KR101687657B1 - 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝 - Google Patents

Abstract

수평변위 저감형 분리형 강관말뚝이 개시된다. 본 발명의 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝은, 지반에 세로방향으로 박혀 구조물의 하중을 지지하는 단말뚝; 및 내경이 단말뚝의 외경보다 크게 형성되고, 내면이 단말뚝의 외면을 둘러싸며 지반에 세로방향으로 박히는 원형강관을 포함하고, 원형강관은 세로방향으로 분리되어 조립되도록 이루어지며, 단말뚝에 작용하는 수평력은 단말뚝과 원형강관 사이 지반의 압축력으로 소산된 후 원형강관에 전달되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 수평지지력 및 내부 구조력을 증가시키고, 이에 따른 수평변위를 저감시켜 안전여유율 및 사용성이 개선되며, 설계하중 이상의 수평력이 작용하더라도 연성파괴가 유도되도록 이루어지는 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝을 제공할 수 있게 된다.

Description

수평변위 저감형 분리형 강관말뚝{SEPARABLE STEEL PIPE PILE FOR SMALL HORIZONTAL DISPLACEMENT}

본 발명은 원형강관 및 강관말뚝에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 지반에 박혀 다양한 지반 등에 건설되는 구조물을 지지하도록 이루어지는 원형강관 및 강관말뚝에 관한 것이다.

말뚝(pile)은 땅속에 박아넣는 기둥을 말하며, 상반부가 지반 위에 노출된 말뚝은 여기에 구조물을 연결하게 되는데 보통 교량(橋梁)과 같은 구조물이나 수중에서의 잔교(棧橋)의 교각(橋脚)의 일부로서도 이용된다.

지반 내에 전부가 박히는 기초말뚝은 얕은기초가 적합하지 않을 때 사용되는 일종의 기초공사에 속하며, 말뚝을 깊은 지반에 박음으로써 기초지반의 강도를 높이고 그 위에 실리는 무거운 하중에 견디게 하려는 것이다. 말뚝을 재료에 따라 분류하면, 나무 말뚝, 콘크리트 말뚝, 철근콘크리트 말뚝, 프리스트레스트콘크리트 말뚝, 강철 말뚝 등이 있다.

말뚝의 성질에 따라서 분류하면, 지지말뚝과 마찰말뚝으로 나누어진다. 지지말뚝은 말뚝의 선단이 단단한 지반까지 도달하여 지지되는 것을 말하며, 마찰말뚝은 주위의 지반과 말뚝과 마찰력에 의해서 하중을 지탱하는 것으로, 연약한 지층이 깊이 계속되어 말뚝을 굳은 지반까지 도달시킬 수 없을 때 사용한다. 선단의 지지력을 크게 하기 위한 것으로 프랭키 말뚝, 페디스털 말뚝 등이 있다. 이 밖에 심플렉스 말뚝, 레이먼드 말뚝, 컴프레솔 말뚝, 재질이 다른 2개 이상의 말뚝을 이어 사용하는 합성 말뚝이 있다.

이와 관련하여 대한민국 공개특허공보 제2010-0076399호에는 선단부가 보강된 강관말뚝이 게시되어 있으며, 공개특허공보 제2010-0076399호는 중앙이 통공되고 지반에 매입되는 선단부는 개방된 본관; 상기 선단부의 외주면을 에워쌀 수 있도록 상기 본관의 선단부의 내경보다 큰 내경을 갖도록 형성된 외측관; 상기 본관의 선단부와 상기 외측관 사이에 형성된 간격에 설치되어 상기 본관과 외측관을 매개하는 보강재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

공개특허공보 제2010-0076399호는 강관말뚝 선단부의 유효단면적의 증가로 선단지지력은 물론 주면마찰력이 개선되고. 강관말뚝 매입시 유입되는 관입토에 의하여 폐색효과가 증진되어 강관말뚝의 지지력이 향상되는 이점이 있다.

그러나, 공개특허공보 제2010-0076399호를 포함하는 종래의 강관말뚝은 본관과 외측관이 보강재를 통해 서로 연결됨에 따라, 강관말뚝에 수평력이 작용하는 경우 선단부에 작용하는 수평력이 본관 및 외측관과 보강재의 결합부분 즉, 보강재가 용접된 부분에 집중되며, 이에 따라 본관, 외측관 및 보강재의 결합구조가 급속도로 약화되는 단점이 있었다.

또한, 보강재가 용접된 부분에 집중되는 수평력은 본관 및 외측관의 크랙(crack) 발생을 유도하게 되고, 크랙이 형성되는 경우 설계하중보다 작은 수평력에도 본관의 취성 파괴가 발생하기 쉬워 구조물의 안전성을 저해하는 요인으로 작용하게 되는 문제가 있었다.

(0001) 대한민국공개특허 제10-2010-0076399호(공개일: 2010.07.06)

본 발명의 목적은, 수평지지력 및 내부 구조력을 증가시키고, 이에 따른 수평변위를 저감시켜 안전여유율 및 사용성이 개선되며, 설계하중 이상의 수평력이 작용하더라도 연성파괴가 유도되도록 이루어지는 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝을 제공하는 것이며, 또한 유지보수가 용이한 수평변위 저감형 분리형 원형강관을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 지반에 세로방향으로 박혀 구조물의 하중을 지지하는 단말뚝; 및 내경이 상기 단말뚝의 외경보다 크게 형성되고, 내면이 상기 단말뚝의 외면을 둘러싸며 지반에 세로방향으로 박히는 원형강관을 포함하고, 상기 원형강관은 세로방향으로 분리되어 조립되도록 이루어지며, 상기 단말뚝에 작용하는 수평력은 상기 단말뚝과 원형강관 사이 지반의 압축력으로 소산된 후 상기 원형강관에 전달되는 것을 특징으로 하는 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝에 의해 달성된다.

상기 원형강관은, 단면형상이 반원 형태로 이루어지고, 단부에 제1 좌결합부 및 제1 우결합부가 각각 형성되는 제1 반원강관; 및 단면형상이 반원 형태로 이루어지고, 단부에 상기 제1 좌결합부와 맞물려 결합되는 제2 좌결합부 및 상기 제1 우결합부와 맞물려 결합되는 제2 우결합부가 각각 형성되는 제2 반원강관을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1 반원강관 및 제2 반원강관은 세로방향을 따라 단면이 일정하게 이루어질 수 있다.

상기 원형강관의 외면에는, 지반의 압축량이 증가하도록 복수의 사이드플레이트가 상기 원형강관의 반경 방향으로 돌출되게 형성되고, 상기 사이드플레이트는 지면으로 갈수록 더 돌출되게 형성되도록 이루어질 수 있다.

상기 단말뚝과 원형강관 사이 지반의 압축량이 증가하도록, 상기 단말뚝의 외면에는 복수의 사이드패널이 상기 원형강관의 내면을 향해 돌출되게 형성되도록 이루어질 수 있다.

상기 단말뚝에 수평력 작용시 상기 단말뚝과 원형강관 사이에서 지반이 상승하도록, 상기 복수의 사이드패널 각각은 상기 단말뚝의 원주방향과 경사지게 형성되도록 이루어질 수 있다.

상기 단말뚝에 수평력 작용 후 상기 단말뚝과 원형강관 사이 간격이 회복되도록, 상기 단말뚝과 원형강관은 원주방향을 따라 복수의 형상기억합금 와이어로 연결되도록 이루어질 수 있다.

또한 상기 목적은, 지반에 세로방향으로 박혀 구조물의 하중을 지지하는 단말뚝의 일부를 둘러싸도록, 내경이 상기 단말뚝의 외경보다 크게 형성되며 지반에 세로방향으로 박히는 원형강관이고, 세로방향으로 분리되어 조립되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 수평변위 저감형 분리형 원형강관에 의해 달성된다.

본 발명에 의하면, 단말뚝에 작용하는 수평력이 단말뚝과 원형강관 사이 지반의 압축력으로 소산된 후 원형강관에 전달됨에 따라, 수평지지력 및 내부 구조력을 증가시키고, 이에 따른 수평변위를 저감시켜 안전여유율 및 사용성이 개선되며, 설계하중 이상의 수평력이 작용하더라도 연성파괴가 유도되도록 이루어지는 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝을 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝에서 원형강관이 조립되는 상태를 도시한 사시도.
도 3은 도 1의 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝의 사용상태를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝의 사시도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝의 사시도.
도 6은 도 5의 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝의 사용상태를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝의 사시도.
도 8은 도 7의 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝의 사용상태를 나타내는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명의 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)은, 수평지지력 및 내부 구조력을 증가시키고, 이에 따른 수평변위를 저감시켜 안전여유율 및 사용성이 개선되며, 설계하중 이상의 수평력이 작용하더라도 연성파괴가 유도되도록 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)에서 원형강관(20)은, 기 설치된 말뚝(예컨대, 단말뚝(10))을 보강하는데 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)의 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)에서 원형강관(20)이 조립되는 상태를 도시한 사시도, 도 3은 도 1의 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)의 사용상태를 나타내는 도면, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)의 사시도, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)의 사시도, 도 6은 도 5의 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)의 사용상태를 나타내는 도면, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)의 사시도, 도 8은 도 7의 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)의 사용상태를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)은, 지반(G)에 박혀 연약 지반 등에 건설되는 구조물(미도시)을 지지하도록 이루어지며, 단말뚝(10) 및 원형강관(20)을 포함하여 구성된다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 단말뚝(10)은 지반(G)에 세로방향으로 박혀 구조물의 하중을 지지하는 구성으로서, 원통형의 강관으로 형성된다. 단말뚝(10)은 상단부가 지면으로부터 노출되는 형태로서 지반(G)에 세로방향으로 박힌다.

자세하게 도시되지는 않았으나, 단말뚝(10)의 지면으로 노출된 상단부는 구조물(미도시)과 결합되며, 단말뚝(10)은 구조물의 하중 및 구조물에 인가되는 외력을 지반(G)에 전달함으로써 구조물을 지탱하게 된다.

단말뚝(10)의 직경은 건물 구조, 하중, 지내력 및 말뚝 지지력 등을 고려하여 선정된다. 단말뚝(10)의 제조기술 및 설치기술은 널리 공지된 기술로서 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 원형강관(20)은 단말뚝(10)에 작용하는 수평력을 지반(G)에 분산시키기 위해 마련되는 구성으로서, 내면이 단말뚝(10)의 외면을 둘러싸는 형태로 지반(G)에 세로방향으로 박힌다.

보다 자세하게는, 원형강관(20)은 내경이 단말뚝(10)의 외경보다 크게 형성되어 내면이 단말뚝(10)의 외경과 서로 대향되는 형태로 단말뚝(10)을 둘러싸며, 지반(G)에 설치된 상태에서 단말뚝(10)과 원형강관(20)의 사이에는 지반(G), 시멘트 또는 건설용 충전재 등이 충전된다.

본 발명에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)에서, 원형강관(20)은 세로방향으로 분리되어 조립될 수 있도록 이루어지며, 구체적으로 제1 반원강관(20a) 및 제2 반원강관(20b)을 포함하여 이루어질 수 있다.(도 2 참조)

이처럼 원형강관(20)이 제1 반원강관(20a) 및 제2 반원강관(20b)으로 구분되어 이루어짐으로써, 제1 반원강관(20a) 시공 후 제2 반원강관(20b)의 시공이 이루어질 수 있으며, 원형강관(20)이 단말뚝(10)을 감싸는 형태로 결합됨에 있어서 단말뚝(10)이 원형강관(20) 중앙으로 끼워지는 형태로 반드시 결합될 필요가 없으며, 용이한 시공이 이루어질 수 있게 된다.

이러한 원형강관(20)의 구조는 단말뚝(10)을 보강하는데 더욱 적합하게 적용될 수 있다.

제1 반원강관(20a)은, 단면형상이 반원 형태로 이루어지고, 단부에 제1 좌결합부(30) 및 제1 우결합부(40)가 각각 일체로 형성된다.

제2 반원강관(20b)은 역시 단면형상이 반원 형태로 이루어지고, 단부에 제1 좌결합부(30)와 맞물려 결합되는 제2 좌결합부(50) 및 제1 우결합부(40)와 맞물려 결합되는 제2 우결합부(60)가 각각 일체로 형성된다.

이때, 제1 반원강관(20a) 및 제2 반원강관(20b)은 세로방향을 따라 단면이 일정하게 이루어지는 것이 바람직하며, 제1 좌결합부(30), 제1 우결합부(40), 제2 좌결합부(50) 및 제2 우결합부(60) 역시 세로방향(수직방향)을 따라 단면이 일정하게 이루어진다.

이처럼, 제1 반원강관(20a) 및 제2 반원강관(20b)은, 세로방향을 따라 단면이 일정하게 이루어짐으로써 지면에 수직한 방향으로 삽입될 때 지면과의 저항을 최소화하면서, 수평방향으로 하중이 작용하는 경우 양자간의 분리가 저지되도록 이루어진다.

또한, 제1 반원강관(20a) 및 제2 반원강관(20b)은 서로 동일한 형태로 이루어질 수 있으며(제1 좌결합부(30)와 제2 우결합부(60)가 서로 동일하고 제1 우결합부(40)와 제2 좌결합부(50)가 서로 동일), 이에 따라 원형강관의 생산성을 향상시키고 제조원가를 절감시킬 수 있다.

제1 좌결합부(30)와 제2 좌결합부(50)는 서로 맞물려 결합되는 것으로서, 세로방향(수직방향)을 따라 서로 슬라이드 결합되되 세로방향 이외로는 분리가 저지되도록 이루어진다.

이를 위하여 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 좌결합부(30)는 제1 돌기(31) 및 제1 홈(32)을 포함하고, 제2 좌결합부(50)는 제2 돌기(51) 및 제2 홈(52)을 포함하여 이루어질 수 있다.

제2 돌기(51)는 제1 홈(32)에 꼭 맞게 삽입되고 제1 돌기(31)는 제2 홈(52)에 꼭 맞게 삽입되며, 이처럼 2 부분에서 제1 좌결합부(30)와 제2 좌결합부(50)가 서로 결합됨으로써, 양자간의 견고한 결합이 이루어짐은 물론, 결합지점에서 회전(세로방향의 축을 기준으로 한 회전)이 저지되어 외력에 의한 유격 내지는 파손을 방지할 수 있다.

제1 우결합부(40)와 제2 우결합부(60)의 결합형태는 제1 좌결합부(30)와 제2 좌결합부(50)의 결합형태와 같이 이루어질 수 있고, 이에 따라 제1 우결합부(40)는 제3 돌기(41) 및 제3 홈(42)을 포함하고, 제2 우결합부(60)는 제4 돌기(61) 및 제4 홈(62)을 포함하여 이루어질 수 있다.

일반적으로 말뚝 머리에 수평력(전단력), 연직력(축하중) 및 모멘트가 작용할 경우, 모멘트와 전단력은 지표면 근처에서 큰 값을 보이지만 말뚝을 따라 깊이가 깊어질수록 급격히 감소하여 수렴하는 경향을 나타내며, 특히 전단력과 모멘트가 크게 작용하는 구조물의 경우에는 전단력과 모멘트에 대한 저항력이 큰 강관말뚝을 주로 사용하게 된다.

종래에는 말뚝이 수평력이 지배적인 구조물의 기초로 쓰일 경우 지표면 근처에서 발생하는 과도한 수평력과 모멘트로 인해 말뚝의 단면적을 크게 형성해야 함에 따라, 과도한 재료비 및 시공비가 소요되는 단점이 있었다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 공개특허공보 제2010-0076399호에는 본관과 외측관이 보강재를 통해 결합되어 일체로 거동하는 강관말뚝이 게시되어 있으나, 선단부에 작용하는 수평력은 본관 및 외측관과 보강재의 결합부분 즉, 보강재가 용접된 부분에 집중될 수밖에 없으므로, 본관, 외측관 및 보강재의 결합구조가 급속도로 약화되는 단점이 있었다.

또한, 보강재가 용접된 부분에 집중되는 수평력은 본관 및 외측관의 크랙(crack) 발생을 유도하게 되고, 크랙이 형성되는 경우 설계하중보다 작은 수평력에도 본관의 취성 파괴가 발생하기 쉬워 구조물의 안전성을 저해하는 요인으로 작용하게 되는 문제가 있었다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)은, 수평력 작용시 단말뚝(10)과 원형강관(20)이 일체로 거동하지 않도록 형성됨에 따라, 상술한 바와 같은 문제점을 근본적으로 해결하고 있다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 단말뚝(10)과 원형강관(20)은 서로 독립된 형태로 지반(G)에 설치되며, 원형강관(20)은 지면으로부터 단말뚝(10)에 수평력이 집중되는 깊이까지 단말뚝(10)을 감싸는 형태로서 지반(G)에 박히게 된다.

상술한 바와 같이 지반(G)에 설치된 상태에서 단말뚝(10)과 원형강관(20)의 사이에는 지반(G), 시멘트 또는 건설용 충전재 등이 충전되며, 이에 따라 구조물에서 단말뚝(10)에 수평력이 전달되는 경우 단말뚝(10)에 작용하는 수평력은 1차적으로 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이에 충전된 지반(G), 시멘트 또는 건설용 충전재의 압축력으로 소산된다. 아래에서는 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이에 지반(G)이 충전된 것으로 설명하기로 한다.

보다 자세하게 설명하면, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 수평력에 의해 단말뚝(10)의 상단부가 일측으로 기울어지게 되면, 단말뚝(10)과 원형강관(20)이 서로 독립된 형태로 지반(G)에 설치됨에 따라, 단말뚝(10)이 기울어지는 방향에서 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이의 공간이 작아짐과 동시에 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이에 충전된 지반(G)이 압축되며, 지반(G)의 압축력에 의해 수평력의 일부는 1차적으로 지반(G)을 압축시키는 형태로 소산된다.

또한, 단말뚝(10)에 작용하는 수평력은 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이에 충전된 지반(G)을 압축시키는 동시에 지반(G)이 압축된 쪽에서 압축된 지반(G)을 통해 원형강관(20)의 내면으로 전달된다.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 원형강관(20)으로 전달된 수평력은 단말뚝(10)의 외면보다 직경이 큰 원형강관(20)의 외면을 통해 지반(G)과 넓은 접촉면을 형성하며 원형강관(20) 외측 지반(G)의 압축력으로서 2차적으로 소산된다.

즉, 공개특허공보 제2010-0076399호와 같이 본관과 외측관이 보강재를 통해 결합되어 일체로 거동하는 강관말뚝은 본관의 수평력이 외측관으로 직접 전달되어 수평력이 외측관의 외측 지반을 압축시키는 일에만 소산되지만, 본 발명의 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)은 단말뚝(10)에 작용하는 수평력이 원형강관(20) 사이에 충전된 지반(G)을 압축시키면서 1차적으로 소산된 후 원형강관(20) 외측 지반(G)을 압축시키면서 2차 소산됨으로써, 단말뚝(10)에 인가되는 수평력에 대한 에너지 소산량이 종래 강관말뚝보다 대폭 증가하여 구조물 및 강관말뚝(1)의 기울어짐이 보다 효과적으로 방지되는 이점이 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)은, 복수의 사이드플레이트(21)가 원형강관(20)의 외면에 반경 방향으로 돌출되게 형성될 수 있다.

원형강관(20)의 외면에 복수의 사이드플레이트(21)가 형성되면 다음과 같은 이점이 있다.

첫째, 원형강관(20)과 지반(G)의 접촉면적이 증가함으로써, 원형강관(20) 외측 지반(G)의 압축력에 의한 2차 에너지 소산량이 증가하게 된다.

둘째, 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이 지반(G)의 압축에 의한 1차 소산 후 외측 지반(G)의 압축에 의한 2차 소산이 개시되는 시점을 조정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)은, 단말뚝(10)에 작용하는 수평력이 원형강관(20) 사이에 충전된 지반(G)을 압축시키면서 1차적으로 소산된 후 원형강관(20) 외측 지반(G)을 압축시키면서 2차 소산된다.

이때 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이 지반(G)의 압축력은 압축이 개시됨과 동시에 원형강관(20)에 전달되지만, 원형강관(20)이 바깥쪽 지반(G)을 압축시키려면 압축된 지반(G)을 통해 일정 강도 이상의 수평력이 원형강관(20)으로 전달되어야 하므로, 1차 소산과 2차 소산 사이에는 일정한 시간차가 발생하게 된다.

따라서, 원형강관(20)의 외면에 복수의 사이드플레이트(21)가 형성되면, 원형강관(20)과 지반(G)의 접촉면적이 증가함으로써, 2차 소산이 개시되는 시점이 지연되며, 이에 따라 구조물의 변위저감효과를 향상시킬 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 사이드플레이트(21)는 상측으로 갈수록 즉, 지면으로 갈수록 더 돌출되게 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 일반적으로 말뚝 머리에 수평력(전단력), 연직력(축하중) 및 모멘트가 작용할 경우, 모멘트와 전단력은 지표면 근처에서 큰 값을 보이지만 말뚝을 따라 깊이가 깊어질수록 급격히 감소하여 수렴하는 경향을 나타낸다.

따라서 사이드플레이트(21)가 지반(G)에 박힌 상태에서 지면으로 갈수록 반경 방향으로 더 돌출되게 형성되면, 원형강관(20)과 지반(G)의 접촉면적이 수평력에 비례하여 증가함으로써 재료비를 절감할 수 있으며, 하측으로 갈수록 지반(G)과의 접촉면적이 작아져 원형강관(20)의 항타 작업이 보다 용이하게 이루어지는 이점이 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)은, 단말뚝(10)과 원형강관(20)이 복수의 형상기억합금 와이어(W)로 연결될 수 있다. 그리고 복수의 형상기억합금은 단말뚝(10)과 원형강관(20)의 원주방향을 따라 등간격으로 형성될 수 있다.

형상기억합금 와이어(W)는 원형강관(20) 내부에서 (용접 등에 의하여) 고정결합되는 것이며, 단말뚝(10)에는 고정된 형태로 결합될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 단말뚝(10)에 밀착되는 형태로 결합될 수 있다.

상술한 바와 같이, 수평력에 의해 단말뚝(10)이 기울어지면 수평력이 제거되더라도 단말뚝(10)은 영구적으로 기울어진 상태로 남게 되며, 동일한 방향의 수평력에 대한 1차 에너지 소산량이 감소하게 된다. 따라서 단말뚝(10)에 동일한 방향으로 수평력이 다시 인가되면 전체 에너지 소산량이 감소하게 된다.

단말뚝(10)과 원형강관(20)이 복수의 형상기억합금 와이어(W)로 연결되면, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 단말뚝(10)이 기울어지더라도 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 형상기억합금의 복원력에 의해 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이 공간이 다시 원상태로 회복됨으로써, 강관말뚝(1)에 동일한 방향의 수평력이 다시 가해지더라도 강관말뚝(1)의 에너지 소산량의 감소가 최소화되는 이점이 있다.

형상기억합금 와이어(W)는 초탄성 형상기억합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 초탄성 형상기억합금은(superelasticity shape memory alloy, 超彈性 形狀記憶合金) 소성변형이 가해지고 난 후에 열이 가해지지 않더라도 실온에서 본래의 형상으로 복원하는 성질을 가지는 금속이다. 따라서 형상기억합금 와이어(W)는 수평력에 의해 인장 변형된 후 열이 가해지지 않더라도 자체적으로 원래 상태로 복귀된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 형상기억합금 와이어(W)는 단말뚝(10)과 원형강관(20) 각각의 상단부를 연결하는 제1 형상기억합금 와이어(W1) 및 단말뚝(10)과 원형강관(20) 각각의 하단부를 연결하는 제2 형상기억합금 와이어(W2)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

제1 형상기억합금 와이어(W1)가 단말뚝(10)과 원형강관(20) 각각의 상단부를 서로 연결하고, 제2 형상기억합금 와이어(W2)가 단말뚝(10)과 원형강관(20) 각각의 하단부를 서로 연결함으로써, 단말뚝(10)이 기울어지더라도 원형강관(20)의 전체 길이에 걸쳐 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이의 거리가 원상태로 복귀된다.

도 7(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)은, 단말뚝(10)의 외면에 복수의 사이드패널(11)이 원형강관(20)의 내면을 향해 돌출되게 형성될 수 있다.

복수의 사이드패널(11)이 단말뚝(10)의 외면에 돌출되게 형성되면, 원형강관(20)의 안쪽에서 단말뚝(10)과 지반(G)의 접촉면적이 증가함으로써, 수평력 작용시 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이 지반(G)의 압축량이 증가하여 수평력에 대한 1차 에너지 소산량이 증가하는 이점이 있다.

도 7(a)에 도시된 바와 같이, 복수의 사이드패널(11) 각각은 단말뚝(10)의 원주방향과 경사지게 형성되는 것이 바람직하며, 나아가 사이드패널(11)은 나선 형태로 이루어질 수 있다.

도 8(a)에 도시된 바와 같이, 복수의 사이드패널(11)이 단말뚝(10)의 원주방향과 경사지게 형성되면, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 수평력에 의해 단말뚝(10)이 일측으로 기울어질 때 기울어지는 쪽에서 지반(G)이 사이드패널(11)의 경사를 따라 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이에서 상승하게 된다.

도 8(b)에 도시된 바와 같이, 단말뚝(10)이 기울어지는 쪽에서 사이드패널(11)의 경사를 따라 지반(G)이 상승하게 되면 다음과 같은 이점이 있다.

첫째, 지반(G)이 사이드패널(11)을 따라 상승하면서 반대쪽으로 이동됨으로써, 단말뚝(10)이 기울어지는 반대쪽에서 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이의 공동현상이 최소화되는 이점이 있다.

둘째, 단말뚝(10)이 기울어지며 원형강관(20) 바로 아래의 지반(G)까지 사이드패널(11)을 따라 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이 공간으로 상승하게 되며, 강관말뚝(1)의 상측은 지면에 건설된 구조물에 의해 지반(G)이 이동할 공간이 없이 폐쇄됨에 따라, 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이에 지반(G)의 밀도가 높아짐으로써, 1차 소산에너지의 양이 증가하는 이점이 있다.

이에 따라, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)은, 전체 지지력이 상승하고, 이에 따른 내부 구조력의 증가, 수평변위의 저감 및 안전여유율이 개선되는 효과가 있다.

도 7(b)에 도시된 바와 같이, 지반(G), 시멘트 또는 건설용 충전재가 지상으로부터 복수의 사이드패널(11)을 통과하여 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이에 용이하게 충전되도록, 복수의 사이드패널(11) 각각은 단말뚝(10)의 원주방향과 경사지게 형성되되 불연속적으로 형성될 수도 있다. 지반(G), 시멘트 또는 건설용 충전재는 불연속적으로 형성된 사이드패널(11)의 사이를 통과하여 원형강관(20)의 하단부까지 쉽게 유입되며, 또한 사이드패널(11)을 따라 미끄러져 충전됨에 따라 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이에 공동을 형성하지 않고 완전히 충전된다.

본 발명에 의하면, 단말뚝(10)에 작용하는 수평력이 단말뚝(10)과 원형강관(20) 사이 지반(G)의 압축력으로 소산된 후 원형강관(20)에 전달됨에 따라, 수평지지력 및 내부 구조력을 증가시키고, 이에 따른 수평변위를 저감시켜 안전여유율 및 사용성이 개선되며, 설계하중 이상의 수평력이 작용하더라도 연성파괴가 유도되도록 이루어지는 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝(1)을 제공할 수 있게 된다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 강관말뚝 10 : 단말뚝
20 : 원형강관 11 : 사이드패널
21 : 사이드플레이트 W : 형상기억합금 와이어
G : 지반

Claims (10)

1. 지반에 세로방향으로 박혀 구조물의 하중을 지지하는 단말뚝; 및
   내경이 상기 단말뚝의 외경보다 크게 형성되고, 내면이 상기 단말뚝의 외면을 둘러싸며 지반에 세로방향으로 박히는 원형강관을 포함하고,
   상기 원형강관은 세로방향으로 분리되어 조립되도록 이루어지며,
   상기 단말뚝에 작용하는 수평력은 상기 단말뚝과 원형강관 사이 지반의 압축력으로 소산된 후 상기 원형강관에 전달되고,
   상기 단말뚝과 원형강관 사이 지반의 압축량이 증가하도록, 상기 단말뚝의 외면에는 복수의 사이드패널이 상기 원형강관의 내면을 향해 돌출되게 형성되고,
   상기 단말뚝에 수평력 작용시 상기 단말뚝과 원형강관 사이에서 지반이 상승하도록, 상기 복수의 사이드패널 각각은 상기 단말뚝의 원주방향과 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝.
2. 지반에 세로방향으로 박혀 구조물의 하중을 지지하는 단말뚝; 및
   내경이 상기 단말뚝의 외경보다 크게 형성되고, 내면이 상기 단말뚝의 외면을 둘러싸며 지반에 세로방향으로 박히는 원형강관을 포함하고,
   상기 원형강관은 세로방향으로 분리되어 조립되도록 이루어지며,
   상기 단말뚝에 작용하는 수평력은 상기 단말뚝과 원형강관 사이 지반의 압축력으로 소산된 후 상기 원형강관에 전달되고,
   상기 원형강관의 외면에는, 지반의 압축량이 증가하도록 복수의 사이드플레이트가 상기 원형강관의 반경 방향으로 돌출되게 형성되고,
   상기 사이드플레이트는 지면으로 갈수록 더 돌출되게 형성되며,
   상기 단말뚝과 원형강관 사이 지반의 압축량이 증가하도록, 상기 단말뚝의 외면에는 복수의 사이드패널이 상기 원형강관의 내면을 향해 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 원형강관은,
   단면형상이 반원 형태로 이루어지고, 단부에 제1 좌결합부 및 제1 우결합부가 각각 형성되는 제1 반원강관; 및
   단면형상이 반원 형태로 이루어지고, 단부에 상기 제1 좌결합부와 맞물려 결합되는 제2 좌결합부 및 상기 제1 우결합부와 맞물려 결합되는 제2 우결합부가 각각 형성되는 제2 반원강관을 포함하는 것을 특징으로 하는 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 반원강관 및 제2 반원강관은 세로방향을 따라 단면이 일정한 것을 특징으로 하는 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 단말뚝에 수평력 작용 후 상기 단말뚝과 원형강관 사이 간격이 회복되도록, 상기 단말뚝과 원형강관은 원주방향을 따라 복수의 형상기억합금 와이어로 연결되는 것을 특징으로 하는 수평변위 저감형 분리형 강관말뚝.
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