KR100771837B1 - 강관말뚝 머리 보강장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현장 용접 작업을 배제하고 강관말뚝과 볼트 결합을 위한 너트를 생략함으로써 부품수를 줄여 경제성을 향상시킴과 아울러 강관말뚝과 속채움 콘크리트 사이의 부착강도 및 모멘트 저항능력을 향상시킨 강관말뚝 머리 보강장치에 관한 것으로, 하단에는 강관말뚝과 볼트 결합을 위한 복수의 볼트 구멍과 받침판 고정용 철근 취부홀이 형성된 미끄럼 방지턱이 강관말뚝의 내측 방향으로 돌출 형성되고, 상단에는 복수의 보강철근 취부홀이 강관말뚝의 외경 외측에 형성된 걸림턱이 강관말뚝의 외측 방향으로 돌출 형성된 고정부재와; 상기 고정부재의 미끄럼 방지턱에 형성된 받침판 고정용 철근 취부홀에 걸쳐지는 훅크부가 일단에 형성되고 타단에는 절곡부가 형성된 받침판 고정용 철근과; 상기 받침판 고정용 철근의 절곡부에 걸쳐져 강관말뚝의 내부 소정 위치에 고정되는 받침판과; 상기 고정부재의 보강철근 취부홀에 결합되는 복수의 보강철근을 포함하는 것을 특징으로 한다.

강관말뚝, 강관파일, 머리, 두부, 보강, 미끄럼 방지턱, 걸림턱

Description

강관말뚝 머리 보강장치{Reinforcing apparatus for head of steel pipe pile}

도 1은 본 발명에 따른 강관말뚝 머리 보강장치의 분해사시도.

도 2는 본 발명에 따른 강관말뚝 머리 보강장치를 강관말뚝에 결합한 상태의 단면도.

도 3은 종래 강관말뚝 머리 보강장치를 강관말뚝에 결합한 상태의 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 고정부재 12 : 미끄럼 방지턱

12a : 볼트 구멍 12b : 받침판 고정용 철근 취부홀

14 : 걸림턱 14a : 보강철근 취부홀

14b : 강관말뚝 삽입홈 20 : 받침판 고정용 철근

22 : 훅크부 24 : 절곡부

30 : 받침판 40 : 보강철근

50 : 볼트

본 발명은 강관말뚝 머리 보강장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 현장 용접 작업을 배제하고 강관말뚝과 볼트 결합을 위한 너트를 생략함으로써 부품수를 줄여 경제성을 향상시킴과 아울러 강관말뚝과 속채움 콘크리트 사이의 부착강도 및 모멘트 저항능력을 향상시킨 강관말뚝 머리 보강장치에 관한 것이다.

말뚝기초는 연약지반에 의해 침하할 우려가 있거나 횡변위를 억제하고자 할 때 사용되는 기초로서 상부구조물의 하중을 지지내력을 확보한 지반까지 전달하는 역할을 한다. 이때 구조물의 작용하중이 확대기초를 통해 말뚝에 원활히 전달되도록 확대기초와 강관말뚝 간의 결합부 검토 및 구조상세가 필요하다.

강관말뚝(머리)과 확대기초의 결합방식으로는 일반적으로 강결합과 힌지결합이 있고 어느 방식을 채용하는가 하는 것은 구조물의 형식과 기능, 확대기초의 형태와 치수, 말뚝의 종류, 지반조건, 시공 난이도 등을 고려하여 결정하게 된다. 다만, 토목구조물과 같은 교량기초의 경우에는 말뚝머리 부분에 작용하는 압축력, 인발력, 수평력 및 모멘트 등 모든 외력에 대해 저항할 수 있도록 강결합으로 설계하는 것을 원칙으로 한다.

강관말뚝과 확대기초의 강결합 방법 즉, 강관말뚝 머리부 보강방법은 "방법 A"와 "방법 B"가 있다. 방법 A는 말뚝머리부를 확대기초 속에 말뚝지름 정도를 매입함에 따라 말뚝머리 강결조건을 만족시키는 방법이다. 방법 B는 말뚝머리부를 확대기초 속에 최소화하여 10cm 정도 매입하고, 말뚝머리 휨모멘트를 주로 보강철근이 저항하도록 하는 방법이다. 특히 방법 B에서 철근으로 말뚝머리를 보강할 경우에는 가상 철근콘크리트 단면으로 가정(말뚝 직경에 20cm를 더한 크기의 단면)하고 콘크리트 및 철근의 응력을 검토한다.

도 3은 방법 B에 의한 종래 강관말뚝 머리부 보강방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도시된 바와 같이 방법 B에 의한 강관말뚝 머리부 보강방법은, 확대기초 저면에서 20cm를 남겨두고 강관말뚝(1) 머리를 절단한 후, 절단된 말뚝머리에서 약 800mm 아래에 합판 받침용 걸림턱(2)을 용접한 다음, 합판 받침용 걸림턱(2)에 합판(3)을 설치하고, 미끄럼 방지턱(4)을 강관말뚝(1) 내부 전둘레에 용접한 후, 보강철근(5)을 강관말뚝(1) 내부에 삽입한 다음, 확대기초 철근(6)을 조립한 후 콘크리트(7)를 타설하는 순서로 시공된다.

그러나, 상기한 방법은, 현장에서 합판 받침용 걸림턱(2)과 미끄럼 방지턱(4)을 강관말뚝 내부로 용접사가 몸을 구부려 집어넣고 용접해야 하므로 용접 작업성 및 품질이 나쁠 뿐만 아니라 현장에서 현장 손 용접하는 관계로 용접품질의 균일성을 확보하기 어렵다. 특히 지하수 유출지역에서의 작업은 그 품질을 확보하기가 매우 곤란하다. 일본의 연구 문헌에는 강관 내부에 미끄럼 방지턱을 용접사가 품질을 확보할 수 있는 가능 깊이가 200mm(강관 직경 600mm)와 300mm(강관 직경 800mm)로 실측 평가되었다. 따라서 강관 내부에 미끄럼 방지턱을 용접사에 손 용접하는 방법은 용접품질 및 구조 안전성 확보에 불확실성이 높다는 것을 확인할 수 있는 예이다.

또한, 보강철근(수직철근)을 활용하여 강관말뚝과 확대기초를 연속화시키는 방법을 취하고 있는데 이러한 보강철근이 강관말뚝의 내부에 배치됨에 따라 Rs/Rc 값이 대략 0.55 ~ 0.65 범위를 갖는다. 이는 가상 철근콘크리트 단면에 비해 보강철근 위치가 너무 내부 측에 배근(인장측 철근)되 있어 중심으로부터 모멘트 팔 거리가 짧아져 작용하는 휨모멘트에 효과적으로 저항능력을 발휘할 수 없게 되므로 많은 량의 보강철근(수직철근)이 배치되어야 하기 때문에 구조적 저항 메카니즘이나 경제성 측면에서 비효율적이다. 또한 말뚝머리에 작용하는 모멘트의 클 경우 많은 보강철근을 배치해야 하며 그에 따라 확대기초의 하부 주철근 배근이 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 현장 용접 작업을 배제함과 아울러 강관말뚝과 볼트 결합을 위한 너트를 생략함으로써 부품수를 줄여 경제성을 향상시키고, 강관말뚝의 외부에 배치한 보강철근의 반경과 가상철근콘크리트 단면의 반경과의 비를 증가시켜 효과적인 휨모멘트 저항능력을 갖도록 할 수 있어 적은 보강철근의 배근량으로 말뚝머리에 작용하는 모멘트에 대한 저항성능을 향상시키고 그에 따라 확대기초 철근 배근 작업성을 향상시킨 강관말뚝 머리 보강장치에 관한 것이다.

상술한 본 발명의 목적은 하단에는 강관말뚝과 볼트 결합을 위한 복수의 볼트 구멍과 받침판 고정용 철근 취부홀이 형성된 미끄럼 방지턱이 강관말뚝의 내측 방향으로 돌출 형성되고, 상단에는 복수의 보강철근 취부홀이 강관말뚝의 외경 외측에 형성된 걸림턱이 강관말뚝의 외측 방향으로 돌출 형성된 고정부재와, 상기 고 정부재의 미끄럼 방지턱에 형성된 받침판 고정용 철근 취부홀에 걸쳐지는 훅크부가 일단에 형성되고 타단에는 절곡부가 형성된 받침판 고정용 철근과, 상기 받침판 고정용 철근의 절곡부에 걸쳐져 강관말뚝의 내부 소정 위치에 고정되는 받침판과, 상기 고정부재의 보강철근 취부홀에 결합되는 복수의 보강철근을 포함하는 것을 특징으로 하는 강관말뚝 머리 보강장치에 의해 달성된다.

이때, 상기 걸림턱의 하면에는 강관말뚝과 접하는 부분에 맞물림 성능을 갖도록 강관말뚝 삽입홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미끄럼 방지턱은 받침판 고정용 철근 취부홀을 중심으로 외측으로 갈수록 두께가 커지는 땅콩껍질형상인 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 강관말뚝 머리 보강장치의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 강관말뚝 머리 보강장치를 강관말뚝에 결합한 상태의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 강관말뚝 머리 보강장치는, 크게 고정부재(10)와, 받침판 고정용 철근(20)과, 받침판(30) 그리고 보강철근(40)으로 구성된다.

상기 고정부재(10)는 강관말뚝 머리에 고정되며 받침판(30)과 보강철근(40)이 결합되는 부재로서, 하단에는 강관말뚝과 볼트 결합을 위한 복수의 볼트 구멍(12a)과 받침판 고정용 철근 취부홀(12b)이 형성된 미끄럼 방지턱(12)이 강관말뚝의 내측 방향으로 돌출 형성되어 있고, 상단에는 복수의 보강철근 취부홀(14a)이 강관말뚝의 외부에 형성된 걸림턱(14)이 강관말뚝의 외측 방향으로 돌출 형성되어 있다.

여기서 미끄럼 방지턱(12)에 형성된 볼트 구멍(12a)은 강관말뚝과 결합을 위한 볼트가 삽입되며 별도의 너트를 필요로 하지 않고 그 자체가 너트로서 기능하도록 충분한 두께를 가지며 강관말뚝 내부에 채워지는 속채움 콘크리트와 강관말뚝의 부착 및 마찰 강도를 높이는 합성용 연결키 요소로서 작용하게 된다.

특히 강관말뚝과 내부 속채움 콘크리트는 이종재료로서 재료 간의 경계면에 화학적 부착력보다는 기계적 하중전달장치로서 전단연결재인 미끄럼 방지턱(12)으로 합성작용 및 일체적 거동을 구현할 수 있다.

본 실시예에서는 미끄럼 방지턱(12)이 받침판 고정용 철근 취부홀(12b)을 중심으로 외측으로 갈수록 두께가 커지는 땅콩껍질형상으로 하여 속채움 콘크리트와의 접촉면적을 증가시켜 부착강도가 증가하도록 하였으나 본 발명에 있어 미끄럼 방지턱의 형상은 이에 한정되지 않는다.

또한 걸림턱(14)은 강관말뚝 머리 상단에 걸쳐져 압입력이 강관말뚝으로 전달될 수 있도록 하며, 보강철근(40)이 강관말뚝의 외부에 위치하도록 보강철근 취부홀(14a)이 형성되어 있다.

따라서 보다 적은 보강철근으로 소요 모멘트 저항능력을 얻을 수 있어 확대기초 철근 배근 작업성을 향상시킬 수 있다. 즉, 말뚝머리 결합부에 있어서 휨모멘트에 대한 저항방법은, 보강철근을 포함한 원형 가상 철근콘크리트 기둥 단면의 휨저항에 의해 지지되는데, 본 발명과 같이 보강철근(40)이 강관말뚝의 외부에 위치 하도록 하면 가상 철근콘크리트 기둥의 팔 거리를 증대시켜 동일한 철근량으로 휨저항 능력을 향상시킬 수 있게 된다.

다시 말해서, 강관말뚝의 외부에 배치한 보강철근의 반경(Rs)과 가상철근콘크리트 단면의 반경(Rc)과의 비(Rs/Rc = 0.85 ~ 0.8)를 증가시켜 효과적인 휨모멘트 저항능력을 갖도록 할 수 있어 적은 보강철근의 배근량으로 말뚝머리에 작용하는 모멘트에 대한 저항성능을 향상시킬 수 있다.

한편 상기 걸림턱(14)의 하면에는 강관말뚝과 접하는 부분에 맞물림 성능을 갖도록 강관말뚝 삽입홈(14b)을 두어 고정부재(10)가 전도모멘트(overturning moment)과 같은 하중에 대해 보다 안정성을 갖도록 구현하는 것이 바람직하다.

상기 고정부재(10)의 미끄럼 방지턱(12)에 형성된 받침판 고정용 철근 취부홀(12b)에는 받침판 고정용 철근(20)의 일단에 형성된 후크부(22)가 걸쳐진다. 상기 받침판 고정용 철근(20)의 타단에는 절곡부(24)가 형성되어 있어 후술하는 바와 같이 받침판(30)이 걸쳐진다.

상기 받침판(30)은 강관말뚝의 내경과 거의 같은 크기를 갖는 원판으로 상기 받침판 고정용 철근(20)의 절곡부(24)가 삽입되는 구멍(32)이 형성되어 있어 상기 받침판 고정용 철근(20)의 절곡부(24)가 삽입되며 절곡부(24)에 걸쳐져 강관말뚝의 내부 소정 위치에 고정되며, 강관말뚝 내부에 채워지는 속채움 콘크리트가 낙하하지 않도록 한다.

상기 보강철근(40)은 상기 고정부재(10)의 보강철근 취부홀(14a)에 나사 결합되어 확대기초 콘크리트와 함께 말뚝머리에 작용하는 모멘트에 저항하는 가상 콘 크리트 블럭을 형성하게 된다. 그리고 상술한 바와 같이 보강철근(40)이 강관말뚝의 외부에 위치함에 따라 적은 철근 량으로도 보다 큰 모멘트 저항력을 갖게 된다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 강관말뚝 머리 보강장치를 이용하여 강관말뚝 머리를 보강하는 방법을 설명한다.

먼저, 강관말뚝(10)의 머리를 정리한 다음, 본 발명에 따른 강관말뚝 머리 보강장치를 조립하여, 강관말뚝(10)의 머리에 볼트(50)로 결합시킨다. 이때, 고정부재(10)의 걸림턱(14)의 하면에는 강관말뚝(10)과 접하는 부분에 맞물림 성능을 갖도록 강관말뚝 삽입홈(14b)이 형성되어 있으므로 고정부재(10)가 전도모멘트(overturning moment)과 같은 하중에 대해 보다 안정성을 갖게 된다.

다음으로, 확대기초 철근(6)을 배근한 후, 확대기초 콘크리트(7)를 타설하게 된다. 이때, 강관말뚝의 내부로 콘크리트가 속채움되게 된다.

따라서 본 발명에 따른 강관말뚝 머리 보강장치를 이용할 경우, 부품수가 줄어 경제적일 뿐만 아니라 보강철근이 강관말뚝의 외부에 위치함에 따라 적은 철근으로도 보다 큰 모멘트 저항력을 갖게 되며 기계적 하중전달장치인 미끄럼방지턱에 의해 강관말뚝과 속채움 콘크리트 사이의 합성작용으로 일체성을 확보하여 결합부의 구조적 성능을 향상되게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 현장 용접 작업을 배제함과 아울러 강관말뚝과 볼트 결합을 위한 너트를 생략함으로써 부품수를 줄여 경제성을 향상시키는 효과가 있다.

또한 보강철근을 강관말뚝의 외부에 배치함으로써 적은 배근량으로 말뚝머리에 작용하는 모멘트에 대한 저항성능을 향상시키고 그에 따라 확대기초 철근 배근 작업성을 향상시키는 효과가 있다.

또한 이종재료인 강관말뚝과 내부 속채움 콘크리트 사이의 재료 간의 경계면에 화학적 부착력보다는 기계적 하중전달장치로서 전단연결재인 미끄럼방지턱(12)으로 합성작용 및 일체적 거동을 구현 효과가 있다.

Claims (3)

1. 하단에는 강관말뚝과 볼트 결합을 위한 복수의 볼트 구멍(12a)과 받침판 고정용 철근 취부홀(12b)이 형성된 미끄럼 방지턱(12)이 강관말뚝의 내측 방향으로 돌출 형성되고, 상단에는 복수의 보강철근 취부홀(14a)이 강관말뚝의 외경 외측에 형성된 걸림턱(14)이 강관말뚝의 외측 방향으로 돌출 형성된 고정부재(10)와;

   상기 고정부재(10)의 미끄럼 방지턱(12)에 형성된 받침판 고정용 철근 취부홀(12b)에 걸쳐지는 훅크부(22)가 일단에 형성되고 타단에는 절곡부(24)가 형성된 받침판 고정용 철근(20)과;

   상기 받침판 고정용 철근(20)의 절곡부(24)에 걸쳐져 강관말뚝의 내부 소정 위치에 고정되는 받침판(30)과;

   상기 고정부재(10)의 보강철근 취부홀(14a)에 결합되는 복수의 보강철근(40);을 포함하는 것을 특징으로 하는 강관말뚝 머리부 보강장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 걸림턱(14)의 하면에는 강관말뚝과 접하는 부분에 맞물림 성능을 갖도록 강관말뚝 삽입홈(14b)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 강관말뚝 머리부 보강장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 미끄럼 방지턱(12)은 받침판 고정용 철근 취부홀(12b)을 중심으로 외측으로 갈수록 두께가 커지는 땅콩껍질형상인 것을 특징으로 하는 강관말뚝 머리부 보강장치.

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