KR102236890B1

KR102236890B1 - 단부 보강 내진 phc 파일

Info

Publication number: KR102236890B1
Application number: KR1020190078058A
Authority: KR
Inventors: 전용성
Original assignee: (주)삼일씨엔에스
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2021-04-05
Also published as: KR20210001657A

Abstract

본 발명은 파일 본체 내부에 구비되는 복수의 PC 강재 외부를 나선철선이 감싸는 한편 PC 강재 단부에 보강 강관이 구비됨으로써, 내진 성능이 우수하고 충격이나 응력 집중에 대해 안전하면서도 제작이 용이한 단부 보강 내진 PHC 파일에 대한 것이다.
본 발명 단부 보강 내진 PHC 파일은 콘크리트로 구성되는 중공형의 파일 본체; 상기 파일 본체의 내부에 구비되는 복수의 PC 강재; 복수의 PC 강재 외부를 감싸도록 구비되는 나선철선; 및 상기 파일 본체의 일단 또는 양단에서 PC 강재의 외부에 구비되는 것으로, 상기 PC 강재의 위치에 사각형으로 형성된 복수의 유동공이 격자형으로 배치되고, 축강성 증가 억제를 위해 좌우 유동공 사이에 내측으로 돌출되도록 절곡된 절곡부가 형성되어 횡단면상 지그재그 형상으로 굴곡진 보강 강관; 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

단부 보강 내진 PHC 파일{Earthquake-proof PHC pile with reinforced end}

본 발명은 파일 본체 내부에 구비되는 복수의 PC 강재 외부를 나선철선이 감싸는 한편 PC 강재 단부에 보강 강관이 구비됨으로써, 내진 성능이 우수하고 충격이나 응력 집중에 대해 안전하면서도 제작이 용이한 단부 보강 내진 PHC 파일에 대한 것이다.

지반의 지지층이 상대적으로 깊은 경우, 구조물의 하중을 지지층에 전달하기 위해 파일을 사용한다.

파일은 주로 파일 선단이 지지층에 지지되어 발휘되는 선단지지력과 파일 주면과 주변 지반과의 마찰력에 의해 발휘되는 주면마찰력에 의해 상부 구조물을 지지한다.

이러한 파일은 강관 파일, 현장 타설 콘크리트 파일, PHC 파일 등 여러 가지 종류가 있으며, 지지층의 종류나 깊이 또는 대상 지반의 위치 등에 따라 달리 선택하여 시공한다.

이중 PHC 파일(Pretensioned spun High strength Concrete pile)은 PC 강재에 프리스트레스를 가한 후 콘크리트를 타설하고 원심 성형하여 제작된다. 이에 휨이나 인장력에 약한 콘크리트의 결점을 보완하여 높은 재하능력과 충격저항을 구비할 수 있고, 경제성 및 내구성이 우수한 장점이 있다.

그럼에도 불구하고 PHC 파일은 콘크리트로 구성되는 특성상 축강성에 비해 휨이나 전단강성 또는 내충격성 등이 작다. 이에 연직하중에 비해 횡하중이나 충격하중에 대해서는 상대적으로 취약할 수 밖에 없다.

특히, 지진 발생시 상부 구조물에 변위가 발생하거나 지반 액상화가 발생하는 등 PHC 기둥 상부에 작용하는 횡하중에 의해 PHC 파일 상부에서 균열 등 손상이 발생할 수 있다. 그리고 PHC 파일 접합부 역시 횡력이나 인장력 작용시 접합부 부근 콘크리트에 응력 집중이 발생하여 파손될 가능성 있다.

이뿐만 아니라 PHC 파일은 경타시 충격에 의해 파일 상단이나 하단에 균열이 발생할 우려가 있다.

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상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 내진 성능이 우수하고, 충격이나 응력 집중에 대해 안전하면서도 제작이 용이한 단부 보강 내진 PHC 파일을 제공하고자 한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 콘크리트로 구성되는 중공형의 파일 본체; 상기 파일 본체의 내부에 구비되는 복수의 PC 강재; 복수의 PC 강재 외부를 감싸도록 구비되는 나선철선; 및 상기 파일 본체의 일단 또는 양단에서 PC 강재의 외부에 구비되는 것으로, 상기 PC 강재의 위치에 사각형으로 형성된 복수의 유동공이 격자형으로 배치되고, 축강성 증가 억제를 위해 좌우 유동공 사이에 내측으로 돌출되도록 절곡된 절곡부가 형성되어 횡단면상 지그재그 형상으로 굴곡진 보강 강관; 으로 구성되는 것을 특징으로 하는 단부 보강 내진 PHC 파일을 제공한다.

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다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 보강 강관의 하단에는 복수 열의 스커트부가 연장 형성되고, 상기 나선철선의 상부는 상기 스커트부의 외부를 감도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단부 보강 내진 PHC 파일을 제공한다.

본 발명에 따르면 파일 본체 내부에 구비되는 복수의 PC 강재 외부에 나선철선이 구비되고, PC 강재의 단부에 보강 강관이 구비되는 PHC 파일을 제공할 수 있다.

이러한 PHC 파일은 제작이 용이하고, 보강 강관과 나선철선이 내부의 콘크리트를 구속(confinement)하므로 내진 성능이 우수하다.

아울러 PC 강재의 외부에 구비되는 보강 강관에 의하여 PHC 파일 단부에서 횡력이나 충격력 등에 효율적으로 저항 가능하고, 단부 강도와 연성이 증대되며, PC 강재 주변 콘크리트를 구속하여 PC 강재의 정착 부위에서 응력 집중으로 인한 콘크리트 균열을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명 단부 보강 내진 PHC 파일을 도시하는 사시도.
도 2는 격자형의 사각 유동공이 형성된 보강 강관을 도시하는 사시도.
도 3은 도 2의 보강 강관이 구비된 PHC 파일을 도시하는 사시도.
도 4는 절곡부가 형성된 격자형 보강 강관을 도시하는 사시도.
도 5는 도 4의 보강 강관이 구비된 PHC 파일을 도시하는 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 PHC 파일의 평단면도.
도 7은 도 6에 도시된 PHC 파일의 A에 따른 단면을 도시하는 단면도.
도 8은 스커트부가 구비된 보강 강관을 도시하는 사시도.
도 9는 도 8의 보강 강관이 구비된 PHC 파일을 도시하는 사시도.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 단부 보강 내진 PHC 파일을 도시하는 사시도이다.

도 1 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 단부 보강 내진 PHC 파일은 콘크리트로 구성되는 중공형의 파일 본체(1); 상기 파일 본체(1)의 내부에 구비되는 복수의 PC 강재(2); 복수의 PC 강재(2) 외부를 감싸도록 구비되는 나선철선(3); 및 상기 파일 본체(1)의 일단 또는 양단에서 PC 강재(2)의 외부에 구비되는 보강 강관(4); 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 내진 성능이 우수하고, 충격이나 응력 집중에 대해 안전하면서도 제작이 용이한 단부 보강 내진 PHC 파일을 제공하기 위한 것이다.

본 발명 단부 보강 내진 PHC 파일은 원심 성형에 의해 공장 제작되는 PHC 파일이다.

본 발명 단부 보강 내진 PHC 파일은 내부에 중공이 형성된 콘크리트 파일 본체(1), PC 강재(2), 나선철선(3) 및 보강 강관(4)을 포함하여 구성된다.

상기 PC 강재(2)는 콘크리트 파일에 프리텐션을 가하기 위한 것으로, 파일 본체(1) 내부에 복수 개가 매입되어 원주 방향으로 동일한 간격으로 배치 가능하다.

상기 PC 강재(2)는 PHC 파일 단부의 슈나 캡(미도시)에 단부가 정착될 수 있도록 단부에 확대머리(21)가 형성될 수 있다.

상기 PC 강재(2)의 단부에 슈나 캡을 결합한 후 인장기로 슈나 캡을 당겨 PC 강재(2)에 프리텐션을 가한 상태에서 콘크리트를 타설하고, 원심 성형하여 중공의 PHC 파일을 제조할 수 있다.

상기 보강 강관(4)은 파일 본체(1)의 일단 또는 양단에서 PC 강재(2)의 외부에 구비된다.

즉, 상기 보강 강관(4)은 파일 본체(1)의 일단 또는 양단의 일정 구간에 구비된다.

이에 따라 보강 강관(4)은 PHC 파일 단부에서 횡력이나 충격력 등에 효율적으로 저항 가능하다.

아울러 상기 보강 강관(4)은 PC 강재(2)의 외부에 구비된다.

즉, 상기 보강 강관(4)은 PC 강재(2)처럼 콘크리트 파일 본체(1)의 내부에 매입되되, 콘크리트 파일 본체(1)의 외곽에 위치하여 파일 본체(1)의 콘크리트 피복을 제외한 내부의 콘크리트를 감싸게 된다.

이에 따라 상기 보강 강관(4)은 보강 강관(4) 내부의 콘크리트를 구속(confinement)하여 단부 강도와 연성을 증대한다.

특히, PHC 파일은 PC 강재(2)에 프리텐션을 가한 상태에서 콘크리트를 타설하여 제작되기 때문에, PC 강재(2)가 정착되는 파일 단부에서 콘크리트에 응력 집중이 발생할 수 있다.

따라서 상기 PC 강재(2)의 외부에 보강 강관(4)을 구비함으로써, PC 강재(2)의 단부에서 PC 강재(2) 주변 콘크리트를 구속하여 PC 강재(2)의 정착 부위에서 콘크리트 균열을 방지하도록 할 수 있다.

상기 나선철선(3)은 복수의 PC 강재(2) 외부를 감싸도록 구비된다.

상기 나선철선(3)은 PC 강재(2) 주변을 감싸도록 설치되어 내부의 콘크리트를 구속한다.

본 발명에서는 상기 보강 강관(4) 자체가 내부 콘크리트를 구속하여 나선철선(3)의 역할을 수행 가능하므로, 나선철선(3)은 보강 강관(4)이 설치된 부분을 제외한 나머지 미보강 구간에만 배치되도록 구성하여도 된다.

상기 보강 강관(4)에는 복수의 유동공(41)이 형성될 수 있다.

PHC 파일은 반원통형의 하부 몰드(미도시) 상부에 PC 강재(2)와 나선철선(3)을 거치하고, 하부 몰드에 콘크리트를 채운 다음 상부 몰드를 결합하여 제작 가능하다.

이때, PHC 파일 단부에 폐단면의 보강 강관(4)이 설치될 경우, 보강 강관(4)의 간섭으로 인해 보강 강관(4) 내부에 콘크리트가 채워지지 않을 수 있다.

또한, 원심 성형 과정에서도 보강 강관(4)의 간섭으로 인해 보강 강관(4)의 외부에 콘크리트가 밀실하게 채워지지 않아 균일한 두께의 PHC 파일을 제조할 수 없게 될 가능성이 있다.

따라서 보강 강관(4)에 복수의 유동공(41)을 형성하여 균일한 두께의 콘크리트 살 두께를 확보하도록 구성할 수 있다.

또한, 콘크리트와 보강 강관(4)은 서로 이질 재료로 구성되므로, 높은 응력 하에서 계면 분리가 발생하여 균열이 생길 수 있다. 그런데 상기 유동공(41) 내에 콘크리트가 채워져 콘크리트와 보강 강관(4)을 일체화하면, 이들 사이의 계면 분리를 방지 가능하다.

도 2는 격자형의 사각 유동공이 형성된 보강 강관을 도시하는 사시도이고, 도 3은 도 2의 보강 강관이 구비된 PHC 파일을 도시하는 사시도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 유동공(41)은 사각형으로 형성되어 격자형으로 배치되도록 구성할 수 있다.

이와 같이 상기 유동공(41)을 사각형으로 형성하고 복수 열로 격자형으로 배치하면, 이웃하는 유동공(41) 사이의 보강 강관(4) 부분을 상대적으로 좁게 구성할 수 있다.

이에 따라 축력 또는 횡력에 대해 보강 강관(4)의 변형이 허용되므로, 보강 강관(4)에 항타나 경타 등 외부 충격이 작용하거나 또는 지진 등 반복 하중이 작용하는 경우 보강 강관(4)이 외부 에너지를 흡수하여 소산할 수 있다.

즉, 상기 보강 강관(4)은 내부 콘크리트를 구속하여 콘크리트의 강도와 연성을 증가시킬 뿐 아니라 자체 변형에 의해 에너지를 흡수하여 소산함으로써 PHC 파일의 내진 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

상기 유동공(41)은 PC 강재(2)의 위치에 형성되도록 구성할 수 있다.

상기 PC 강재(2) 주변을 콘크리트가 충분히 감싸지 않으면 PC 강재(2)와 콘크리트 간의 부착력이 떨어진다.

특히, PHC 파일 단부에 슈나 캡이 없는 경우, PC 강재(2)와 콘크리트의 마찰력에 의해 파일 본체(1) 전체에 프리텐션이 가해지게 된다. 그런데 이때 PC 강재(2)와 콘크리트 간의 부착력이 작을 경우, 응력 전달이 제대로 이루어지지 않는다.

따라서 상기 유동공(41)을 PC 강재(2)의 위치에 대응되도록 구성함으로써, PC 강재(2) 주변에 충분한 콘크리트를 확보하도록 할 수 있다.

도 4는 절곡부가 형성된 격자형 보강 강관을 도시하는 사시도이고, 도 5는 도 4의 보강 강관이 구비된 PHC 파일을 도시하는 사시도이다. 그리고 도 6은 도 5에 도시된 PHC 파일의 평단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 PHC 파일의 A에 따른 단면을 도시하는 단면도이다.

도 4 내지 도 7 등에 도시된 바와 같이, 축강성 증가 억제를 위해 상기 보강 강관(4)의 좌우 유동공(41) 사이는 내측으로 돌출되도록 절곡된 절곡부(42)가 형성되어 지그재그 형상으로 굴곡지게 구성될 수 있다.

상기 보강 강관(4)의 유동공(41)을 PC 강재(2)의 위치에 놓이도록 설치한다 하더라도 파일의 원심 성형 과정에서 보강 강관(4)이 회전함에 따라 유동공(41)과 PC 강재(2)의 위치가 엇갈릴 수 있다.

따라서 좌우에 위치하는 유동공(41) 사이 보강 강관(4) 부분을 내측으로 절곡 형성하여 PC 강재(2)의 측면이 절곡부(42)에 걸리도록 구성함으로써, 원심 성형 과정에서 보강 강관(4)이 회전하여 유동공(41)과 PC 강재(2)의 위치가 달라지는 것을 방지할 수 있다(도 6).

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 절곡부(42)에 의하여 횡단면상 보강 강관(4)에 전체적으로 지그재그 형상으로 굴곡이 형성되므로, 완성된 PHC 파일에서 보강 강관(4)과 콘크리트 파일 본체(1)를 더욱 일체화할 수 있다.

아울러 상기 보강 강관(4)의 강성이 지나치게 커지면, PHC 파일의 압축 변형이 보강 강관(4)이 없는 미보강 부분의 PHC 파일 본체(1)에 집중되어 미보강 부분의 압축 응력이 과도하게 증가할 수 있다.

그런데 상기와 같이 유동공(41) 좌우의 보강 강관(4) 부분을 절곡하면, 압축력에 대해 절곡부(42)에서 비교적 변형이 자유롭게 발생하므로 보강 부분의 압축강성이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

이에 따라 횡하중이나 충격하중에 대해 단부를 보강하면서도 축하중에 대해 단부 축강성 증가를 억제하여 PHC 파일 본체(1)의 미보강 부분에 대한 압축 응력 증가를 방지할 수 있다. 결과적으로는 구조적으로 매우 효율적인 내진 성능 발휘가 가능하다.

도 8은 스커트부가 구비된 보강 강관을 도시하는 사시도이고, 도 9는 도 8의 보강 강관이 구비된 PHC 파일을 도시하는 사시도이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 보강 강관(4)의 하단에는 복수 열의 스커트부(43)가 연장 형성되고, 상기 나선철선(3)의 상부는 상기 스커트부(43)의 외부를 감도록 구성할 수 있다.

상기 나선철선(3)이 PHC 파일 본체(1)의 미보강 구간에만 구비되는 경우, 제작 과정에서 나선철선(3)과 보강 강관(4)의 사이가 멀어져 콘크리트 미구속 구간이 발생할 수 있다.

따라서 상기 보강 강관(4)과 나선철선(3)이 일정 구간 겹쳐지도록 스커트부(43)를 연장 형성하고, 나선철선(3)의 단부가 스커트부(43)를 감싸도록 구성할 수 있다.

상기 나선철선(3)의 단부는 스커트부(43)에 태그 용접으로 고정 가능하다.

상기 스커트부(43) 구간에서도 나선철선(3)의 피복두께가 확보될 수 있도록 스커트부(43)는 보강 강관(4)의 본체보다 나선철선(3)의 두께만큼 내측으로 절곡 형성 가능하다.

상기 스커트부(43)는 나선철선(3)이 결합되는 부분일 뿐만 아니라 보강 강관(4)의 단부와 파일 본체(1)가 만나는 부분에서 응력을 분산하고 전단연결재 역할을 하여 이들 부재의 일체화에 기여한다.

1: 파일 본체
2: PC 강재
21: 확대머리
3: 나선철선
4: 보강 강관
41: 유동공
42: 절곡부
43: 스커트부

Claims

콘크리트로 구성되는 중공형의 파일 본체(1);
상기 파일 본체(1)의 내부에 구비되는 복수의 PC 강재(2);
복수의 PC 강재(2) 외부를 감싸도록 구비되는 나선철선(3); 및
상기 파일 본체(1)의 일단 또는 양단에서 PC 강재(2)의 외부에 구비되는 것으로, 상기 PC 강재(2)의 위치에 사각형으로 형성된 복수의 유동공(41)이 격자형으로 배치되고, 축강성 증가 억제를 위해 좌우 유동공(41) 사이에 내측으로 돌출되도록 절곡된 절곡부(42)가 형성되어 횡단면상 지그재그 형상으로 굴곡진 보강 강관(4); 으로 구성되는 것을 특징으로 하는 단부 보강 내진 PHC 파일.
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제1항에서,
상기 보강 강관(4)의 하단에는 복수 열의 스커트부(43)가 연장 형성되고, 상기 나선철선(3)의 상부는 상기 스커트부(43)의 외부를 감도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단부 보강 내진 PHC 파일.