침은 이와 같은 상, 하부 구조에 발생하는 수평거동을 수용하여야 한다. 즉, 신축기능을 갖고있는 받침을 가동받침이라고 하고 신축기능을 갖고 있지 않는 받침을 고정받침이라고 부른다. 그리고 고정받침에는 상부구조 전체가 교축방향으로 이동하는 것을 방지하는 기능을 갖고 있다.
 
- 회전기능
상부구조는 하중의 재하에 의해 처짐이 생기고 이에 의해 지점부는 회전변위를 일으킨다.교량받침은 처짐에 의해서 생기는 회전변위를 무리 없이 수용할 수 있는 기능을 갖추고 있어야 한다.최근에는 이러한 세가지의 기본적인 기능 이외에, 교량받침은 지진에 대비하는 기능도 유지되고 있다.이상과 같이 교량받침에 요구되는 기능은 교량이 그 구조계의 역학적 기본을 유지하는데 극히 중요하다.특히, 교량의 내진설계 면에서 교량받침의 역할은 크다. 따라서 교량의 설계에 있어서, 교량받침은 상부 및 하부구조의 설계와 동일한 수준에서 논의되어야 하고 개개의 교량형식에 따른 최적의 교량받침형식 및교량받침의 배치가 선정되도록 충분한 배려가 있어야 한다. 또한, 교량받침이 제 기능을 발휘하는 데는 상, 하부 구조에의 취부도 중요하므로 상, 하부 구조의 교량 받침부의 설계에는 특히 신중하여야 한다.
 

포트받침 

원형의 밀폐용기에 고무를 넣고 그 위에 받침판을 얹어 고무의 탄성변형에 의해 회전을 얻고 윗판은 불소수지(PTFE)판을붙이고 윤활유를 주입하여 이동변위에 대한 마찰계수를 감소시킵니다. 이때 미끄럼판으로 사용되는 불소수지판은 내마모성, 내크리프성이 우수한 dimpled virgin PTFE판을 사용합니다.용기속의 고무가 유체처럼 작용하여 수직반력을 골고루 분포시키고, 큰 회전각을 얻을 수 있으며 받침의 높이도 낮아 회전에 대한 안전성이 크며 회전에 따른 하중의 편심이 작아서 유리합니다. 사용되는 고무는 품질규격에 적합한 고무이어야 하며 허용지압응력은 400kg/cm2 정도로서 외부에 노출되지 않도록 용기에 담겨 있으므로 고무의 내구성이크게 증가되는 이점이 있습니다.지지하중은 5000톤 정도, 이동량은 ± 250mm까지 제작되는데, 이 받침은 하중이 커질수록 다른 종류의 받침보다 경제성이 증가되기 때문에 장대교량에 적합한 형식중의 하나입니다.
 

탄성고무받침 

탄성고무받침은 구조물의 변형(이동, 회전)을 고무의 탄성변형에 의해 흡수시키는 받침이다.본체에 이동을 제한하는 장치를 별도로 설치하고 그 이동 제한 량에 따라 고정과 가동을 분리 사용하는 것이 일반적이다.고무재의 팽창을 억제하고 받침으로서의 내하력을 증가시키기 위해서는 고무층 사이에 금속보강재를 삽입하는 적층타입 구조를 쓴다. 적층타입은 보강재로서 얇은 금속판을 사용하고 금속판과 고무가 가류 접착에 의해 단단히 접착되어 적층구조를 이룬다. 상, 하 보강재의 방청 및 활동방지 대책으로서 보강재를 고무로 코팅된 일체성형 타입과 보강재로 강판 또는 스테인레스판을 사용하고 에폭시계 도료를 도포한 절단가공이외에 불소수지판과 고무받침을 조합한 미끄럼 고무받침이 있다.이 받침은 상부구조의 신축을 불소수지판의 미끄럼에서 받고 회전을 고무받침의 고무에서 받는 구조이다.신축량이 특히 커서 전단 변형만으로 흡수할 수 없는 경우와 고무두께가 너무 두껍게 되는 등의 경우 가동받침으로서 이용된다.

 
스페리칼 받침
 
한쪽 접촉면을 평면, 다른쪽을 원주면 또는 구면으로 된 베어링 플레이트를 사용하고 상판과 본체 각각에 접촉시켜 평면 접촉부에서 신축기능, 곡선 접촉부에서 회전기능을 가진 받침이다.가동받침과 고정받침의 차이는 상판에 설치된 잘려진 부분의 폭으로 이동량이 있는지 없는지에 의한다.베어링플레이트는 고력황동 주물판의 마찰면에 흑연 등의 고체 윤활제를 심어 마찰을 저감한 것이다. 본체 및 상판의 베어링 플에이트와의 접촉면은 내식, 내마모를 위하여 고체 윤활제 피막, 크롬 도금,스텐레스판 부착 등의 표면처리가 실시된다.

 
지진격리받침

 - LRB (Lead Rubber Bearing)
일반적으로 단주기 성분이 강하고 장주기 성분이 약한 지진파의 주기특성을 이용하여, 구조물의 고유주기를 임의로 길게 해 수평지진력의 크기 자체를 감소시키는 동시에 진동에너지를 납의 비선형거동으로 흡수하여 교량상판의 진동을 억제시키고자 하는 것이 납면진받침이며 에너지 흡수를 위해 탄성받침의 내부에 납을 압착하여 삽입한 것이 탄성받침과 다른 점이다. 납은 작용하는 하중의 크기 및 속도에 따라서 다음과 같은 세 가지 거동특성을 보인다.

첫째, 온도, 크리프, 건조수축과 같이 느린 속도로 작용하는 하중에 대해서는 쉽게 항복하여 교량상판의 장기변형에 의한 수평력을 교각에 작게 전달한다.(보통 수직하중의 5%미만)

둘째, 풍하중 및 제동하중과 같이 빠른속도로 작용하며 납심의 항복강도를 넘지 않는 하중에 대해서는 납의 초기 강성으로 저항하여 변위를 억제하게 된다.(일반적으로 10mm미만)
셋째, 지진하중에 대해서는 납이 완전히 항복하여 앞서 언급한 장주기화 및 에너지 소산기능에 의해 지진력의 크기를 감소시킨다.

 
특수받침 

가) 선받침
상, 하판 접촉부분의 한쪽은 평면으로 다른 한쪽은 원주면으로 해서 선접촉을 시킨 1방향만 회전이 가능한 받침이다. 가동받침과 고정받침의 차이점은 상판에 설치된 잘라진 부분의 폭에 이동량이 예상될지 안 될지에 의한다.

나) 로라받침
Roller bearing 은 서로 평행한 상부 철판과 하부 철판 사이에 하나 또는 그이상의 쇠로된 실린더로 이루어진다.Roller bearing의 제품수명동안 Roller bearing이 디자인된 방향으로 움직이기 위해서는 Gearing이나 다른 형태의 유도장치가 필요하다. 단 하나의 실린더로 구성된 Roller bearing은 수평축을 중심으로 회전이 가는하며, 수직축에 평행한 이동도 가능하다. 다중 실린더의 회전을 가능케 하기 위해서는 rocker나 knuckle과 같은 장치들이부가적으로 필요하다. 다중 Roller bearing은 서로 평행한 판과 그사이의 여러 개의 실린더들로 구성되며 큰 하중을 받을 수 있다. 이겹 Roller bearing은 세 개의 판과 그사이의 여러 개의 실린더로 구성되며, 여러 방향의 수평 이동이가능하도록 설계할 수 있다. 다중 Roller bearing은 요즘에는 거의 사용되지 않고 curved sliding 또는 pot bearing에 의해 대체되어지고 있다

다) 피봇받침

라) 라카받침
Rocker bearing은 근본적으로 곡면으로 이루어져 있는데 이 곡면은 다른 곡면 또는 평면 과 맟닿아 있으며, 상대적 수평이동이 일어나지 못하도록 한다. 하나 혹은 그 이상의 축에 대해 회전을 가능케 하기 위해서,Rocker bearing의 곡면은 실린더형이거나 구형이다. Rocker bearing 그 자체로는 회전 변위를 제외한 변위를 발생하지 않고 Roller bearing을 보충하기 위해서 교량의 고정단에 사용되어진다. Rocker bearing은 bearing의 한 부분이 다른 한 부분에 대해 회전을 가능케 한다.