KR102069419B1 - 내부가 강관으로 보강된 복합말뚝 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부가 강관으로 보강된 복합말뚝에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PHC 파일을 말뚝으로 사용하되 휨모멘트와 수평력에 크게 작용하는 말뚝 상부를 강관으로 보강하여 복합말뚝으로 구성한 것에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 내부가 강관으로 보강된 복합말뚝은 단면 중심부에 길이 축을 따라 중공이 형성되고 길이방향으로 긴장재가 매립되어 있는 PHC 파일; PHC 파일의 내경과 같은 내경을 갖으며 PHC 파일과 같은 길이 축을 갖도록 PHC 파일의 상단에 매립되는 강관튜브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내부가 강관으로 보강된 복합말뚝{Composite pile internally reinforced by steel tube}

본 발명은 내부가 강관으로 보강된 복합말뚝에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PHC 파일을 말뚝으로 사용하되 휨모멘트와 수평력에 크게 작용하는 말뚝 상부를 강관으로 보강하여 복합말뚝으로 구성한 것에 관한 것이다.

지중에 설치되는 말뚝은 재하하중, 지반상태, 기초결합조건에 따라 편차가 있지만 대부분 말뚝 상부에서 휨모멘트가 크게 작용하고 말뚝 하부로 내려가면 수직력이 지배적이다. 복합말뚝은 이러한 말뚝의 거동을 고려하여 휨모멘트가 큰 말뚝 상부와 수직력이 지배적인 말뚝 하부를 다른 재질로 구성하여 말뚝의 구조적 안정성을 확보하면서 경제성을 향상시킨 것이다.

대표적인 복합말뚝으로는 서로 다른 이종의 말뚝 즉, 강관과 PHC 파일을 결합하여 말뚝 두부에 가해지는 큰 휨과 수평력에 대해서는 강관말뚝이, 압축력(수직력)에 대해서는 PHC 말뚝이 저항하는 구조를 취한다. 강관과 PHC 파일의 연결부 방식에 따라 복합말뚝의 공법이 분류되고 특화제품화하고 있는 실정이며 이질재료의 결합을 위한 이음작업이 어렵고 고가의 접합장치가 필요하다.

또한, 이질재료의 결합으로 결합부에 응력집중시 취약하다는 단점이 있으며 강관의 외면이 지반에 접촉되어 지하수에 노출되어 부식두께 2mm를 공제해야 하므로 구조계산에 의한 필요 단면크기보다 두꺼운 강관을 사용해야하기 때문에 많은 강재량이 소요되는 단점이 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제10-1683613호‘횡방향 유격 억제 및 용이한 센터링 작업이 가능하게 만드는 PHC 말뚝-강관말뚝 결합용 접합 연결구에 의하여 PHC 말뚝-강관말뚝이 일체화된 복합말뚝'이 있다. 이 특허는 PHC 말뚝의 중심과 강관말뚝의 중심이 일치되게 만드는 센터링 작업을 위한 접합연결구과 이를 이용한 복합말뚝을 제안한다. 이 특허에 의한 복합말뚝은 강관말뚝이 접합연결구의 돌기판에 강하게 밀착시키면서 고정되므로, 강관말뚝이 접합연결구에 끼워진 상태에서 횡방향으로 변위되는 것이 방지되어 작용 휨모멘트 증가 및 그에 따른 구조적 불안정 상태 발생과 파괴의 발생을 예방할 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 특허에 의한 복합말뚝은 고가의 접합연결구가 필요하며 상부 강관말뚝의 사용으로 과대한 강재량이 소요되고, 더불어 강관말뚝의 노출로 인하여 부식두께를 2mm 공제해야하는 문제로 두꺼운 강관을 사용해야하므로 비경제적인 단점이 있다.

특허등록 제10-1683613호‘횡방향 유격 억제 및 용이한 센터링 작업이 가능하게 만드는 PHC 말뚝-강관말뚝 결합용 접합 연결구에 의하여 PHC 말뚝-강관말뚝이 일체화된 복합말뚝'

본 발명은 상술한 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로 적은 강재량을 사용하고 별도의 접합장치가 필요없이 말뚝 상부의 수평저항능력을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 과제는 강관을 사용하여 PHC 말뚝을 복합말뚝으로 보강하되 부식두께 2mm를 제공할 필요가 없는 경제적인 단면구성이 가능한 복합말뚝을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따른 내부가 강관으로 보강된 복합말뚝은 단면 중심부에 길이 축을 따라 중공이 형성되고 길이방향으로 긴장재가 매립되어 있는 PHC 파일; PHC 파일의 내경과 같은 내경을 갖으며 PHC 파일과 같은 길이 축을 갖도록 PHC 파일의 상단에 매립되는 강관튜브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 강관튜브의 외면에는 강관튜브로부터 돌출되어 강관튜브와 PHC 파일의 긴장재를 연결하도록 구성되는 연결재가 설치될 수 있다.

여기서, 연결재는, 강관튜브로부터 수직하게 돌출되는 돌출판과, 돌출판에 일측면이 결합되고 타측면이 긴장재에 접촉되는 접촉판로 구성될 수 있다.

이때, 접촉판은, 긴장재에 대응하는 곡률을 갖도록 구성되어 긴장재를 감싸도록 구성될 수 있다.

한편, 돌출판에는 관통공이 형성될 수 있다.

여기서, 연결재는, 강관튜브의 전길이에 대응되는 길이를 갖을 수 있다.

또는, 연결재는, 다수개로 구성되어 강관튜브의 길이방향으로 일정한 간격을 두고 설치될 수 있다.

본 발명에 따르면, PHC 파일을 말뚝으로 사용하되 휨모멘트와 수평력이 큰 말뚝 상부에 강관이 매립되어 보강하여 복합말뚝으로 구성하므로 말뚝 상부의 강성, 강도 및 단면성능이 증대된다.

기존의 복합말뚝과는 다르게 이질재료의 결합을 위한 어려운 이음작업과 고가의 접합장치가가 필요하지 않고 적은 강재 사용으로 말뚝 횡방향 휨모멘트를 향상시킬 수 있어 말뚝의 구조적 안정성을 확보하면서 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 강관이 PHC 파일의 내부에 매립됨에 따라 지하수에 노출되지 않으므로 부식두께 2mm를 공제할 필요가 없이 구조계산에 의한 필요 단면크기의 강관을 사용하여 강재량을 경제적으로 절약할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부가 강관으로 보강된 복합말뚝의 사시도이고 도 2는 횡단면도이며 도 3은 종단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부가 강관으로 보강된 복합말뚝의 일부 분해사시도이고, 도 4b는 결합사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부가 강관으로 보강된 복합말뚝의 일부 사시도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부가 강관으로 보강된 복합말뚝의 사시도이고 도 2는 횡단면도이며 도 3은 종단면도이다.

본 발명은 단면 중심부에 길이 축을 따라 중공(11)이 형성되고 길이방향으로 긴장재(12)가 매립되어 있는 PHC 파일(10), PHC 파일(10)의 내경과 같은 내경을 갖으며 PHC 파일(10)과 같은 길이 축을 갖도록 PHC 파일(10)의 상단에 매립되는 강관튜브(20)를 포함하여 구성된다.

PHC 파일(10)은 KS F 4306에서는 프리텐션 방식 원심력 고강도 콘크리트 말뚝(Pretensioned spum High strength Concrete Pile)으로 정의하고 있으며, 일반 콘크리트, 초고성능 콘크리트(UHPC), 섬유보강 콘크리트(FRC)등 다양한 공지의 재료로 형성될 수 있다.

PHC 파일(10)의 내부에는 길이방향으로 프리텐션이 가해지는 긴장재(12) 및 긴장재(12)의 외부를 둘러싸는 나선철근(13)을 구성할 수 있으며 도 1 내지 도 3에서는 나선철근(13)으로 도시하고 있으나 나선철근(13) 대신 띠철근으로 구성할 수도 있다.

강관튜브(20)는 큰 휨과 수평력이 가해지는 말뚝 두부를 보강하기 위한 수단으로, PHC 파일(10)의 내경과 같은 내경을 갖으며 PHC 파일(10)의 상단에 PHC 파일(10)과 같은 길이 축을 갖도록 매립된다.

강관튜브(20)의 두께와 길이는 구조계산에 의해 결정된다. 즉, 구조해석에 의해 휨모멘트가 크게 작용하는 말뚝 상부 보강구간을 계산하여 이에 따라 강관튜브의 길이 및 두께 강종 등을 결정하게 된다.

강관튜브(20)의 외면에는 강관튜브(20)로부터 돌출되어 강관튜브(20)와 PHC 파일(10)의 긴장재(12)를 연결하는 연결재(30)가 설치된다.

연결재(30)는 강관튜브(20)와 PHC 파일(10)의 일체화를 위한 전단연결재(Shear connector)임과 동시에 말뚝 제작시 강관튜브(20)의 위치를 고정하는 스페이서(Spacer)로 역할한다.

연결재(30)는 강관튜브(20)의 외면에 원주방향으로 8개가 강관튜브(20)의 길이방향으로 설치되는 것으로 도시하였으나 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.

본 실시예에서 연결재(30)는 강관튜브(20)로부터 수직하게 돌출되는 돌출판(31)과, 돌출판(31)에 일측면이 결합되고 타측면이 긴장재(12)에 접촉되는 접촉판(32)로 구성된다.

접촉판(32)은, 긴장재(12)에 대응하는 곡률을 갖도록 구성되어 긴장재(12)을 감싸도록 안착된다.

돌출판(31)에는 관통공(311)이 형성되는 것이 바람직한데 돌출판(31)의 일단을 용접 등의 공지된 방법으로 강관튜브(20)에 결합하고 관통공(311)으로 결속선을 손쉽게 관통시킬 수 있어 긴장재(12)과 연결재(30)를 결속하여 강관튜브(20)를 PHC 파일(10)의 긴장재(12)에 고정할 수 있다.

또한, 관통공(311)은 다웰 작용(Dowel action)을 통해 콘크리트와의 일체성을 향상시키고, 수평 전단내력 향상을 도모할 수 있다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부가 강관으로 보강된 복합말뚝의 일부 분해사시도이고, 도 4b는 결합사시도이다.

기성제품인 PHC 말뚝의 제작은 긴장재(12) 다수개를 원형으로 배치하고 긴장재(12)의 외부에 나선철근(13)을 조립한 케이지를 하부 몰드에 스페이서를 이용하여 배치하고 콘크리트를 타설한 후 상부 몰드를 덮어 원심성형한다.

본 발명은 일반적인 PHC 말뚝는과 달리 말뚝 상단에 강관이 매립되어 강성과 강도가 보강된다. 따라서, 본 발명의 복합말뚝의 제작은 일반적인 PHC 말뚝의 제작과정을 그대로 따르되, 도 4a에 도시된 바와 같이 강관튜브(20)에 연결재(30)를 설치하여 도 4b에 도시된 바와 같이 케이지의 긴장재(12)에 결합한다. 이후 케이지를 하부 몰드에 스페이서를 이용하여 배치하고 콘크리트를 타설한 후 상부 몰드를 덮어 원심성형하여 제작하는 과정은 일반적인 PHC 말뚝의 제작방법과 다르지않으며, 몰드의 모양이나 긴장재의 프리텐션 방법 및 원심성형 등은 이 분야에 공지된 임의의 방법을 따르면 되는 것으로 이들에 대한 상세한 내용은 생략하기로 한다.

이상과 같이 본 발명의 복합말뚝의 제작은 일반적인 PHC 말뚝의 제작과정을 그대로 따르면 되므로 어려운 이음작업과 고가의 접합장치가 필요하지 않다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부가 강관으로 보강된 복합말뚝의 일부 사시도이다.

앞선 실시예에서는 연결재(30)의 돌출판(31)과 접촉판(32)이 강관튜브(20)의 길이방향으로 전길이에 걸쳐 구성되는 것으로 도시하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 짧은 길이를 갖도록 구성되어 강관튜브(20) 길이방향으로 일정한 간격을 두고 형성될 수 있으며 접촉판(32)과 긴장재(12)을 결속선을 이용하여 결속하여 연결할 수 있다. 또는, 앞선 실시예와 마찬가지로 도 5b에 도시된 바와 같이 관통공(311b)을 형성하여 결속선을 관통공(311b)을 통과하도록 결속할 수도 있다.

연결재(30)의 단면의 크기나 형상은 도시된 것에 한정되지 않으며 다양한 형상과 다양한 종류로 구성할 수 있으며 예를 들면 스터드볼트를 이용하여 일단은 강관튜브(10)에 용접 결합하고 타단은 긴장재(12)에 결속선으로 결속하여 연결하도록 구성할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, PHC 파일을 말뚝으로 사용하되 휨모멘트와 수평력이 큰 말뚝 상부에 강관이 매립되어 보강하여 복합말뚝으로 구성하므로 말뚝 상부의 강성, 강도 및 단면성능이 증대된다. 기존의 복합말뚝과는 다르게 이질재료의 결합을 위한 어려운 이음작업과 고가의 접합장치가가 필요하지 않고 적은 강재 사용으로 말뚝 횡방향 휨모멘트를 향상시킬 수 있어 말뚝의 구조적 안정성을 확보하면서 경제성을 향상시킬 수 있다.

또한, 강관이 PHC 파일의 내부에 매립됨에 따라 지하수에 노출되지 않으므로 부식두께 2mm를 공제할 필요가 없이 구조계산에 의한 필요 단면크기의 강관을 사용하여 강재량을 경제적으로 절약할 수 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

10 : PHC 파일 11 : 중공
12 : 긴장재 13 : 나선철근
20 : 강재튜브 30 : 연결재
31 : 돌출판 311 : 관통공
32 : 접촉판

Claims (7)

1. 단면 중심부에 길이 축을 따라 중공(11)이 형성되고 길이방향으로 긴장재(12)가 매립되어 있는 PHC 파일(10)과;
   휨모멘트와 수평력이 크게 작용하는 PHC 파일(10)의 상부를 보강하기 위해 PHC 파일(10)의 내경과 같은 내경을 가지며 PHC 파일(10)과 같은 길이 축을 갖도록 PHC 파일(10)의 상단에 매립되는 강관튜브(20); 및
   강관튜브(20)의 외면에 강관튜브(20)로부터 돌출되어 강관튜브(20)와 PHC 파일(10)의 긴장재(12)를 연결하도록 구성되며 강관튜브(20)의 전길이에 대응되는 길이를 갖는 연결재(30);를 포함하며,
   연결재(30)는,
   강관튜브(20)로부터 수직하게 돌출되고 관통공(311)이 형성된 돌출판(31)과, 돌출판(31)에 일측면이 결합되고 타측면이 긴장재(12)에 대응하는 곡률을 갖도록 구성되어 긴장재(12)를 감싸도록 구성되는 접촉판(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내부가 강관으로 보강된 복합말뚝.
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