건물, 교량 또는 산업 구조물의 지진 격리 작업을 해 본 적이 있다면 올바른 베어링을 선택하는 것이 성능, 내구성 및 숨겨진 기술 세부 사항의 균형을 맞추는 것임을 알고 계실 것입니다. 종종 간과되는 세부 사항 중 하나는 LNRB(선형 천연 고무 베어링)의 열전도 계수입니다. 이 값은 헤드라인을 장식하지는 않지만 극심한 온도 변화에서도 이러한 구성 요소가 매년 안정적으로 작동하도록 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 선형 천연 고무 베어링을 전문으로 하는 공급업체로서 저는 이 특정 특성에 대해 셀 수 없이 많은 질문을 해왔습니다. 오늘은 이것이 무엇을 의미하는지, 왜 중요한지, 당사 제품의 측정 방법을 자세히 분석하고 싶습니다.
먼저, 선형 천연고무 베어링이 실제로 무엇인지부터 살펴보겠습니다. 다음과 같은 오래되고 친숙한 지진 격리 솔루션과 달리납심 고무 베어링(LRB)에너지 소산을 위해 중앙 리드 코어를 사용하거나마찰 진자 시스템슬라이딩 표면에 의존하는 베어링인 선형 천연 고무 베어링은 천연 고무와 강철 보강재의 교대 층으로 만들어지며, 서로 결합되어 지진 중에 수평 이동을 제어할 수 있는 유연한 하중 지지 요소를 만듭니다. 이 제품은 비용 효율성, 장기적 안정성, 다양한 구조 크기에 걸친 다양성으로 인해 인기가 높습니다. 설계자가 리드 또는 마찰 부품의 복잡성을 추가하지 않고 더 간단하고 유지 관리가 용이한 절연 솔루션을 원하는 프로젝트의 경우 선형 천연 고무 베어링을 선택하는 경우가 많습니다. 공식 사이트에서 해당 디자인과 사용 사례에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.선형 천연 고무 베어링제품 페이지이지만 오늘은 열전도율 수치에 초점을 맞추고 있습니다.
열전도도(보통 미터켈빈당 와트 또는 W/m·K로 측정)는 재료의 열 전도 능력을 나타냅니다. 고무 베어링의 경우 이 속성은 두 가지 주요 영역, 즉 베어링이 사용 중 온도 변동에 반응하는 방식과 지진 발생 중에 생성된 열을 처리하는 방식에 직접적인 영향을 미칩니다. 지진이 아닌 일상적인 상황부터 시작해 보겠습니다. 건물과 교량은 위치에 따라 추운 기후의 -40°C부터 직사광선의 50°C 이상까지 다양한 환경에서 작동합니다. 재료는 온도 변화에 따라 팽창하고 수축하며 고무도 예외는 아닙니다. 베어링의 열 전도성이 높으면 단면 전체에 열을 고르게 전달하여 고무층과 강철 보강재(열 팽창 계수가 매우 다름) 사이의 차등 팽창을 최소화합니다. 고무와 강철 사이의 차별적인 움직임은 시간이 지남에 따라 층 사이의 결합을 약화시킬 수 있는 내부 응력을 생성하여 조기 파손 또는 절연 성능 감소로 이어질 수 있습니다.
반대로 열전도율이 너무 낮은 것도 이상적이지 않습니다. 따뜻한 날씨가 장기간 지속되는 동안 베어링이 열을 가두게 되면 코어 고무가 바깥층보다 더 부드러워져 베어링의 강성과 움직임 특성이 바뀔 수 있습니다. 이는 선형 천연 고무 베어링이 다음과 같은 다른 탄성 베어링에 비해 뚜렷한 이점을 갖는 부분입니다.고감쇠 고무 베어링(HDRB) 제품은 열 전도성을 낮추지만 정상 상태에서 고르지 못한 가열을 초래할 수 있는 첨가제로 종종 제조됩니다. 당사의 선형 천연 고무 베어링은 완벽한 균형을 이루도록 설계되었습니다. 천연 고무 고유의 열 특성과 신중한 혼합이 결합되어 장기적인 안정성에 최적화된 열전도 계수가 생성됩니다.
이제 일반적인 선형 천연 고무 베어링의 실제 열전도 계수는 얼마입니까? 모든 경우에 적용되는 단일한 숫자를 제공할 수 있으면 좋겠지만 그렇게 간단하지는 않습니다. 그 가치는 사용된 특정 고무 화합물, 강도와 내구성을 향상시키기 위해 첨가된 충전제(예: 카본 블랙 또는 실리카)의 양, 강철 층 수, 경화 공정 등 여러 요소에 따라 달라집니다. 대부분의 중저층 건물에 사용되는 표준 기성품 선형 천연 고무 베어링의 경우 계수는 일반적으로 0.25W/m·K에서 0.35W/m·K 사이입니다. 이는 실제로 금속에 비해 열전도율이 낮지만(참고로 강철은 약 50W/m·K) 많은 특수 폴리머보다 높습니다. 이 범위는 고무 강성을 손상시킬 수 있는 급속한 열 축적 위험 없이 베어링이 일상적인 구조적 움직임이나 온도 변화로 인해 생성된 소량의 열을 방출할 수 있기 때문에 이상적입니다.
그러나 여기에서 더욱 중요해집니다. 선형 천연 고무 베어링의 열전도율은 지진이 발생하는 동안 매우 중요해집니다. 지진이 발생하면 베어링은 반복적으로 큰 수평 변위를 겪습니다. 이러한 움직임은 고무 폴리머 체인 사이에 내부 마찰을 발생시켜 베어링 내에서 열을 발생시킵니다. 베어링의 열전도율이 너무 낮으면 이 열이 빠르게 빠져나가지 못해 일시적인 온도 상승으로 이어집니다. 천연 고무는 탄력이 있지만 극도의 국지적 열로 인해 전단 계수(강성)가 일시적으로 감소할 수 있으며, 이는 베어링이 가장 중요한 순간에 설계된 대로 작동하지 않을 수 있음을 의미합니다. 이것이 바로 우리가 내부 열 및 지진 연구실에서 각 선형 천연 고무 베어링을 테스트하여 일상적인 열 부하와 극심한 열 부하를 모두 처리할 수 있도록 전도성이 보정되었는지 확인하는 이유입니다. 우리는 우리 제품이 0.28 ~ 0.32 W/m·K 범위의 열전도율 계수를 일관되게 유지한다는 사실을 발견했습니다. 이는 일관된 강성을 유지하면서 지진 발생 열을 효과적으로 발산하는 독립적인 테스트를 통해 입증되었습니다.
나는 종종 이것을 단열재를 위한 건축 자재를 선택하는 것과 비교합니다. 너무 많거나 너무 적으면 안 되며 최적의 지점은 그것이 들어가는 환경에 따라 결정됩니다. 뜨겁고 햇볕이 잘 드는 지역의 구조물의 경우 고무 화합물을 약간 조정하여 열 전도성을 해당 범위의 더 높은 끝으로 유지하고 길고 따뜻한 낮과 지진 발생 시 열 방출을 도울 수 있습니다. 추운 기후에 있는 구조의 경우 베어링이 너무 빨리 너무 많은 열을 잃지 않도록 공식을 약간 조정할 수 있습니다. 이로 인해 고무가 설계 한계를 넘어 딱딱해질 수 있습니다. 이러한 맞춤화는 당사의 선형 천연 고무 베어링이 전 세계 프로젝트에 적합한 이유 중 하나입니다. 당사는 모든 애플리케이션에 대해 일반적인 공식을 사용하지 않습니다.
상황을 관점에서 볼 때 이것이 다른 면진 베어링과 어떻게 비교되는지 주목할 가치가 있습니다. 예를 들어, 납 코어 고무 베어링은 납 코어가 방열판이기 때문에 열 전도성이 낮지만(약 0.2W/m·K), 이로 인해 납이 무게를 추가하고 주기적인 검사가 필요하며 일부 지역에서는 환경 준수에 문제가 될 수 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이 마찰 진자 시스템은 고무가 아닌 슬라이딩 표면에 의존하므로 열 특성은 일상적인 성능에 영향을 덜 주지만 지진 중 마찰로 인해 발생하는 열은 여전히 고려 대상입니다. 우리가 제공하는 또 다른 제품 라인인 반전 방지 탄성중합체 지진 격리 베어링은 종종 선형 베어링과 유사한 고무 화합물을 사용하므로 열전도도는 동일한 범위에 속하지만 더 높은 수직 하중과 기울어짐에 대한 추가적인 안정성을 위해 설계되었습니다.
수년에 걸쳐 저는 고무 베어링의 열 테스트에 대한 프로젝트가 생략되는 것을 보아 왔으며 거의 항상 문제가 발생했습니다. 한 고객이 애리조나의 교량에 더 저렴한 일반 선형 천연 고무 베어링 제품을 설치한 지 1년 후에 우리를 찾아왔습니다. 그들은 베어링의 고무층, 특히 강판 근처에 균열이 발생하고 있다고 보고했습니다. 해당 베어링의 열전도율을 테스트한 결과, 당사 제품보다 훨씬 낮은 0.18W/m·K로 나타났습니다. 극심한 사막 열이 베어링 내부에 갇히게 되어 고무와 강철 사이에 차등 팽창이 발생하여 시간이 지남에 따라 박리와 균열이 발생했습니다. 우리는 적절하게 보정된 선형 천연 고무 베어링을 사용하여 교량을 개조할 수 있었고 그 이후 5년 동안 문제가 다시 표면화되지 않았습니다. 이는 열 전도성과 같은 기술적 세부 사항을 이해함으로써 얻을 수 있는 실제 세계의 영향입니다.
그렇다면 선형 천연 고무 베어링을 선택하는 엔지니어와 프로젝트 관리자에게 이는 무엇을 의미합니까? 이는 부하 용량이나 비용만 볼 것이 아니라 열전도율 계수에 대해 물어보고 특정 기후 및 응용 분야에 대해 테스트되었는지 확인해야 함을 의미합니다. 적절하게 최적화된 열 전도성을 갖춘 베어링은 지진 발생 시 더 나은 성능을 발휘할 뿐만 아니라 사용 수명도 길어져 구조물 수명 기간 동안 유지 관리 및 교체 비용이 절감됩니다.
우리 회사에서는 제품 개발에서 이 부분을 진지하게 받아들입니다. 당사가 제조하는 모든 선형 천연 고무 베어링은 -50°C에서 70°C까지 모든 온도를 재현하는 시설에서 주요 지진 현상을 시뮬레이션하는 변위 주기로 엄격한 열 테스트를 거칩니다. 우리는 고객과 긴밀히 협력하여 필요에 따라 화합물 공식을 조정하고 고객의 베어링이 모든 지역 건축 법규 및 성능 표준을 충족하도록 보장합니다. 3층짜리 상업용 건물, 고속도로 육교 또는 중요한 의료 시설에서 작업하는 경우 당사의 선형 천연 고무 베어링은 장기적인 성공에 필요한 열 특성과 함께 안정적이고 일관된 성능을 제공하도록 설계되었습니다.
면진 프로젝트 계획 단계에 있고 선형 천연 고무 베어링의 열전도 계수에 대해 질문이 있거나 당사 제품 제공에 대해 자세히 알고 싶다면 당사가 도와드리겠습니다. 당사는 독립적인 테스트 데이터, 맞춤형 구성 옵션 및 특정 프로젝트 요구 사항에 적합한 베어링 선택에 대한 지침을 제공할 수 있습니다. 열 전도성과 같은 중요한 기술 세부 사항을 우연에 맡기지 마십시오. 지금 당사 팀에 연락하여 귀하의 요구 사항에 대해 논의하고 귀하의 구조에 가장 적합한 선택을 하는 데 필요한 지원을 받으십시오.
참고자료
- 켈리, JM (2015). 고무를 사용한 내진 설계(2판). 뛰는 것.
- ISO 22762-3:2018. 탄성 지진 격리 장치 - 3부: 탄성 베어링의 선형 및 각도 특성. 국제표준화기구.
- Sun, L., 등. (2020). 면진 베어링용 천연 고무 복합재의 열전도율. 토목공학 재료 저널, 32(7), 04020156.
- AASHTO LRFD 지진 격리 설계 사양(7판). 미국 주 고속도로 및 교통 공무원 협회.