KR102203290B1 - 합성형 섬유보강튜브를 이용한 phc 말뚝 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소섬유 보강튜브와 유리섬유 보강튜브로 이루어진 합성형 섬유보강튜브와 프리스트레스를 가한 강봉을 포함한 PHC말뚝을 조합하여 말뚝이 가져야 하는 축력에 대한 저항능력과 휨모멘트에 대한 저항능력을 크게 향상시키고, 탄소섬유 보강튜브가 PHC 말뚝 외주면을 감싸므로 격자의 축방향 부분은 휨모멘트발생시 휨인장력에 저항하는 역할을 함과 동시에 격자의 원주방향 부분은 압축을 받는 내부콘크리트를 구속하여 콘크리트의 압축강도를 증가시키며, 탄소섬유 보강튜브 외주면에 유리섬유 보강튜브를 감싸 PHC말뚝의 외측을 보강하므로 시공 및 사용중에 내부 격자를 보호하고 사용수명을 증가시키는 합성형 섬유보강튜브를 이용한 PHC 말뚝 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

합성형 섬유보강튜브를 이용한 PHC 말뚝 및 이의 제조방법{Fiber reinforced tube using PHC pile and manufacturing method the same}

본 발명은 PHC 말뚝에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유 보강튜브와 유리섬유 보강튜브로 이루어진 합성형 섬유보강튜브와 프리스트레스를 가한 강봉을 포함한 PHC말뚝을 조합하여 말뚝이 가져야 하는 축력에 대한 저항능력과 휨모멘트에 대한 저항능력을 크게 향상시키고, 탄소섬유 보강튜브가 PHC 말뚝 외주면을 감싸므로 격자의 축방향 부분은 휨모멘트발생시 휨인장력에 저항하는 역할을 함과 동시에 격자의 원주방향 부분은 압축을 받는 내부콘크리트를 구속하여 콘크리트의 압축강도를 증가시키며, 탄소섬유 보강튜브 외주면에 유리섬유 보강튜브를 감싸 PHC말뚝의 외측을 보강하므로 시공 및 사용중에 내부 격자를 보호하고 사용수명을 증가시키는 합성형 섬유보강튜브를 이용한 PHC 말뚝 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

PHC(Pre-stressed High-tension Concrete) 말뚝은, 프리텐션방식에 의한 원심력을 이용하여 제조된 콘크리트 압축강도 800kg/㎠ 이상의 고강도 콘크리트 말뚝이다.

이러한 PHC말뚝은 강관 말뚝에 비해 가격이 저렴하면서도, 현장 타설 콘크리트 말뚝에 비해 대단히 큰 강도를 발휘한다는 장점이 있어 널리 사용되고 있다.

통상 토목구조물 중에서 교대는 수평력과 모멘트 저항을 위해 강관말뚝을 사용해야 하나 교각은 모멘트와 수평력이 크지 않은 경우 PHC말뚝으로도 저항 가능한 경우가 대부분이라 사용이 가능하다.

그러나, PHC말뚝은 수평력에 대한 저항력이 미미하여 수평력이 조금만 커도 말뚝 본수가 과다해지는 경우가 많다.

PHC말뚝에 관한 종래 기술로 "합성 피에이취씨 말뚝 합성 피에이취씨 말뚝 시공방법"(대한민국 등록특허공보 제10-0999020호, 특허문헌 1)에는 종래의 기술로 중공부에 철근을 추가 설치하고, 콘크리트를 타설하는 기술이 공개되어 있다.

특허문헌 1의 경우 PHC말뚝은 강도가 80MPa 정도이고, 내부에 콘크리트는 24~27MPa 정도인 바, 전단저항성이 서로 다르며, 초기 균열은 내부에서 먼저 발생하고 1차 및 2차로 전단철근이 저항하는 매커니즘을 가진다.

하지만, 전단철근의 배치에 따라 균열의 발생방향에 따라서는 저항이 어려운 부분이 발생할 수밖에 없게 된다.

또, 철근은 PHC 말뚝 제작과정에서 미리 설치하는 별도의 공정을 거쳐야 하므로 말뚝제작 비용이 증가하는 문제점이 있다.

또, "보강철근에 의한 부분 보강 구조의 콘크리트 합성 강관말뚝 및 그 제작방법"(대한민국 등록특허공보 제10-1349297호, 특허문헌 2)에는 강관을 포함한 합성 강관말뚝 내부에 절취된 형태의 띠철근이 설치되어 내부 밀착력을 발휘하는 구성이 공개되어 있다.

하지만, 특허문헌 2의 경우, 절취된 띠철근에서만 내부 밀착력이 발휘되고, 절취된 띠철근을 말뚝 내부로 밀어넣는 과정에서 말뚝 내공부에 손상 위험이 발생하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-0999020호 대한민국 등록특허공보 제10-1349297호

이에 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 PHC말뚝의 외주면에 격자형의 탄소섬유 보강튜브를 감싸고 그 외주면에 유리섬유 보강튜브를 감싸도록 구성되므로 축력에 대한 저항능력 뿐만 아니라 휨모멘트에 대한 저항능력을 크게 향상시키는 합성형 섬유보강튜브를 이용한 PHC 말뚝 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 합성형 섬유보강튜브를 이용한 PHC 말뚝은, 내부가 관통되는 몸체가 구비되며, 상기 몸체의 하단부에 고정되는 슈판이 구비되고, 상기 슈판에 고정되어 프리스트레스되는 PC강선이 구비되어 콘크리트로 타설되는 말뚝;

상기 말뚝의 외주면에 격자형으로 형성되어 감싸지면서 격자의 축방향 부분은 휨모멘트 발생시 휨인장력에 저항하고 격자의 원주방향 부분은 압축을 받는 내부 콘크리트를 구속하여 콘크리트의 압축강도를 증가시키는 탄소섬유 보강튜브;

상기 탄소섬유 보강튜브의 외주면에 감싸지면서 말뚝의 외측을 보강하고 시공 및 사용 중에 탄소섬유 보강튜브를 보호하는 유리섬유 보강튜브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명 합성형 섬유보강튜브를 이용한 PHC 말뚝의 제조방법은, 말뚝의 외경과 동일한 내경을 갖는 하부 거푸집을 위치시키는 단계;

상기 하부 거푸집의 일측에 슈판을 고정하는 단계;

상기 슈판에 PC강선을 고정시키되 일측은 슈판에 형성된 정착구에 정착시키고 타측은 긴장판에 형성된 정착구에 정착시키는 단계;

상기 하부 거푸집의 내측면에 유리섬유 보강튜브를 위치시키는 단계;

상기 유리섬유 보강튜브의 내측면에 격자형으로 형성된 탄소섬유 보강튜브를 위치시키는 단계;

상기 하부 거푸집에 위치된 탄소섬유 보강튜브의 내측에 콘크리트를 타설하는 단계;

상기 하부 거푸집에 상부 거푸집을 안착시켜 고정하는 단계;

상기 하,상부 거푸집에 설치된 긴장판을 잭장치에 의해 당겨 PC강선을 긴장하는 단계;

상기 하,상부 거푸집을 회전시켜 원심성형방법으로 말뚝을 형성하는 단계;

상기 말뚝이 일정 시간 경과하여 양생되면 하,상부 거푸집을 분리시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 탄소섬유 보강튜브와 유리섬유 보강튜브로 이루어진 합성형 섬유보강튜브와 프리스트레스를 가한 강봉을 포함한 PHC말뚝을 조합하여 말뚝이 가져야 하는 축력에 대한 저항능력과 휨모멘트에 대한 저항능력을 크게 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 탄소섬유 보강튜브가 PHC 말뚝 외주면을 감싸므로 격자의 축방향 부분은 휨모멘트 발생시 휨인장력에 저항하는 역할을 함과 동시에 격자의 원주방향 부분은 압축을 받는 내부콘크리트를 구속하여 콘크리트의 압축강도를 증가시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 탄소섬유 보강튜브 외주면에 유리섬유 보강튜브를 감싸 PHC말뚝의 외측을 보강하므로 시공 및 사용 중에 내부 격자를 보호하고 사용수명을 증가시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 PHC말뚝의 단면구성도이다.
도 2는 본 발명 탄소섬유 보강튜브의 절개 사시도이다.
도 3은 본 발명 유리섬유 보강튜브의 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명이 적용된 PHC말뚝의 제작도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용된 PHC말뚝의 단면구성도이다.

먼저, 본 발명 합성형 섬유보강튜브를 이용한 PHC 말뚝은, 말뚝(110), 탄소삼유 보강튜브(120), 유리섬유 보강튜브(130)를 포함하여 구성된다.

상기 말뚝(110)은 내부가 관통되는 관 형상의 몸체(111), 상기 몸체(111)의 하단부에 고정되는 슈판(112), 상기 슈판(112)에 고정되어 프리스트레스되는 PC강선(113)을 포함한다.

상기 몸체(111)는 콘크리트가 타설되어 원심성형방법으로 이루어지며, 상기 PC강선(113)의 외주면을 감싸 말뚝(110)의 강도를 보강하도록 나선철선(114)을 더 포함할 수도 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 말뚝(110)의 외주면에는 큰크리트의 압축강도를 증가시키는 탄소섬유 보강튜브(120)가 형성된다.

상기 탄소섬유 보강튜브(120)는 격자형으로 형성되어 말뚝(110)의 외주면을 감싸게 되고, 격자의 축방향 부분은 휨모멘트 발생시 휨인장력에 저항하고 격자의 원주방향 부분은 압축을 받는 내부 콘크리트를 구속게 된다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 탄소섬유 보강튜브(120)의 외주면에는 탄소섬유 보강튜브(120)를 보호하는 유리섬유 보강튜브(130)가 형성된다.

상기 유기섬유 보강튜브(130)는 탄소섬유 보강튜브(120)를 비롯하여 말뚝(110)의 외측을 보강하는 역할을 하게 되며, 시공 및 사용 중에 탄소섬유 보강튜브(120)가 손상되지 않게 보호하는 역할도 하게 된다.

다음은 상기와 같이 구성되는 본 발명 합성형 섬유보강튜브를 이용한 PHC 말뚝의 제조 과정을 설명한다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 말뚝(110)의 외주면과 동일한 내경을 갖는 분리된 상,하부 거푸집(200)을 형성한다.

상기 하부 거푸집(200)의 일측에 슈판(112)을 고정한 후, 상기 슈판(112)에 PC강선(113)을 고정시킨다.

상기 PC강선(113)의 일측은 슈판(112)에 형성된 정착구(112')에 정착시키고, PC강선(113)의 타측은 하부거푸집(200)의 긴장판(210)에 형성된 정착구(112')에 정착시킨다.

이 상태에서 상기 하부 거푸집(200)의 내측면에 유리섬유 보강튜브(130)를 위치시켜 하부 거푸집(200)의 내측면에 밀착되도록 한다.

또한, 상기 유리섬유 보강튜브(130)의 내측면에 격자형의 탄소섬유 보강튜브(120)를 위치시켜 탄소섬유 보강튜브(120)에 밀착되도록 한다.

상기 유리섬유 보강튜브(130)와 탄소섬유 보강튜브(120)는 1/2로 절단하여 하나는 하부 거푸집(200)에 밀착되도록 하고, 다른 하나는 상부 거푸집(200)으 내측면에 위치되도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 하부 거푸집(200) 내측면에 위치한 탄소섬유 보강튜브(120)의 내측에 일정량의 콘크리트를 타설한 후, 상기 하부 거푸집(200)의 상부에 상부 거푸집(200)을 안착시켜 고정시킨다.

한편, 상기 하,상부 거푸집(200)에 설치된 잭장치(220)를 이용하여 긴장판(210)을 당겨 PC강선(113)을 긴장시킨다.

이 상태에서 상기 하,상부 거푸집(200)을 회전시키게 되면 원심력에 의해 중공부를 형성하게 되고, 상기 콘크리트는 탄소섬유 보강튜브(120)의 격자 사이에 고르게 침투하면서 탄소섬유 보강튜브(120)와 일체화될 뿐만 아니라 상기 탄소섬유 보강튜브(120)의 외주면에 밀착된 유리섬유 보강튜브(130)와도 일체화된다.

상기 말뚝(110)이 일정 시간 경과하여 양생되면 하부 거푸집(200)과 상부 거푸집(200)을 말뚝(110)으로부터 분리시키면 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명은, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: PHC 말뚝
110: 말뚝 111: 몸체
112: 슈판 113: PC강선
114: 나선철선
120: 탄소섬유 보강튜브
130: 유리섬유 보강튜브

Claims (4)

1. 내부가 관통되는 몸체가 구비되며, 상기 몸체의 하단부에 고정되는 슈판이 구비되고, 상기 슈판에 고정되어 프리스트레스되는 PC강선이 구비되어 콘크리트로 타설되는 말뚝;
   상기 말뚝의 외주면에 격자형으로 형성되어 감싸지면서 격자의 축방향 부분은 휨모멘트 발생시 휨인장력에 저항하고 격자의 원주방향 부분은 압축을 받는 내부 콘크리트를 구속하여 콘크리트의 압축강도를 증가시키는 탄소섬유 보강튜브;
   상기 탄소섬유 보강튜브의 외주면에 감싸지면서 말뚝의 외측을 보강하고 시공 및 사용 중에 탄소섬유 보강튜브를 보호하는 유리섬유 보강튜브를 포함하여 구성되되,
   상기 탄소섬유 보강튜브 및 상기 유리섬유 보강튜브는 상기 말뚝과 동일한 길이로 형성되어 상호 밀착 상태로 적층되고,
   상기 탄소섬유 보강튜브 및 상기 유리섬유 보강튜브는 각각 축방향으로 1/2로 절단된 형태이고,
   상기 탄소섬유 보강튜브의 격자 사이에는 콘크리트의 외주면이 밀착되어 말뚝과 탄소섬유 보강튜브의 미끄러짐을 방지하여 말뚝의 전단면에 걸쳐 전단키 역할을 하는 것을 특징으로 하는 합성형 섬유보강튜브를 이용한 PHC 말뚝.
   
2. 삭제
3. 말뚝의 외경과 동일한 내경을 갖는 하부 거푸집을 위치시키는 단계;
   상기 하부 거푸집의 일측에 슈판을 고정하는 단계;
   상기 슈판에 PC강선을 고정시키되 일측은 슈판에 형성된 정착구에 정착시키고 타측은 긴장판에 형성된 정착구에 정착시키는 단계;
   상기 하부 거푸집 및 상기 상부 거푸집의 내측면에 각각 축방향으로 1/2로 절단된 유리섬유 보강튜브를 위치시키는 단계;
   상기 유리섬유 보강튜브의 내측면에 격자형으로 형성되면서 축방향으로 1/2로 절단된 탄소섬유 보강튜브를 위치시키는 단계;
   상기 하부 거푸집에 위치된 탄소섬유 보강튜브의 내측에 콘크리트를 타설하는 단계;
   상기 하부 거푸집에 상부 거푸집을 안착시켜 고정하는 단계;
   상기 하,상부 거푸집에 설치된 긴장판을 잭장치에 의해 당겨 PC강선을 긴장하는 단계;
   상기 하,상부 거푸집을 회전시켜 원심성형방법으로 말뚝을 형성하는 단계;
   상기 말뚝이 일정 시간 경과하여 양생되면 하,상부 거푸집을 분리시키는 단계를 포함하여 이루어지되,
   상기 탄소섬유 보강튜브 및 상기 유리섬유 보강튜브는 상기 말뚝과 동일한 길이로 형성되어 상호 밀착 상태로 적층되고,
   상기 원심성형방법으로 말뚝을 형성하는 과정에서 콘크리트가 탄소섬유 보강튜브의 격자 사이로 밀착되어 말뚝과 탄소섬유 보강튜브의 미끄러짐을 방지하여 말뚝의 전단면에 걸쳐 전단키 역할을 하는 것을 특징으로 하는 합성형 섬유보강튜브를 이용한 PHC 말뚝 제조방법.
4. 삭제

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