대자연의 커브볼을 처리하기 위해 지어진 건물, 교량 또는 기타 구조물에서 작업한 적이 있다면 아마도 "면진 베어링"과 같은 용어를 우연히 접했을 것입니다. 10년 넘게 LNRB(선형 천연 고무 베어링)를 공급해 온 사람으로서 저는 이 제품에 대한 모든 질문을 들어왔습니다. 하지만 생각보다 훨씬 더 많이 나오는 질문은 "표면 마감이 중요합니까?"였습니다. 추격전을 시작하겠습니다. 그렇습니다. 많이. 그리고 이 사소하고 흔히 간과되는 세부 사항을 무시한다면, 예상했던 것보다 훨씬 더 많은 문제에 대해 프로젝트를 설정하게 될 수도 있습니다.
먼저 이 공간을 처음 접하는 분들을 위해 레벨을 설정해 보겠습니다. 선형 천연 고무 베어링은 지진 격리를 위한 도구입니다. 에너지를 소산하기 위해 리드 코어를 사용하는 LRB(납 코어 고무 베어링), 곡면에서 미끄러지는 FPB(마찰 진자 베어링) 또는 충격을 흡수하기 위해 추가 댐핑에 의존하는 고감쇠 격리 고무 베어링(HDRb)과 같은 좀 더 특수화된 옵션과 달리 LNRB는 모두 하중 하에서 일관되고 선형적인 움직임을 제공합니다. 적층고무 베어링이군요, 그렇죠? 잠깐, 실제로 사람들은 LNRB를 표준 적층 고무 베어링과 혼합하는 경우가 있습니다. 하지만 LNRB는 추가 코어 재료나 감쇠 첨가제 없이 제어된 선형 편향을 위해 설계된 특정 유형입니다. 이러한 스택이 어떻게 쌓이는지 비교하고 싶다면 면진 제품 페이지에서 상황을 확인할 수 있지만 오늘은 표면 마감에 초점을 맞추고 있습니다. 왜냐하면 이 베어링이 실제로 매일(그리고 큰 지진 중에) 작동하는 방식에 대한 알려지지 않은 영웅이기 때문입니다.
여기서 표면 마감이 무엇을 의미하는지부터 시작해 보겠습니다. 우리는 빛나는 페인트 작업이나 매끄러운 금속 조리대에 대해 말하는 것이 아닙니다. LNRB의 경우 마감은 두 가지 주요 접촉 표면의 질감과 균일성입니다. 베어링을 구조물 위와 아래에 부착하는 상단 및 하단 강철판과 때로는 고무가 외부 강철 리테이너("엔드 플레이트" 또는 "플랜지"라고 함)와 만나는 측면 가장자리입니다. 이 판은 일반적으로 강철이므로 표면은 육안으로는 눈에 띄지 않는 미세한 범프, 긁힘 및 평탄도와 같은 특정 거칠기 표준을 충족하도록 가공되거나 처리됩니다. 그러나 그 미세한 세부 사항은 모든 기능이 존재하는 곳입니다.
표면 마감이 LNRB에 영향을 미치는 첫 번째 큰 방법: 하중 분산. LNRB는 수천 톤을 운반하는 교량, 수백 채의 아파트를 수용하는 고층 건물 등 엄청난 무게를 지탱하도록 설계되었습니다. 베어링의 접촉면이 거칠거나 고르지 않으면 하중이 전체 베어링 영역에 고르게 퍼지지 않습니다. 대신, 모든 무게는 표면의 작고 높은 지점에 집중됩니다. 그것은 "스트레스 집중"이라고 불리며 아주 나쁜 것입니다. 시간이 지남에 따라 고르지 못한 압력으로 인해 강철판이 휘어지고, 고무 적층이 찢어지거나, 심지어 고무와 강철 사이의 결합이 끊어질 수도 있습니다. 나는 몇 년 전 작은 고속도로 교량 프로젝트에서 이것을 직접 본 적이 있습니다. 계약자는 제어된 기계 마감 대신 일관되지 않은 거칠기를 남기는 샌드블라스팅 작업을 사용하여 베어링 표면 준비의 모서리를 절단했습니다. 3년 이내에 베어링에는 고무 박리의 징후가 나타났습니다. 이는 표면이 균일했다면 조기에 발견되었을 것입니다. 수리를 위해 다리를 폐쇄해야 했고, 이로 인해 주정부는 수백만 달러의 비용을 지출했습니다. 이 모든 것은 올바른 작업을 위해 몇 달러를 추가로 지불해야 하는 표면 디테일 때문입니다.
다음은 움직임 제어입니다. 이것이 선형 베어링의 핵심입니다. 그렇죠? LNRB는 땅이 흔들릴 때 직선으로 움직여 구조물이 흔들리도록 하는 대신 에너지를 흡수하도록 되어 있습니다. 표면 마감이 너무 거칠면 움직임이 방해됩니다. 철판의 미세한 돌기가 서로 달라붙어 있어서 있을 수 없는 마찰이 발생합니다. 마찰이 본질적으로 나쁜 것은 아니지만 LNRB는 선형적이고 예측 가능한 움직임을 허용하기 위해 낮고 일관된 마찰을 위해 설계되었습니다. 잘못된 마감으로 인해 마찰이 너무 많으면 베어링이 미끄러지는 대신 "고착"될 수 있습니다. 지진이 발생하면 스틱 슬립 효과는 구조물이 예상대로 움직이지 않음을 의미합니다. 따라서 모든 에너지가 바로 건물로 전달됩니다. 이는 바로 우리가 지진 격리를 통해 피하려고 하는 것입니다.
또한 이를 다른 절연 제품과 비교해 볼 수도 있습니다. 납 코어 고무 베어링(LRB)은 감쇠를 추가하기 위해 납 코어를 사용하므로 표면 마감은 움직임 제어에 덜 중요하지만(납이 대부분의 작업을 수행함) 강판에 대한 결합은 여전히 양호한 표면이 필요합니다. 마찰 진자 베어링(FPB)은 부드러운 곡선 표면과 슬라이더를 사용하므로 필요한 정확한 마찰을 얻으려면 마감이 매우 단단해야 하지만 LNRB는 더 평평한 디자인이므로 표면이 전체 플레이트에서 균일해야 합니다. 당사의 엘라스토머 아이솔레이터 페이지를 보면 다양한 유형의 아이솔레이터에도 고유한 표면 요구 사항이 있다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 LNRB는 표면 불규칙성을 보상할 추가 재료가 없기 때문에 특히 민감합니다.
잠깐만요, 내구성에 대해서도 이야기해 볼까요. LNRB는 50년, 75년, 심지어 100년 동안 지속되는 것으로 추정됩니다. 짧은 일정은 아닙니다. 거칠거나 제대로 마감되지 않은 표면은 조기 박리를 유발할 뿐만 아니라 부식의 원인이 됩니다. 긁힌 부분이나 고르지 못한 부분이 있는 철판에는 습기, 염분(해안 프로젝트에서 작업하는 경우) 또는 기타 잔해물이 갇히게 됩니다. 시간이 지남에 따라 부식이 강철을 부식시켜 판을 약화시키고, 강철이 너무 얇아지면 하중을 지탱할 수 없게 됩니다. 한번은 플로리다에 있는 한 고객이 해안 교량의 LNRB가 예상보다 빨리 녹슬었다고 해서 저에게 전화를 한 적이 있습니다. 알고 보니 시공업체는 표면 마감이 불량하고 적절한 처리가 이루어지지 않은 값싼 철판을 사용했기 때문에 긁힘에 바닷물이 들어갔습니다. 우리는 그 베어링을 20년 일찍 교체해야 했고, 이는 그들에게 엄청난 번거로움이었습니다. 우수한 표면 마감(일반적으로 부식 방지를 위해 용융 아연 도금 또는 코팅 처리된 가공되고 매끄러운 강철 표면)은 추가 보호 층을 추가하여 베어링이 전체 수명 동안 작동하도록 유지합니다.
또 다른 것: 핏과 정렬. LNRB를 설치할 때 구조물의 지지대와 완벽하게 정렬되어야 합니다. 베어링 표면이 뒤틀리거나 평탄도가 일정하지 않으면 정렬을 올바르게 하는 것이 거의 불가능합니다. 1도 정도만 기울여도 하중 분산과 움직임이 저하될 수 있습니다. 일부 사람들은 베어링에 심을 끼우고 문제를 해결하려고 시도하지만 심 제거는 문제를 덮을 뿐이며 근본적인 표면 문제를 해결하지는 못합니다. 저는 항상 설치자에게 이렇게 말합니다. 베어링 표면을 지지대 위에 올려놓았을 때 베어링 표면이 평평하지 않으면 돌려보내십시오. 그것이 작동하도록 노력하지 마십시오. 나는 시밍으로 인해 하중이 고르지 않게 되어 사소한 테스트 지진 중에 베어링 고장이 발생하는 프로젝트를 너무 많이 보았습니다.
잠시 기술적인 부분을 다루되 현실적으로 유지하세요. 표면 마감은 Ra(거칠기 평균)로 측정됩니다. 이는 표면 최고점과 최저점의 미세한 높이를 의미합니다. LNRB의 경우 일반적으로 Ra 값을 1.6~3.2마이크로미터로 지정합니다. 마찰을 낮게 유지하고 하중을 고르게 유지할 만큼 부드럽지만 질감이 약간 있어서 고무가 접착하기 좋은 표면을 갖습니다. 잠깐, 끈끈한 힘을 유지하세요! 나는 그것을 거의 잊어버렸다. LNRB의 고무는 철판에 층을 이루고 접착되어 있습니다. 그렇죠? 표면 마감은 접착력이 얼마나 잘 유지되는지에 영향을 미칩니다. 표면이 너무 매끄러우면 고무에 "붙잡을" 것이 없으므로 접착력이 약해집니다. 이는 주요 실패 모드인 박리로 이어집니다. 표면이 너무 거칠면 표면의 봉우리가 고무와 접촉하지 않는 결합에 틈이 생길 수 있으며, 이는 동일한 문제입니다. 따라서 고무가 전체에 고르게 접착되도록 하기 위해 전체 플레이트에 걸쳐 일관되게 유지되는 스위트 스팟 제어 거칠기입니다. 그렇기 때문에 좋은 기계 공장은 단순히 표면을 거칠게 다듬는 데 그치지 않습니다. 그들은 그것을 한결같이 한다.
저는 여러분 중 일부가 "이것은 베어링에 더 많은 비용을 청구하는 공급업체의 전문 용어일 뿐입니다."라고 생각하는 것을 알고 있습니다. 아니, 진심으로 솔직해지자. 나는 모든 계약자가 예산을 지켜보고 있다는 것을 알 만큼 오랫동안 이 게임에 참여해 왔습니다. 그러나 계산은 다음과 같습니다. 베어링 표면 준비에서 200달러의 차이가 나면 나중에 수리 비용으로 200,000달러를 절약할 수 있습니다. 앞서 말씀드렸던 브릿지 프로젝트요? 베어링 표면 준비에 1,500달러를 추가하면 수리 비용 200만 달러를 절약할 수 있습니다. 그것은 승리하는 거래가 아닙니다.
이제 다시 큰 그림으로 돌아가 보겠습니다. LNRB는 지진 격리 시스템의 핵심 부품입니다. 일부 고위험 지역에서 추가 감쇠를 위한 리드 코어 고무 베어링(LRB)이나 더 큰 움직임이 필요한 현장을 위한 마찰 진자 베어링(FPB)과 같은 다른 제품과 함께 작동하지만 LNRB는 비용 효율적이고 신뢰할 수 있기 때문에 많은 프로젝트에서 사용됩니다. 그러나 신뢰성은 모든 세부 사항이 올바르게 수행된 경우에만 제공되며 표면 마감은 가장 중요한 것 중 하나입니다.
나는 베어링을 지정할 때 표면 마감을 고려하지 않는 많은 엔지니어들과 이야기를 나눴습니다. 하중 용량, 편향 범위, 재료 유형을 나열하지만 표면은 잊어버립니다. 그것이 우리가 공급자로서 들어오는 곳입니다. 우리는 단지 베어링만 판매하는 것이 아닙니다. 우리는 그것이 작동하도록 하는 모든 세부 사항을 안내합니다. 거친 표면은 움직임 제어를 방해하고, 고르지 않은 판은 응력 집중을 유발하며, Ra 값은 고무 접착에 적합해야 한다는 점을 알려드리겠습니다. 우리는 귀하를 혼란스럽게 하려는 것이 아닙니다. 우리는 귀하의 프로젝트가 안전하고 오래 지속되며 베어링 고장 소식으로 끝나지 않도록 노력하고 있습니다.
현재 선형 천연 고무 베어링을 지정하는 프로젝트를 진행 중이라면 공급업체에 표면 마감 사양에 대해 문의하세요. 세부 사항을 추진하는 것을 두려워하지 마십시오. Ra 값을 알려줄 수 없거나 프로세스가 일관되지 않은 경우 계속 살펴보세요. 나는 여기에서 너무 많은 프로젝트를 보아왔고 결과는 결코 좋지 않았습니다.
결국 LNRB의 기능은 세 가지로 요약됩니다. 즉, 부하 지원, 필요할 때 선형으로 이동, 수십 년 동안 지속됩니다. 표면 마감은 세 가지 모두에 영향을 미칩니다. 이는 사소한 세부 사항이 아닙니다. 너무 자주 간과되는 베어링 설계의 중요한 부분입니다.
표면 마감이 정밀한 신뢰할 수 있는 선형 천연 고무 베어링을 찾고 있거나 당사 제품을 적층 고무 베어링, 건물용 고감쇠 격리 고무 베어링(HDRb) 또는 다음 프로젝트를 위한 탄성 격리 장치와 같은 다른 지진 격리 솔루션과 비교하고 싶다면 당사 팀에 문의하세요. 표면 마감이 어떻게 성능을 충족하는지 안내하고 귀하의 요구 사항에 적합한 솔루션을 찾는 데 도움을 드리겠습니다.
참고자료:
- 켈리, JM (2013). 구조물의 지진 격리. 존 와일리 앤 선즈.
- 스키너, RI, 로빈슨, WH, & 맥베리, GH(2005). 지진 격리 소개(2판). 존 와일리 앤 선즈.
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- 지진안전협의회 구축. (2021). NEHRP는 신축 건물 및 기타 구조물에 대한 지진 대비를 권장합니다. 연방재난관리청.