KR100877929B1 - 강관파일 두부보강 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강관파일 두부보강 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상,하부가 개방되고 하부측 둘레에 다수개의 결합홀을 형성한 강관파일과; 상기 강관파일에 삽입되며 가장자리에 다수개의 홀을 형성한 보강원판과; 일측은 상기 보강원판에 형성된 홀에 삽입하여 너트로 결합되고, 타측은 상기 강관파일의 상부 둘레에 걸림되어 강관파일의 내부 하측에 보강원판을 고정하는 고정부재와; 상기 강관파일의 결합홀에 결합되는 볼트를 장방향의 일측에 미리 용접하여 이루어진 다수개의 보강부재와; 상기 볼트가 강관파일의 결합홀에 결합하기 전 볼트에 삽입되는 원통형 링과; 제형(梯形, 사다리꼴)의 형상이며 짧은 변의 근방에는 삽입홀을 형성하고, 하부 및 삽입홀의 근방에는 너트를 용접하여 이루어진 다수개의 플레이트를 포함하여 구성하되,

상기 보강부재의 볼트는 강관파일의 내측에서 외측으로 삽입되도록 결합홀에 삽입하고, 이에 앞서 일정길이를 갖는 원통형 링을 볼트에 삽입하며, 보강부재의 끝단은 상기 보강원판에 면접되도록 구비함으로써 보강부재가 강관파일의 내주연으로부터 일정간격 이격되도록 하고, 플레이트는 상기 보강부재의 상부로부터 삽입하여 강관파일의 둘레의 상단에 걸쳐지게 하되, 짧은 변이 강관파일의 내주연측으로 내향되게하고 너트에 볼트를 결합하여 볼트의 끝단이 보강부재의 일측에 닿게 함으로써 고정하는 것을 특징으로 하는 강관파일 두부보강 구조에 관한 것이다.

이렇게 함으로서 고장력볼트가 부착된 보강부재를 먼저 시공하고, 일자형 보 강철근을 기초하부철근 배근 후에 시공됨으로서 기초하부철근 배근을 용이하게 하는 장점이 있다.

건축, 구조물, 측량, 건설, 교량

Description

강관파일 두부보강 구조{Head Reinforcement Structure of Steel Pipe Pile}

본 발명은 강관파일 두부보강 구조에 관한 것으로, 고장력볼트가 부착된 보강부재를 먼저 시공하고, 일자형 보강철근을 기초하부철근 배근 후에 시공되게 함으로써 기초하부철근 배근을 용이하게 하는 장점을 갖는 강관파일 두부보강 구조에 관한 것이다.

본 기술은 토목, 건축구조물의 하중을 비교적 깊고, 배토량이 작고, 견고한 지반에 확실히 전달하기 위해서 많이 사용되는 강관말뚝의 두부보강에 관한 것으로 현재 십자보강판볼트식(덮개판+볼트식) 머리보강공법, 합성식(볼트+속채움콘크리트) 두부보강공법, U자형보강철근이용 공법(U자형보강철근+속채움콘크리트)등의 신기술이 있으며 이들이 주로 많이 사용되고 있다. 그러나 이들 공법은 공통적으로 보강철근이 기초하부철근 보다 먼저 시공되어지는 관계로 기초하부철근 배근 시 방해가 된다. 또한 규격배근의 품질관리가 어렵고, 볼팅 체결을 100% 전부 검측 할 수 없는 상황이며, 한다고 해도 많은 시간이 소요될 수 밖에 없다. 확실한 검측이 이루어 질 수 없는 실정이다. 일부 공법은 볼팅 체결을 위한 캡의 두께가 두꺼울 수밖에 없어 무겁고, 자재비가 고가이다.

이들 공법은 일반적으로 508mm 강관말뚝두부보강 1본에 보강철근이 19mm 8가닥 들어가는데 최소 4-5가닥이 기초하부철근 배근에 방해를 준다. 강관말뚝이 여러 본 일 경우 그 방해는 더욱 심하다. 그러나 신기술이 아닌 말뚝두부보강 특허 중에 간섭제로인 공법들이 있지만 역학적인 측면과 자재, 시공, 품질관리 측면에서 꾸준히 연구되어져야할 과제이기도 하다.

본 발명은 현행 도로교시방서에 준하여 속채움방식으로 하되 기초하부철근 배근 시 방해를 최소화하여 후속공정에 유리하고, 품질관리에 유리하며, 시공성이 있고, 경제성이 있으며, 구조 역학적으로 안정성이 있는 강관파일 두부보강 구조를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 상,하부가 개방되고 하부측 둘레에 다수개의 결합홀을 형성한 강관파일과; 상기 강관파일에 삽입되며 가장자리에 다수개의 홀을 형성한 보강원판과; 일측은 상기 보강원판에 형성된 홀에 삽입하여 너트로 결합되고, 타측은 상기 강관파일의 상부 둘레에 걸림되어 강관파일의 내부 하측에 보강원판을 고정하는 고정부재와; 상기 강관파일의 결합홀에 결합되는 볼트를 장방향의 일측에 미리 용접하여 이루어진 다수개의 보강부재와; 상기 볼트가 강관파일의 결합홀에 결합하기 전 볼트에 삽입되는 원통형 링과; 제형(梯形, 사다리꼴)의 형상이며 짧은 변의 근방에는 삽입홀을 형성하고, 하부 및 삽입홀의 근방에는 너트를 용접하여 이루어진 다수개의 플레이트를 포함하여 구성하되,

상기 보강부재의 볼트는 강관파일의 내측에서 외측으로 삽입되도록 결합홀에 삽입하고, 이에 앞서 일정길이를 갖는 원통형 링을 볼트에 삽입하며, 보강부재의 끝단은 상기 보강원판에 면접되도록 구비함으로써 보강부재가 강관파일의 내주연으 로부터 일정간격 이격되도록 하고, 플레이트는 상기 보강부재의 상부로부터 삽입하여 강관파일의 둘레의 상단에 걸쳐지게 하되, 짧은 변이 강관파일의 내주연측으로 내향되게하고 너트에 볼트를 결합하여 볼트의 끝단이 보강부재의 일측에 닿게 함으로써 고정하는 것을 특징으로 하는 강관파일 두부보강 구조에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 강관파일 두부보강 구조에 의하면, 볼트가 용접된 보강부재 및 볼트에 삽입되는 원통형 링의 사용으로 보강부재가 인장력을 받을 때 저항하는 힘이 상승함과 동시에 콘크리트에 작용하는 하중을 분산하고, 보강부재와 콘크리트의 부착력을 향상하는 효과를 갖는다.

또한, 타 구조에 비해 자재비가 절감되며, 부피를 최소화하였기에 운반 수송에 편리하여 원가절감 및 구조적인 현장용접이 없어 품질이 좋고, 시공과 검측에 소요되는 시간을 감소함으로 공기가 단축되는 효과가 있다.

또한, 볼트가 부착된 보강부재를 먼저 시공하고, 일자형 보강철근을 기초하부철근 배근 후에 시공됨으로 기초하부철근 배근이 용이한 장점이 있다.

강관파일 두부보강의 주된 기능은 확대기초와 강관파일을 결합하여 상부 구조물의 하중을 안전하게 강관파일로 전달하여 결국 다수개의 강관파일로 상부 구조물의 하중을 지반에 분산시키는 것이다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 강관파일(100), 고정부재(20), 보강부재(10), 보강철근(40), 플레이트(30), 원통형 링(14)를 포함하여 구성된다.

강관파일(100)은 상부 구조물(미도시)의 하중을 안전하게 지반에 전달하는 것으로, 하부측 둘레에 다수개의 결합홀(100a)이 형성된다. 여기서 결합홀(100a)은 현장에서 천공수단(예컨대, 드릴 등)으로 천공되어 형성된다.

보강원판(50)은 둘레에 다수개의 홀(50a)이 형성된 것으로, 강관파일(100)에 삽입되며 상기 고정부재(20)에 의해 강관파일(100)의 내부 하측에 고정되는데, 이는 속채움 콘크리트 타설시 거푸집(밑판) 역할을 한다.

고정부재(20)는 상기 보강원판(50)을 강관파일(100)의 내부 하측에 고정하기 위하여 구비되는 것으로, 일측은 상기 보강원판(50)에 형성된 홀(50a)에 삽입되어 너트(51)로 결합되고, 타측은 상기 강관파일(100)의 상부 둘레에 걸림된다.

이를 위해 고정부재(20)의 일측은 나사산이 형성되고, 타측은 갈고리 형상으로 형성되며, 상부 구조물의 하중으로부터 저항하기에 충분한 재질(예컨대, 강재)로 구성될 수 있다.

보강부재(10)는 콘크리트와 함께 상부구조물에서 전달되는 휨모멘트에 저항하기 위하여 구비되는 것으로, 길이방향의 일측에 고장력 볼트(11)를 용접하여 상기 강관파일(100)의 내측 둘레에 다수개 구비하되, 끝단이 상기 보강원판(50)에 면접되게 하고, 용접된 고장력 볼트(11)는 강관파일(100)의 결합홀(100a)에 삽입하도록 한다. 이와 같은 보강부재(10)는 현장에서의 공정수를 단축하기 위하여 고장력 볼트(11)의 용접은 공장에서 미리 이루어지게 한다.

그리고 보강부재(10)는 강관파일(100)의 결합홀(100a)에 결합하되 강관파일(100)의 내주연으로부터 보강부재(10)가 일정간격 이격되도록 보강부재(10)의 고장력 볼트(11)에 원통형 링(14)을 미리 삽입한 후 고장력 볼트(11)를 결합홀(100a)에 삽입하여 돌출된 고장력 볼트(11)의 일측에 너트(13)를 결합하여 보강부재(10)를 고정한다.

여기서 고장력 볼트(11)는 속채움 콘크리트에 전달된 상부하중에 대하여 저항하고 이를 최종적으로 강관파일(100)에 전달하는 역할을 하는 한편, 속채움 콘크리트의 부착력을 향상시킨다. 따라서, 고장력 볼트(11)는 허용 지압력과 허용 전단력을 고려하여 선택한다.

한편, 본 발명은 상기 강관파일(100)의 내주연 둘레에 보강부재(10) 외에도 보강부재(10)의 사이마다 보강철근(40)을 설치하여 구성할 수 있다. 즉, 상부 구조물의 하중을 고려하여 보강부재(10)만으로, 혹은 보강부재(10)의 사이마다 보강철근(40)을 설치한다.

플레이트(30)는 제형(梯形, 사다리꼴)의 형상이며 짧은 변의 근방에는 삽입홀(30a)을 형성하고, 하부 및 삽입홀(30a)의 근방에는 너트(33)를 용접하여 다수개 구비한다. 이러한 플레이트(30)는 보강부재(10), 또는 보강철근(40)의 상부로부터 삽입하여 강관파일(100)의 둘레의 상단에 걸쳐지게 하되, 짧은 변이 강관파일(100)의 내측으로 내향되게 하고, 너트(33)에 나비볼트(32)를 결합하여 나비볼트(32)의 끝단이 보강부재(10), 또는 보강철근(40)의 일측에 닿게 함으로써 고정된다. 플레이트(30)는 상기 보강부재(10)의 고장력 볼트(11) 및 원통형 링(14)과 함께 상부 구조물의 하중을 강관파일(100)에 전달한다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 강관파일(외경: 508mm) 두부보강 구조의 설치방법을 설명한다.

우선, 다수개의 강관파일(100)을 종방향, 또는 횡방향으로 각각 항타하고, 각각의 강관파일(100)을 절단하여 절단면을 마무리한 후 고정부재(20)와 결합된 보강원판(50)을 각각의 강관파일(100)에 삽입하여 보강원판(50)을 고정한다.

다음으로 각각의 강관파일(100)의 둘레에 보강부재(10)의 고장력 볼트(11)가 삽입될 4개의 결합홀(100a)을 천공하되, 고려해야할 사항으로는 보강부재(10)의 하부가 보강원판(50)에 접촉되는지의 여부와, 각각의 강관파일(100)에 천공되는 결합홀(100a)의 위치가 동일한지의 여부와, 기초하부철근(90) 배근시 간섭대상이 되는 보강부재(10)의 위치가 간섭의 최소가 되는지의 여부이다.

이를 위해 보강부재(10)의 일측을 보강원판(50)의 상단에 위치시킨 후에 보강부재(10)의 고장력 볼트(11)의 위치를 파악한 후 이 부분에 라인을 표시한 다음 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 강관파일(100)의 둘레를 4등분 하되, 강관파일(100)의 배열이 종방향이든 횡방향이든 기초하부철근(90) 배근에 따른 보강부재(10)의 간섭 개수가 2개가 되도록 결합홀(100a)을 천공한다.

이는 속채움 콘크리트 타설시 콘크리트의 부착력 강화 및 기초하부철근(90) 배근의 용이성을 확보하기 위한 것으로, 보강원판(50)의 상단측까지 보강부재(10) 가 위치하고 있어 콘크리트의 부착력이 강화되고, 기초하부철근(90) 배근시 용이성이 확보된다.

다음 4개의 보강부재(10)의 각각의 고장력 볼트(11)에 원통형 링(14)을 삽입한 후 상기 천공된 결합홀(100a)에 삽입하고, 삽입된 고장력 볼트(11)의 일측에 너트(13)를 결합하여 보강부재(10)를 강관파일(100)에 고정한다.

다음 기초하부철근(90)을 배근하고, 보강철근(40)을 보강부재(10)의 사이 사이에 설치하되, 플레이트(30)를 보강철근(40), 또는 보강철근(40) 및 보강부재(10)에 삽입하여 강관파일(100)의 상단에 위치시킨다.

다음 띠철근(70)으로 보강부재(10)와 보강철근(40)의 일측을 결속하여 보강철근(40)을 보강부재(10)에 고정하고, 삽입된 플레이트(30)의 너트(33)에 나비볼트(32)로 보강철근(40), 또는 보강철근(40) 및 보강부재(10)의 일측에 닿게 하여 결합하면 편심에 의하여 플레이트(30)의 넓은 변은 강관파일(100)의 둘레 상단에 밀착되어 고정된다.

이상으로 본 발명은 기초하부철근(90) 배근 전에 4개의 보강부재(10)만을 시공함으로 종래(도 8 및 도 9)의 8개의 철근(301)을 선 시공한 후 기초하부철근(90)을 시공하는 두부보강 구조에 비해 기초하부철근(90) 배근의 용이성이 확보된다.

또한, 상부 구조물의 하중을 철근(301) 및 콘크리트의 압축응력에만 의존하던 것을 원통형 링(14) 및 플레이트(40)에도 분산시켜 결국 하부 기초를 견고히 할 수 있다.

아울러 본 발명은 구조적인 현장용접이 없어 역학적으로 안전하며, 시공, 품질관리, 검측, 경제적, 구조적인 측면 및 공기단축 등 후속공정에 긍정적인 영향이 미친다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 강관파일 두부보강 구조의 사시도,

도 2는 도 1의 분리 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 플레이트의 상세도,

도 4는 본 발명에 따른 강관파일 두부보강 구조의 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 강관파일 두부보강 구조의 다른 일예를 나타낸 평면도,

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 강관파일 두부보강 구조의 설치에 따른 기초하부철근 배근의 용이함을 나타내는 예시도.

도 8 및 도 9는 종래의 강관파일 두부보강 구조의 설치에서 보강철근이 기초하부철근 배근시에 주는 간섭의 정도를 나타낸 도면,

도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 강관파일 두부보강 구조의 설치에서 보강부재가 기초하부철근 배근시에 주는 간섭의 정도를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10: 보강부재 11: 고장력 볼트

14: 원통형 링 20: 고정부재

30: 플레이트 40: 보강철근

50: 보강원판 13,33,51: 너트
32: 나비볼트

70: 띠철근 90: 하부철근

Claims (2)

1. 상,하부가 개방되고 하부측 둘레에 다수개의 결합홀(100a)을 형성한 강관파일(100)과;

   상기 강관파일(100)에 삽입되며 가장자리에 다수개의 홀(50a)을 형성한 보강원판(50)과;

   일측은 상기 보강원판(50)에 형성된 홀(50a)에 삽입하여 너트(51)에 의해 결합되고, 타측은 상기 강관파일(100)의 상부 둘레에 걸림되어 강관파일(100)의 내부 하측에 보강원판(50)을 고정하는 고정부재(20)와;

   장방향의 일측에 고장력 볼트(11)를 미리 용접하여 고장력 볼트(11)의 일측을 상기 강관파일(100)의 내측 결합홀(100a)에 삽입하고 강관파일(100)의 내측에 수직으로 입설되는 다수개의 보강부재(10)와;

   상기 고장력 볼트(11)가 강관파일(100)의 결합홀(100a)에 삽입되기 전 고장력 볼트(11)의 외주면에 삽입하여 보강부재(10)가 강관파일(100)의 내주연으로부터 일정간격 이격되도록 하는 원통형 링(14)과;

   제형(梯形, 사다리꼴)의 형상이며 짧은 변의 근방에는 삽입홀(30a)을 형성하고, 하부의 삽입홀(30a)과 짧은 변의 근방에는 너트(33)를 용접하여 이루어진 다수개의 플레이트(30);를 포함하며,

   보강부재(10)의 끝단은 상기 보강원판(50)에 면접되게 하고,

   플레이트(30)의 삽입홀(30a)은 상기 보강부재(10) 및 보강부재(10)의 사이마다 설치되는 보강철근(40)에 삽입되어 플레이트(30)가 강관파일(100)의 둘레의 상단에 걸쳐지게 하되, 짧은 변이 강관파일(100)의 내주연측으로 내향되게하고 너트(33)에 나비볼트(32)를 결합하여 나비볼트(32)의 끝단이 보강부재(10)의 일측에 닿게 함으로써 고정되는 것을 특징으로 하는 강관파일 두부보강 구조.
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