KR102631859B1

KR102631859B1 - 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 phc말뚝의 두부보강구조

Info

Publication number: KR102631859B1
Application number: KR1020220081587A
Authority: KR
Inventors: 박봉근
Original assignee: 박봉근
Priority date: 2022-07-04
Filing date: 2022-07-04
Publication date: 2024-01-30
Also published as: KR20240003826A

Abstract

본 발명에 따른 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조는, 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 말뚝두부가 커팅된 상부절단면이 형성된 PHC말뚝과, 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초와, 상기 PHC말뚝의 두부가 상기 확대기초의 확대기초 저면 피복두께에 매입되어 배치되며, 상기 PHC말뚝의 중공부인 내측면에 접하는 내측부와 상기 PHC말뚝의 두부 상부절단면에 접하는 상단부 및 상기 PHC말뚝의 외측면에 접하는 외측부로 이루어져서 상기 PHC말뚝의 상부를 감싸는 구조로 내측부, 상단부 및 외측부에 나사홀을 각각 형성되어 상기 PHC말뚝의 두부 상부절단면을 감싸서 끼워지는 다수 개의 ㄷ자형 전단장치와, 상기 ㄷ자형 전단장치의 내측부에 형성되는 나사홀에 내측에서 외측으로 관통하여 상기 PHC말뚝의 내측면에 밀착되게 삽입되는 다수 개의 고정볼트와, 상기 ㄷ자형 전단장치의 외측부에 형성되는 나사홀에 외측에서 내측 방향으로 삽입되는 수평보강재 및 상기 ㄷ자형 전단장치의 상단부에 형성되는 나사홀에 상방에서 하방으로 삽입되는 2단 배근용 보강철근과, 상기 2단 배근용 수직보강철근과 2단 배근용 수직보강철근을 횡방향으로 묶어서 하나의 원기둥 형상의 철근망을 형성하는 2단 배근용 띠철근을 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 고정볼트의 미끄럼방지턱 기능에 의하여 PHC말뚝 중공부 내의 속채움 콘크리트의 완전한 페색/합성/미끄럼방지턱 효과를 극대화시키는 효과는 물론 ㄷ 자형 전단장치에 결합되는 2단 배근용 보강철근에 의한 휨모멘트 저항력이 향상되고, ㄷ 자형 전단장치에 결합되는 수평방향의 수평보강재에 의한 PHC말뚝 두부 주변의 횡방향 구속효과에 의하여 PHC말뚝과 확대기초의 결합부가 더욱 강한 휨 저항력을 갖게 됨으로써 PHC말뚝과 확대기초 결합부의 수평변위를 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조{Reinforcing Structure For PHC Pile Head Connections To Improve Bending Moment and Distribute Uniform Normal Load}

본 발명은 ??모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조에 관한 것으로서, 확대기초 하부주철근과 PHC말뚝에 고정 설치되는 ㄷ 자형 전단장치에 삽입되는 수평보강재와 2단 배근용 수직보강철근 및 2단 배근용 수직보강철근을 횡방향으로 묶어서 하나의 원기둥 형상의 철근망을 형성하는 2단 배근용 띠철근 및 1단 배근용 속채움 보강철근망이 상호 조합되어 기초콘크리트를 보강함으로써 지진력에 의하여 발생될 수 있는 PHC말뚝의 말뚝두부에 대한 회전과 수평방향의 힘에 대하여 휨전단 저항력을 극대화한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조에 관한 발명이다.

상부구조물(건축물, 교량)을 지반에 설치하고자 할 때 지반의 지지력과 침하가 부족하면 지중에 말뚝을 설치하여 지지력을 보강하게 된다. 상기와 같이 지지력 보강을 위해 지반에 설치되는 말뚝은 재질 및 사용 용도에 따라 강관말뚝, PHC(Pretensioned spun High strength Concrete)말뚝 및 합성말뚝 등이 사용되고 있는데 제조 및 운반의 용이성과 성능 및 경제성 측면에서 PHC말뚝이 많이 적용되고 있는 실정이다.

도 1a는 도로교설계기준해설(2008, 한국), 도로교시방서/동해설(2017, 일본)에 제시된 PHC말뚝과 확대기초 결합부의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 1b는 종래기술에 따른 등록특허공보 10-1491746호에서 제시되어 있는 보강된 두부의 유지가 가능한 말뚝의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, PHC말뚝(10)은 본체 내부에 복수개의 PC강봉(15)이 원주면의 중심 방향을 따라 내장된 상태로 공장제작시 매입시켜 제작 및 생산된다. 상기 PHC말뚝(10) 본체 내의 PC강봉(15)은 PHC말뚝(10)에 고정되어 말뚝두부 결합부를 강결합시켜 준다.

도 1a에 따른 도로교 시방서/동해설(2017, 일본)에 따르면, 확대기초(20)에 매입되는 PHC말뚝(10)의 절단면(11)이 형성된 말뚝두부는 확대기초 하단면(20-1)으로부터 10cm 상부로 돌출되도록 하고, PHC말뚝(10)의 절단면(11)과 확대기초 주철근(21)사이 간격은 5cm 거리를 유지하도록 배치된다. 또한 PHC말뚝(10)의 말뚝두부 절단시에, 기계장치와 인력으로 파쇄하면서 말뚝두부 절단면(11)의 말뚝 축방향(종방향)으로 균열이 발생하며, 지진 시에 확대기초 저면의 말뚝두부에서 확대기초 속의 말뚝머리 결합부보다 상대적으로 축소된 단면으로 인한 휨 전단력이 크게 발생하기 때문에 이를 보강하기 위하여 PHC말뚝(10)의 중공부에 약 1m의 길이로 수직보강철근(31)과 띠철근(32) 및 조립철근으로 이루어지는 속채움 보강철근망(30)과 속채움콘크리트(10-3)를 삽입 및 충전하여 철근콘크리트 구조체를 완성한다.

또한, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, PHC말뚝(10) 두부의 일정구간에는 상기 속채움 보강철근망(30)과는 별도로 말뚝두부 및 PHC말뚝 내측 중공부를 보강하기 위하여 축방향을 따라 복수개의 수직보강철근(43)과 띠철근(44)으로 이루어지는 2단배근 보강철근망(40)이 PHC말뚝(10) 두부 상부 및 내측 중공부에 배치된다.

그러나 상기와 같은 도 1a 및 도 1b에 도시된 종래기술은 PHC말뚝(10) 본체 내의 PC강봉(15) 주위의 콘크리트말뚝을 기계장치와 인력으로 순차적으로 제거해야 하기 때문에 공사기간과 공사비 상승은 물론 작업자들의 상해 등이 발생되고 있으며, 지진 발생시에 지진하중이나 속채움 콘크리트 시멘트의 건조수축 등에 의해 PC말뚝(10) 본체 중공부의 속채움 콘크리트와 PHC말뚝(10) 내면의 시멘트와의 화학적 부착력이 분리되기 때문에 이를 통해 PHC말뚝(10) 본체의 중공부 내로 작용하는 수직하중과 휨모멘트 하중을 PHC말뚝(10) 본체로 하중을 전이시키지 못하여, PHC말뚝(10) 본체 절단면(11)의 자체 두께만으로 이들의 하중을 지탱하기 때문에 단면적 부족으로 말뚝두부에 과응력이 발생하여 확대기초 속에 매입된 말뚝두부가 완전히 파쇄되는 문제점이 발생되고 있다.

도 1c는 종래기술에 따른 등록특허 10-2290747호에 제시되어 있는 콘크리트말뚝의 두부보강구조를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 PHC말뚝(10)의 중공 내부에 삽입되어 콘크리트에 매립됨으로써 PHC말뚝(10)의 두부를 보강하는 본체(10)와, 본체(10)의 하단에 구비되는 바닥판(10-1)과, 본체(10)의 상단에서 복수개가 외측으로 연장된 형태로 구비되는 고정지지체(41)로 구성되며, 고정지지체(41)가 PHC말뚝(10)의 상면에 걸쳐지고 연직보강재(43) 및 횡보강재(32)로 이루는 통형상의 단면은 PHC말뚝(10)의 내경 단면 보다 크게 되도록 고정지지체(41)에는 보강철근망(40)의 연직보강재(43)가 결합되는 구성의 PHC말뚝의 두부보강 결합구조가 개시되어 있다.

그러나, 상기 종래기술에 따르면, PHC말뚝 본체에 매립된 PC강봉(15)을 도출시켜 고정지지체(41)와 체결한다. 이때 PC강봉(15)의 도출을 위해 PHC말뚝(10) 두부 상단 절단면(11)은 기계장치와 인력으로 절단하여야 하며 PHC말뚝(10) 본체에 종방향 균열이 발생할 수밖에 없기 때문에 PHC말뚝 자체의 구조성능이 떨어진다.

또한 PHC말뚝(10)을 제조할 때 PHC말뚝(10) 본체 내측에 슬라임이 불규칙적으로 붙어 있어서 PHC말뚝(10) 중공부 내에 통형상의 구조체(50)를 삽입하기가 어렵고, 이를 현장에서 제거하여 설치하려면 공기와 공사비가 증가하게 된다.

또한, PHC말뚝(10) 본체 내에는 미끄럼방지턱을 구비하고 있지 않아서 고정점이 없기 때문에 즉 고정지지체(41)와 통형상의 구조체(50)를 말뚝 중공부 속에 삽입하여 고정할 경우에 통형상의 구조체(50)와 PHC말뚝(10) 본체에는 별도의 전단키(미끄럼방지턱)를 구비하고 있지 않기 때문에 이를 실현할 수 없는 구조체이다. 상기 통형상의 구조체(50)는 고정부재가 아니며, 이 상태에서 고정지지체(41)를 거치하는 것은 말뚝체 두부에 작용하는 휨모멘트 하중을 저항할 수가 없다. 다시 말하면, 전단키가 없는 상태에서 고정지지체(41)의 보강철근망(40)은 PHC말뚝(10)의 보강철근으로 강결합 역할을 수행할 수 없다.

따라서, 도 1c에 따른 종래기술에 의하면, PHC말뚝(10) 두부 결합부는 보강철근망(40)의 중심거리가 시방서와 같이 충분히 거리를 확보하고 있으나, 보강철근망(40)을 고정할 수 있는 별도의 부재가 존재하고 있지 않기 때문에 강결합 조건을 구현할 수 없고 반강결합 조건만을 만족하게 된다.

등록특허공보 10-1491746호 (2015. 02. 11) 등록특허공보 10-2290747호 (2021. 08. 20)

"도로교설계기준해설(하부구조편)", 대한토목학회, 2008년. "도로교시방서/동해설", 일본도로협회, 2017년.

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따르면, 확대기초에 매입되는 PHC말뚝과 확대기초 하부주철근 사이의 휨모멘트를 증가시켜 휨 전단파괴를 방지하기 위한 방안으로써, 확대기초 하단면으로부터 PHC말뚝을 10cm 이상 15cm 이하로 또는 PHC말뚝을 확대기초 하부주철근까지 매입 인상함으로써 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 PHC말뚝 두부상단 절단면을 감싸는 ㄷ자형 전단장치를 고정하기 위한 고정볼트의 미끄럼방지턱 기능에 의하여 PHC말뚝 중공부 내의 속채움 콘크리트의 완전한 페색/합성 효과를 발휘할 수 있는 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조를 제공함에 있다.

아울러, 본 발명은 PHC말뚝 두부상단 절단면을 감싸는 ㄷ자형 전단장치에 결합되는 2단 배근용 보강철근에 의한 휨모멘트 저항력이 향상되고, 상기 ㄷ 자형 전단장치에 결합되는 수평방향의 수평보강재에 의한 PHC말뚝 두부 주변의 횡방향 구속효과를 발휘할 수 있는 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조를 제공함에 있다.

부가하여, 본 발명은 강관말뚝의 말뚝두부 상단 절단면을 기계톱으로 완전 커팅하여 공기 단축과 공사비 절감과 안전시공을 유도하기 위한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조를 제공함에 있다.

본 발명의 일시예에 따른 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 강관말뚝 두부보강구조는, 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 말뚝두부가 커팅된 상부절단면이 형성된 PHC말뚝과, 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초와, 상기 PHC말뚝의 두부가 상기 확대기초의 저면 피복두께에 매입되어 배치되며, 상기 확대기초의 저면인 확대기초 하단면으로부터 상기 PHC말뚝 두부의 상부절단면까지 상기 확대기초에 매입되는 PHC말뚝 두부의 길이는 10 ~ 15cm이며, 상기 PHC말뚝 두부의 상부절단면이 상기 확대기초에 구비되는 하부주철근까지 면접촉되게 보다 더 확대기초의 내부로 길게 매입되어 인상되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 복수개의 이형철근이 수직하게 배치되는 1단 배근용 수직보강철근과, 상기 1단 배근용 수직보강철근의 외측 둘레를 따라 연속적으로 연결하기 위하여 형성되는 1단 배근용 띠철근과, 상기 1단 배근용 수직보강철근과 상기 1단 배근용 띠철근을 결속선에 의하여 소정간격으로 매듭 연결하여 원통형 기둥 구조체로 형성되는 1단 배근용 속채움 보강철근망과, 상기 1단 배근용 속채움 보강철근망의 상부측은 상기 확대기초의 확대기초 하부주철근 상부 일정 길이의 높이로 배치하고, 상기 1단 배근용 속채움 보강철근망의 하부측은 상기 PHC말뚝의 본체 중공부 내측으로 상기 PHC말뚝 하부에 구비되는 속채움 콘크리트 거푸집으로부터 상부 10cm 까지 매입되어 배치되며, 상기 PHC말뚝의 두부와 상기 확대기초가 상기 1단 배근용 속채움 보강철근망을 매개체로 상호 연결되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일시예에 따른 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 강관말뚝 두부보강구조는, 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 말뚝부부가 커팅된 상부절단면이 형성된 PHC말뚝과, 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초와, 상기 PHC말뚝의 두부가 상기 확대기초의 확대기초 저면 피복두께에 매입되어 배치되며, 상기 PHC말뚝의 중공부인 내측면에 접하는 내측부와 상기 PHC말뚝의 두부 상부절단면에 접하는 상단부 및 상기 PHC말뚝의 외측면에 접하는 외측부로 이루어져서 상기 PHC말뚝의 상부를 감싸는 구조로 내측부, 상단부 및 외측부에 나사홀을 각각 형성되어 상기 PHC말뚝의 두부 상부절단면을 감싸서 끼워지는 다수 개의 ㄷ자형 전단장치와, 상기 ㄷ자형 전단장치의 내측부에 형성되는 나사홀에 내측에서 외측으로 관통하여 상기 PHC말뚝의 내측면에 밀착되게 삽입되는 다수 개의 고정볼트와, 상기 ㄷ자형 전단장치의 외측부에 형성되는 나사홀에 외측에서 내측 방향으로 삽입되는 수평보강재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 ㄷ자형 전단장치의 상단부에 형성되는 나사홀에 상방에서 하방으로 삽입되는 2단 배근용 보강철근과, 상기 2단 배근용 수직보강철근과 2단 배근용 수직보강철근을 횡방향으로 묶어서 하나의 원기둥 형상의 철근망을 형성하는 2단 배근용 띠철근을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 확대기초의 저면인 확대기초 하단면으로부터 상기 PHC말뚝 두부의 상부절단면에 끼워지는 ㄷ자형 전단장치를 포함하는 말뚝두부가 상기 확대기초에 매입되는 길이는 10 ~ 15cm이며, 상기 PHC말뚝 두부의 상부절단면에 끼워지는 ㄷ자형 전단장치의 상부면이 상기 확대기초에 구비되는 하부주철근까지 면접촉되게 보다 더 확대기초의 내부로 길게 매입되어 인상되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조에 따르면, 확대기초에 매입되는 PHC말뚝과 확대기초 하부주철근 사이의 휨모멘트를 증가시켜 휨 전단파괴를 방지하기 위한 방안으로써, 확대기초 하단면으로부터 PHC말뚝을 10cm 이상 15cm 이하 또는 PHC말뚝을 확대기초 하부주철근까지 매입 인상하여 PHC말뚝 본체의 휨강성이 증가되고 말뚝두부의 고정도가 증대될 뿐만 아니라 횡방향 구속효과가 증대되는 효과가 있다.

또한, PHC말뚝 두부상단 절단면을 감싸는 ㄷ 자형 전단장치를 고정하기 위한 고정볼트의 미끄럼방지턱 기능에 의하여 PHC말뚝 중공부 내의 속채움 콘크리트의 완전한 페색/합성/미끄럼방지턱 효과를 극대화시키는 효과가 있다.

아울러, PHC말뚝 두부상단 절단면을 감싸는 ㄷ 자형 전단장치에 결합되는 2단 배근용 보강철근에 의한 휨모멘트 저항력이 향상되고, 상기 ㄷ 자형 전단장치에 결합되는 수평방향의 수평보강재에 의한 PHC말뚝 두부 주변의 횡방향 구속효과에 의하여 PHC말뚝과 확대기초의 결합부가 더욱 강한 휨 저항력을 갖게 됨으로써 PHC말뚝과 확대기초 결합부의 수평변위를 사전에 방지할 수 있는 효과는 물론 말뚝두부 상단 절단면을 기계톱으로 완전히 커팅하여 공기 단축과 공사비 절감과 안전시공을 유도할 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 도로교설계기준해설(2008, 한국)과 도로교시방서/동해설(2017, 일본)에 제시된 PHC말뚝과 확대기초 결합부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 종래기술에 따른 등록특허공보 10-1491746호에 제시된 보강된 두부의 유지가 가능한 말뚝의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1c는 종래기술에 따른 등록특허 10-2290747호에 제시된 콘크리트말뚝의 두부보강구조를 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC말뚝과 확대기초의 결합구조를 나타낸 결합정면도이다.
도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC말뚝과 확대기초 하부주철근의 결합구조에 대한 사시도이다.
도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC말뚝과 확대기초 하부주철근의 결합구조에 대한 수직 절단사시도이다.
도 2d는 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC말뚝과 확대기초 하부주철근의 결합구조에 대한 분해사시도이다.
도 2e는 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC말뚝과 속채움 보강철근망의 결합구조에 대한 평면도이다.
도 2f는 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC말뚝과 속채움 보강철근망 및 확대기초 하부주철근의 결합구조에 대한 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 결합정면도이다.
도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 사시도이다.
도 3c는 본 발명의 제2실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 수직 절단사시도이다.
도 3d는 본 발명의 제2실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 분해사시도이다.
도 3e는 본 발명의 제2실시예에 따른 PHC말뚝에 결합되는 ㄷ자형 전단장치에 대한 확대도이다.
도 3f는 본 발명의 제2실시예에 따른 PHC말뚝의 절단면에 대한 평면도이다.
도 3g는 본 발명의 제2실시예에 따른 PHC말뚝의 절단면과 이에 결합되는 ㄷ자형 전단장치에 대한 평면도이다.
도 3h는 본 발명의 제2실시예에 따른 확대기초 하부주철근과 PHC말뚝의 절단면 및 이에 결합되는 ㄷ자형 전단장치에 대한 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 결합정면도이다.
도 4b는 본 발명의 제3실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 사시도이다.
도 4c는 본 발명의 제3실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 수직 절단사시도이다.
도 4d는 본 발명의 제3실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 분해사시도이다.
도 4e는 본 발명의 제3실시예에 따른 PHC말뚝의 절단면과 속채움 보강철근망의 결합구조에 대한 평면도이다.
도 4f는 본 발명의 제3실시예에 따른 PHC말뚝의 절단면과 이에 결합되는 ㄷ자형 전단장치에 대한 평면도이다.
도 4g는 본 발명의 제3실시예에 따른 확대기초 하부주철근과 PHC말뚝의 절단면 및 이에 결합되는 ㄷ자형 전단장치에 대한 평면도이다.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며 아울러 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 개념과 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

< 제1실시예 > 1단 배근용 속채움 보강철근망을 구비한 PHC말뚝 두부 인상 구조

도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC말뚝과 확대기초의 결합구조를 나타낸 결합정면도이고, 도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC말뚝과 확대기초 하부주철근의 결합구조에 대한 사시도이며, 도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC말뚝과 확대기초 하부주철근의 결합구조에 대한 수직 절단사시도이고, 도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC말뚝과 확대기초 하부주철근의 결합구조에 대한 분해사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조의 제1실시예는, 도 2a의 결합정면도 및 도 2b의 사시도와 2c의 절단사시도 및 도 2d의 분해사시도에 도시된 바와 같이, 지반에 굴착공에 삽입되어 설치되는 말뚝두부가 기계톱에 의하여 수평하게 커팅되어 상부 절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100)과 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초(200)와의 결합구조에 있어서, 종래기술인 도 1a에 도시된 도로교설계기준해설(2008, 한국), 도로교시방서/동해설(2017, 일본)에서 제시된 확대기초(20)에 매입되는 PHC말뚝(10)의 절단면(11)이 형성된 말뚝두부가 확대기초 하단면(20-1)으로부터 10cm 상부로 돌출되도록 하고, PHC말뚝(10)의 절단면(11)과 확대기초 주철근(21)사이 간격은 5cm 거리를 유지하도록 배치되는 것과는 달리 본 발명의 제1실시예에 따르면, 상부절단면(110)이 포함된 PHC말뚝(100)의 말뚝두부를 확대기초(200)의 내부로 길게 매입되도록 한다.

즉, 본 발명의 제1실시예에 따르면, 상기 확대기초(200)에 매입되는 PHC말뚝(100) 두부의 길이는 PHC말뚝(100)의 두부가 매입되는 확대기초(200)의 저면인 확대기초 하단면(201)으로부터 PHC말뚝(100) 두부의 상부 절단면(110)까지의 길이로서 10 ~ 15cm이거나, 또는 상기 PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)과 확대기초(200)의 하부주철근(210) 사이의 간격이 0 ~ 5cm 높이로 PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)이 하부주철근(210)에 면접촉하는 높이까지 보다 더 길게 확대기초(200) 내부로 매입되도록 인상되는 것을 특징으로 한다,

이와 같이 확대기초(200)의 내부로 보다 깊게 매입되도록 함으로써 확대기초 콘크리트(200) 속에 매입된 PHC말뚝(100) 두부 외주면의 횡방향 구속효과에 의한 말뚝두부의 휨모멘트와 전단저항력에 저항할 수 있는 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조에 관한 것이다.

보다 상세한 구조는, 도 2a 전체 결합정면도, 도 2b의 사시도, 도 2c의 절단사시도 및 도 2d의 분해사시도에 도시된 바와 같이, 상기 PHC말뚝(100)은, 말뚝두부 내측 중공부에 속채움 콘크리트(103)를 충전하기 위하여 PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)에 갈고리(102)에 의하여 지지되는 내측 하부에 원판형의 속채움 콘크리트 거푸집(101)이 형성된다. 따라서, PHC말뚝(100)의 두부 내측 중공부에 타설한 속채움 콘크리트(103)를 속채움 콘크리트 거푸집(101)으로 구속하여 양생시킬 수 있다.

상기 확대기초(200)는, 지상 상부구조물의 기초 콘크리트로서 확대기초 콘크리트(203)의 하부 단면인 확대기초 하단면(201)과 확대기초 콘크리트(203)의 상부 단면인 확대기초 상단면(202)으로 이루어지고, 상기 확대기초 하단면(201)으로부터 확대기초 콘크리트(203) 내부 속으로 상기 PHC말뚝(100)의 두부가 상부절단면(110)을 기준으로 10cm~15cm 높이까지 매입된다.

본 발명에 따르면, 상기 확대기초 콘크리트(203)에 매입되는 PHC말뚝(100)의 두부인 상부 절단면(110)과 확대기초 하부주철근(210) 사이의 결합부에서 발생하는 균열과 휨전단력을 저항하여 지지하기 위하여, 즉 PHC말뚝(100)의 두부의 지진력에 대한 PHC말뚝(100) 본체의 과응력(휨응력, 전단응력)을 방지하기 위하여 PHC말뚝(100)의 두부와 확대기초(200)를 연결하는 보강 매개체로서의 속채움 보강철근망(300)을 포함시킴으로써 PHC말뚝의 두부 중공부 내측면에 속채움 콘크리트(103)의 충전 길이를 증가하여 화학적 부착력에 의해 PHC말뚝(100)과 속채움 콘크리트(103)가 긴밀하게 결속되도록 한다.

보다 상세하게는, 상기 PHC말뚝(100) 및 확대기초(200)에 대해서는 제1실시예에 따른 도 2a 내지 2d에 도시된 바와 같이 상기 1단 배근 속채움 보강철근망(300)은, 두부를 보강하기 위하여, 복수 개 바람직하게는 6개 ~ 8개의 이형철근이 수직으로 배치되는 1단 배근용 수직보강철근(310)과 상기 1단 배근용 수직보강철근(310)의 외측 둘레를 따라 연속적으로 연결하기 위하여 형성되는 1단 배근용 띠철근(320)과, 상기 1단 배근용 수직보강철근(310)과 상기 1단 배근용 띠철근(320)을 결속선에 의하여 소정간격으로 매듭 연결하여 원통형 기둥 구조체로 형성된다.

상기 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)의 하부측은 PHC말뚝(100)의 본체 중공부 내측으로 매입하되 상기 PHC말뚝(100)의 속채움 콘크리트 거푸집(101)으로부터 상부 10cm 까지 간격을 두고 배치되며, 상기 속채움 보강철근망(300)의 상부측은 확대기초(200) 내부로 매입하되 상기 확대기초(200)의 확대기초 하부주철근(210) 상부 일정 길이 높이로 배치되도록 하여 상기 확대기초(200)와 상기 PHC말뚝(100)의 두부가 상호 연결되도록 배치되는 구조이다.

즉 상기 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)은, 상기 확대기초(200)의 확대기초 하부주철근(210) 기준으로 사이에 두고 상기 확대기초(200)에서 확대기초 하부주철근(210)을 관통하여 상기 PHC말뚝(100)의 중공부 내부로 근입되어 상기 PHC말뚝(100)의 속채움 콘크리트 거푸집(101)으로부터 상부 10cm 까지 배치되는 구조이다.

도 2e는 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC말뚝과 1단 배근용 속채움 보강철근망의 결합구조에 대한 평면도이고, 도 2f는 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC말뚝과 1단 배근용 속채움 보강철근망 및 확대기초 하부주철근의 결합구조에 대한 평면도이다.

도시된 바와 같이, 도 2e는 PHC말뚝 중공부 내부로 삽입되는 1단 배근용 속채움 보강철근망과 PHC말뚝에 대한 평면도이고, 도 fe는 1단 배근용 속채움 보강철근망을 포함한 PHC말뚝과 확대기초 하부주철근과의 결합구조에 대한 전체 평면도로서, 상부는 상층 확대기초 하부주철근(212)과 하층 확대기초 하부주철근(211)이 서로 수직 교차되도록 배치되어 형성되는 확대기초 하부주철근(210)의 하부에는 PHC말뚝(100) 두부 본체가 배치되며, 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)은 확대기초(200)의 하부주철근(210) 위로 배치될 뿐만 아니라, PHC말뚝(100) 두부 본체의 중공부 내부로 삽입되는 구조로 배치된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)과 PHC말뚝(100) 두부 인상구조에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 PHC말뚝(100)의 두부보강구조는, PHC말뚝(100)의 두부가 확대기초(200)의 확대기초 하단면(201)으로부터 10 ~ 15cm 높이로 확대기초 하부주철근(210)까지 상기 확대기초(200)의 확대기초 콘크리트(203) 속으로 보다 더 매입(인상)하되, 최대로 PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)이 확대기초 하부주철근(210)과 면접촉하는 높이까지 상기 확대기초(200)의 확대기초 콘크리트(203) 속으로 보다 더 매입되고, PHC말뚝(100)과 속채움 콘크리트(103)의 횡방향 구속효과와 합성효과로 PHC말뚝(100) 두부의 고정도와 휨모멘트가 향상된 PHC말뚝(100)과 확대기초(200)를 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)을 매개체로 하여 서로 긴밀하게 연결 배치되어 상기 PHC말뚝(100)과 확대기초(200)의 결합부에서 PHC말뚝(100)의 두부가 보강되는 구조이다.

따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조는, 확대기초(200)의 확대기초 하단면(201)으로부터 10cm 이상 높게(길게) 확대기초(200)의 확대기초 콘크리트(203) 내부로 매입됨으로써, 확대기초 콘크리트(203)에 매입되는 PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)을 포함하는 PHC말뚝(100)의 두부와 확대기초 하부주철근(210) 사이의 결합부에서 횡방향 구속효과에 의한 PHC말뚝(100) 두부의 휨전단 저항력 향상 및 휨모멘트가 증대된다.

또한, PHC말뚝과 속채움 콘크리트의 합성효과로 향상된 말뚝두부의 고정도와 휨모멘트를 갖는 PHC말뚝(100)과 확대기초(200)를 상호 연결하기 위하여 형성되는 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)이 PHC말뚝의 중공부와 확대기초 콘크리트(203) 속에 삽입된다. PHC말뚝 상부 절단면 위의 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)은 1단 배근용 띠철근(320)으로 감싸고, PHC말뚝 상부 절단면 아래의 말뚝 중공부의 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)은 1단 배근용 조립철근(330)으로 에워싼다.

상기 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)은 PHC말뚝의 내부 중공부에 있는 속채움 콘크리트 거푸집(101)으로부터 상부 10cm 까지 배치되어 PHC말뚝(100)의 속채움 콘크리트(103)의 충전에 의하여 PHC말뚝(100)과 확대기초(200)의 확대기초 하부주철근(210)을 상호 연결시키며 PHC말뚝(100)의 두부 내측면에 속채움 콘크리트(103)와 긴밀하게 결속하여 PHC말뚝(100)과 확대기초(200) 결합부가 더욱 강한 휨 저항력을 갖게 되어 PHC말뚝과 확대기초 결합부의 수평변위를 사전에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 내진성능이 향상되는 효과가 있다.

결론적으로 본 발명에 따르면, 확대기초(200)에 매입되는 PHC말뚝(100) 말뚝두부 주변인 확대기초 저면 피복두께(215)에서 균열이 발생하기 전까지는 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)이 PHC말뚝(100)과 확대기초(200)의 연결구조체로 거동한다. 즉, 확대기초(200)에 근입되는 PHC말뚝(100) 말뚝두부의 근입깊이가 종래기술의 시방서의 지침보다도 더 깊게 10cm ~ 15cm로 최대 33%의 매입길이가 증가하여 인상되기 때문에 그 만큼 더 속채움 콘크리트(103)와 PHC말뚝(100) 본체와의 시멘트에 의한 부착력이 보호를 받기 때문에 PHC말뚝(100)과 확대기초(20)의 결합부 역할이 더욱 강결합 조건으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

< 제2실시예 > 다수 개의 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝 두부 인상 구조

도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 결합정면도이고, 도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 사시도이며, 도 3c는 본 발명의 제2실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 수직 절단사시도이며, 도 3d는 본 발명의 제2실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 분해사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제2실시예는 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 선단부가 커팅된 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100)과, 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초(200)와, 상기 PHC말뚝(100)의 두부가 상기 확대기초의 확대기초 저면 피복두께(215)에 매입되어 배치되도록 한다.

상기 PHC말뚝(100)의 중공부인 내측면에 접하는 내측부(411)와 상기 PHC말뚝(100)의 두부 상부절단면(110)에 접하는 상단부(412) 및 상기 PHC말뚝(100)의 외측면에 접하는 외측부(413)로 이루어져서 상기 PHC말뚝의 상부를 감싸는 구조로 내측부(411), 상단부(412) 및 외측부(413)에 나사홀(410)을 각각 형성하여 구비되는 다수 개의 ㄷ자형 전단장치(400)를 구비한다.

본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 내측부(411)에 형성되는 나사홀(410)에 내측에서 외측으로 관통하여 상기 PHC말뚝(100)의 내측면에 밀착되게 삽입되는 다수 개의 고정볼트(415)에 의하여 상기 ㄷ자형 전단장치(400)가 고정되도록 한다.

상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 외측부(413)에 형성되는 나사홀(410)에 외측에서 내측 방향으로 수평보강재(420)가 삽입된다.

본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 상단부(412)에 형성되는 나사홀(410)에 상방에서 하방으로 2단 배근용 수직보강철근(430)이 삽입된다.

상기 2단 배근용 수직보강철근(430)을 2단 배근용 띠철근(440)에 의하여 결속선에 의해 횡방향으로 묶어서 하나의 원기둥 형상의 철근콘크리트 구조체 철근망을 형성한다.

보다 상세하게는, 상기 PHC말뚝(100)은, 두부 내측 중공부에 속채움 콘크리트(103)를 충전하기 위하여 상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 내측부(411)에 형성되는 나사홀(410)에 삽입되는 다수 개의 고정볼트(415)에 걸쳐지는 갈고리(102)에 의하여 지지되는 내측 하부에 원판형의 속채움 콘크리트 거푸집(101)이 형성된다. 따라서, PHC말뚝(100)의 두부 내측 중공부에 타설한 속채움 콘크리트(103)를 속채움 콘크리트 거푸집(101)으로 구속하여 양생시킬 수 있다.

상기 확대기초(200)는 지상 상부구조물의 기초 콘크리트로서 확대기초 콘크리트(203)의 하부 단면인 확대기초 하단면(201)과 확대기초 콘크리트(203)의 상부 단면인 확대기초 상단면(202)으로 이루어지며, 확대기초 저면 피복두께(205)내에 PHC말뚝(100)의 말뚝두부가 매입되어 결합 구조가 형성된다.

도 3e는 본 발명의 제2실시예에 따른 PHC말뚝에 결합되는 ㄷ자형 전단장치에 대한 확대도이다.

도시된 바와 같이, 상기 ㄷ자형 전단장치(400)는, 강관재질로 형성되며 상기 PHC말뚝(100)의 두부 상부절단면(110)을 감싸도록 원통형의 상기 PHC말뚝(100)을 따라 4 ~ 12개가 끼워져서 형성된다.

보다 상세하게는, 상기 ㄷ자형 전단장치(400)는, 상기 PHC말뚝(100)의 중공부인 내측면에 접하는 내측부(411)와 상기 PHC말뚝(100)의 두부 상부절단면(110)에 접하는 상단부(412) 및 상기 PHC말뚝(100)의 외측면에 접하는 외측부(413)로 이루어진다.

상기 ㄷ자형 전단장치(400)는 상기 PHC말뚝(100)의 두부 상부인 상부절단면(110)을 감싸는 구조로서, 상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 내측부(411)는, 상기 PHC말뚝(100)의 내측면에 밀착하여 수직 하방으로 길게 형성되며 복수 개의 나사홀(410)을 구비하고 있으며, 상기 내측부(411)의 복수 개 나사홀(410)에 보다 큰 직경의 머리두께를 갖는 고정볼트(415)가 중공부 내측에서 외측 방향으로 삽입 관통하여 고정볼트(415)의 끝단부가 상기 PHC말뚝(100)의 내측면에 견고하게 밀착되어 상기 PHC말뚝(100)에 상기 ㄷ자형 전단장치(400)를 고정시키도록 한다.

이때 상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 내측부(411)에 삽입되는 고정볼트(415)에는 상기 PHC말뚝(100)의 중공부 내측 하부에 배치되는 원판형의 속채움 콘크리트 거푸집(101)을 지지하는 갈고리(102)가 걸쳐진다.

상기 PHC말뚝(100)의 상단부(412)는, 상기 PHC말뚝(100)의 두부 상부인 상부절단면(110) 상부에 소정의 두께로 배치되며 상기 PHC말뚝(100)의 상단부(412)의 외측으로 나사홀(410)이 형성되어 있으며, 상기 나사홀(410)에 2단 배근용 수직보강철근(430)이 수직하게 삽입된다.

원통형상의 상기 PHC말뚝(100) 상부절단면(110)을 감싸도록 끼워지는 4 ~ 12개의 ㄷ자형 전단장치(400) 상단부(412) 각각의 나사홀(410)에 삽입되는 2단 배근용 수직보강철근(430)은 2단 배근용 띠철근(440)에 의하여 결속선으로 횡방향으로 묶여져 횡방향 구속효과를 야기시켜서 하나의 원통형상의 철근콘크리트 구조체를 형성한다.

상기 PHC말뚝(100)의 외측면에 밀착하여 수직 하방으로 형성되는 상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 외측부(413)에는 나사홀(410)이 형성되어 있으며, 상기 외측부(413) 나사홀(410)에 수평보강재(420)가 수평하게 삽입된다.

본 발명의 제2실시예에 따르면, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이 PHC말뚝(100) 말뚝중심으로부터 2단 배근용 수직보강철근(430)의 설치위치를 멀리 떨어지도록 배치함으로써 지진력에 발생하는 PHC말뚝(100)의 회전과 수평 방향의 힘에 대하여 휨전단 저항력을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 제1실시예와 같이, 상기 확대기초(200)의 저면인 확대기초 하단면(201)으로부터 상기 PHC말뚝(100) 두부의 상부절단면(110)에 끼워지는 ㄷ자형 전단장치(400)를 포함하여 상기 확대기초(200)에 15cm 이하로 매입된다.

상기 확대기초 하단면(201)으로부터 확대기초 콘크리트(203) 내부 속으로 PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)에 끼워진 ㄷ자형 전단장치(400)를 포함하는 상기 PHC말뚝(100) 말뚝두부의 길이는 10cm 이상 15cm 높이까지 매입되도록 한다.

즉, 상기 확대기초(200)의 내부 속으로 PHC말뚝(100)의 말뚝두부가 보다 길게 매입되도록 즉, 상기 확대기초(200)의 저면인 확대기초 하단면(201)으로부터 상기 PHC말뚝(100) 두부의 상부절단면(110)에 끼워진 ㄷ자형 전단장치(400) 까지 상기 확대기초에 매입되는 PHC말뚝(100)의 말뚝두부 길이는 10 ~ 15cm이거나, 또는 상기 PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)과 확대기초(200)의 하부주철근(210) 사이의 간격이 0 ~ 5cm 높이로 PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)에 끼워진 ㄷ자형 전단장치(400)의 상부면이 하부주철근(210)에 면접촉하는 높이까지 보다 더 확대기초(200) 내부로 길게 매입되어 인상된다.

즉, 상기 PHC말뚝(100) 두부의 상부절단면(110)에 끼워진 ㄷ자형 전단장치(400)를 포함하는 상기 PHC말뚝(100) 말뚝두부가 상기 확대기초(200)에 구비되는 하부주철근(210)까지 면접촉되게 보다 더 확대기초(200)의 내부로 길게 매입되어 인상되도록 한다.

따라서, 본 발명에 따른 제2실시예에 따르면, PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)에 끼워지는 ㄷ자형 전단장치(400)를 포함하는 말뚝두부가 확대기초(200)의 확대기초 하단면(201)으로부터 10cm 이상 높게(길게) 확대기초(200)의 확대기초 콘크리트(203) 내부로 매입됨으로써, 확대기초 콘크리트(203)에 매입되는 PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)을 포함하는 PHC말뚝(100)의 두부와 확대기초 하부주철근(210) 사이의 결합부에서 횡방향 구속효과에 의한 PHC말뚝(100) 두부의 휨전단 저항력 향상 및 휨모멘트가 증대되는 효과가 있다.

또한 PHC말뚝(100) 본체와 ㄷ자형 전단장치(400)를 PHC말뚝(100)의 내측면에 고정하는 보다 큰 직경의 머리두께를 갖는 고정볼트(415)는 속채움 콘크리트(103)의 미끄럼방지턱 역할을 하기 때문에 보다 큰 직경의 머리두께를 갖는 고정볼트(415)를 통하여 PHC말뚝(100) 본체 내의 속채움 콘크리트(103)는 완전한 페색/힙성 효과가 있다.

아울러, 상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 상단부(412) 외측에 2단 배근용 수직보강철근(430)을 삽입하여 고정되기 때문에 PHC말뚝(100) 말뚝두부에 휨모멘트 저향력이 향상되는 효과가 있다.

본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 외측부(413)에 형성되는 나사홀(410)에 수평보강재(420)가 수평하게 삽입 고정되기 때문에 지진력에 의하여 확대기초(200)에 매입되는 PHC말뚝(100) 두부 주변에 콘크리트가 파손되면 PHC말뚝(100) 본체의 변위가 급속도로 증가하기 때문에 확대기초(200)의 확대기초 저면 피복두께(205)에서 상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 외측부(413)의 나사홀(410)에 삽입되어 설치되는 수평보강재(420)에 의하여 횡방향 구속효과가 증대되는 효과가 있다.

도 3f는 본 발명의 제2실시예에 따른 PHC말뚝의 절단면에 대한 평면도이고, 도 3g는 본 발명의 제2실시예에 따른 PHC말뚝의 절단면과 이에 결합되는 ㄷ자형 전단장치에 대한 평면도이며, 도 3h는 본 발명의 제2실시예에 따른 확대기초 하부주철근과 PHC말뚝의 절단면 및 이에 결합되는 ㄷ자형 전단장치에 대한 평면도이다.

도시된 바와 같이, PHC말뚝(100)의 말뚝두부 상부는 커팅면으로서 상부절단면(110)으로 형성되며 그 본체 내부에는 PC강봉(150)이 매입되어 있다.

상기 PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)을 감싸도록 다수 개의 ㄷ자형 전단장치(400)가 끼워지며, 상부방향으로는 2단 배근용 수직보강철근(430)이 수직하게 삽입 고정되며, 수평방향으로는 수평보강재가 수평하게 삽입 고정되는 구조이며, 상기 2단 배근용 수직보강철근(430)은 횡방향으로 2단 배근용 띠철근(440)에 의하여 구속되어 원통형상의 철근콘크리트 구조체를 형성한다.

상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 상부면 상부에 밀접하게 상층 확대기초 상부주철근(212)과 하층 확대기초 하부주철근(211)이 서로 수직 교차되도록 배치되는 확대기초 하부주철근(210)이 배치된다. 즉, 상기 확대기초 하부주철근(210)의 하층 확대기초 하부주철근(211) 하부에는 PHC말뚝(100) 두부 본체가 배치되는 구조이다.

상기 PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)을 감싸는 ㄷ자형 전단장치(400)의 상부면으로부터 상부방향으로 밀접촉되게 배치되는 확대기초 하부주철근(210)은, 하층(횡방향의) 확대기초 하부주철근(211)과 그 상부에 상층(종방향의) 확대기초 하부주철근(212)이 서로 수직 교차되도록 배치된다.

< 제3실시예 > 1단 배근용 속채움 보강철근망을 포함하는 다수 개의 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝 두부 인상 구조

도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 결합정면도이고, 도 4b는 본 발명의 제3실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 사시도이며, 도 4c는 본 발명의 제3실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 수직 절단사시도이고, 도 4d는 본 발명의 제3실시예에 따른 확대기초와 확대기초에 매입되는 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝의 결합구조를 나타낸 분해사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제3실시예에 따른 1단 배근용 속채움 보강철근망을 포함하는 다수 개의 ㄷ자형 전단장치를 구비한 PHC말뚝 두부 인상 구조는, 전술한 제2실시예에 따른 다수 개의 ㄷ자형 전단장치(400)를 구비한 PHC말뚝 두부 인상 구조에 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)을 더 포함하는 구조이다.

본 발명의 제3실시예에 따르면, PHC말뚝(100) 말뚝두부의 지진력에 대한 PHC말뚝(100) 본체의 과응력(휨응력과 전단응력)을 방지하기 위하여 PHC말뚝(100) 내측 중공부에 철근 콘크리트 구조체인 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)을 PHC말뚝(100) 상부에서 하부 방향으로 길이 약 1m 길이로 충전 설치하여 배치되도록 한다.

본 발명에 따른 제3실시예에 따른 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조는, 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 말뚝두부가 커팅된 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100)과, 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초(200)와, 상기 PHC말뚝(100)의 말뚝두부가 상기 확대기초의 확대기초 저면 피복두께(215)에 매입되어 배치되도록 한다.

상기 PHC말뚝(100)의 중공부인 내측면에 접하는 내측부(411)와 상기 PHC말뚝(100)의 두부 상부절단면(110)에 접하는 상단부(412) 및 상기 PHC말뚝(100)의 외측면에 접하는 외측부(413)로 이루어져서 상기 PHC말뚝의 상부를 감싸는 구조로서 내측부(411), 상단부(412) 및 외측부(413)에 나사홀(410)을 각각 형성하여 구비되는 다수 개의 ㄷ자형 전단장치(400)를 구비한다.

상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 내측부(411)에 형성되는 나사홀(410)에 내측에서 외측으로 관통하여 상기 PHC말뚝(100)의 내측면에 밀착되게 삽입되는 다수 개의 고정볼트(415)에 의하여 상기 ㄷ자형 전단장치(400)가 고정되도록 한다.

상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 상단부(412)에 형성되는 나사홀(410)에 상방에서 하방으로 2단 배근용 수직보강철근(430)이 삽입된다.

본 발명의 제3실시예에 따르면, 상기 2단 배근용 띠철근(440)에 의하여 상기 2단 배근용 수직보강철근(430)을 결속선에 의해 횡방향으로 묶어서 하나의 원기둥 형상의 철근콘크리트 구조체 철근망 내부에 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)을 포함하는 구조로 형성된다.

상기 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)은, 복수개의 이형철근이 수직하게 배치되는 1단 배근용 수직보강철근(310)과, 상기 1단 배근용 수직보강철근(310)의 외측 둘레를 따라 연속적으로 연결하기 위하여 형성되는 1단 배근용 띠철근(320)과, 상기 1단 배근용 수직보강철근(310)과 상기 1단 배근용 띠철근(320)을 결속선(350)에 의하여 소정간격으로 매듭 연결하여 원통형 기둥 구조체로 형성된다.

상기 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)의 상부측은 상기 확대기초(200)의 확대기초 하부주철근(210) 상부 일정 길이 높이로 배치하고, 상기 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)의 하부측은 상기 PHC말뚝(100)의 본체 중공부 내측으로 상기 PHC말뚝(100) 하부에 구비되는 속채움 콘크리트 거푸집(101)으로부터 상부 10cm 까지 매입되어 배치된다.

상기 PHC말뚝(100)의 말뚝두부와 상기 확대기초(200)가 상기 1단 배근용 속채움 보강철근망(300)을 매개체로 상호 연결되어 배치된다.

따라서, 1단 배근용 속채움 보강찰근망(300)은 PHC말뚝(100)의 말뚝두부 주면의 횡방향 구속효과로 인하여 장기간 동안 휨모멘트 저항을 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 4e는 본 발명의 제3실시예에 따른 PHC말뚝의 절단면과 속채움 보강철근망의 결합구조에 대한 평면도이고, 도 4f는 본 발명의 제3실시예에 따른 PHC말뚝의 절단면과 이에 결합되는 ㄷ자형 전단장치에 대한 평면도이며, 도 4g는 본 발명의 제3실시예에 따른 확대기초 하부주철근과 PHC말뚝의 절단면 및 이에 결합되는 ㄷ자형 전단장치에 대한 평면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 PHC말뚝(100)의 말뚝두부 상부는 커팅면으로서 상부절단면(110)으로 형성되며 그 본체 내부는 PC강봉(150)이 매입되어 있으며, 내측 중공부내에 상기 1단 배근용 수직보강철근(310)과 1단 배근용 수직보강철근(310)의 외측 둘레를 따라 연속적으로 연결하기 위하여 형성되는 1단 배근용 띠철근(320)으로 이루어지는 1단 배근용 속채움 보강찰근망(300)이 배치되는 구조이다.

또한, 상기 PHC말뚝(100)의 상부절단면(110)을 감싸도록 다수 개(4 ~ 12개)의 ㄷ자형 전단장치(400)가 끼워지며, 상부방향으로는 2단 배근용 수직보강철근(430)이 수직하게 삽입 설치되며, 수평방향으로는 수평보강재가 수평하게 삽입 설치되는 구조이며, 상기 2단 배근용 수직보강철근(430)은 횡방향으로 2단 배근용 띠철근(440)에 의하여 구속되어 원통형상의 철근콘크리트 구조체를 형성한다.

상기 ㄷ자형 전단장치(400)의 상부면 상부에 밀접하게 상층 확대기초 상부주철근(212)과 하층 확대기초 하부주철근(211)이 서로 수직 교차되도록 배치되는 확대기초 하부주철근이 배치된다. 즉, 상기 확대기초 하부주철근(210)의 하층 확대기초 하부주철근(211) 하부에는 PHC말뚝(100) 두부 본체가 배치되는 구조이다.

10 : PHC말뚝
10-1 : 바닥판 10-3 : 속채움 콘크리트
11 : 절단면 15 : PC강봉
20 : 확대기초
20-1 : 확대기초 하단면 20-2 : 확대기초 상단면
20-4 : 버림콘크리트 21 : 확대기초 주철근
30 : 속채움 보강철근망
31 : 수직보강철근 32 : 띠철근
33 : 조립철근
40 : 보강철근망 41 : 고정지지체
43 : 수직보강철근, 연직보강재
44 : 띠철근, 횡보강재 50 : 구조체
100 : PHC말뚝
101 : 속채움 콘크리트 거푸집
102 : 갈고리 103 : 속채움 콘크리트
105 : PC강봉 110 : 상부절단면
200 : 확대기초
201 : 확대기초 하단면 202 : 확대기초 상단면
203 : 확대기초 콘크리트 204 : 버림콘크리트
205 : 확대기초 저면 피복두께
210 : 확대기초 하부주철근
211 : 하층 확대기초 하부주철근 212 : 상층 확대기초 하부주철근
215 : 확대기초 저면 피복두께
300 : 1단 배근용 속채움 보강철근망
310 : 1단 배근용 수직보강철근 320 : 1단 배근용 띠철근
330 : 1단 배근용 조립철근 350 : 결속선
400 : ㄷ 자형 전단장치
410 : 나사홀
411 : 내측부 412 : 상단부
413 : 외측부
415 : 고정볼트 420 : 수평보강재
430 : 2단 배근용 수직보강철근 440 : 2단 배근용 띠철근

Claims

지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 말뚝두부가 커팅된 상부절단면이 형성된 PHC말뚝과;
지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초와;
상기 PHC말뚝의 두부가 상기 확대기초의 저면 피복두께에 매입되어 배치되며,
상기 PHC말뚝 두부의 상부절단면과 상기 확대기초에 구비되는 하부주철근 사이의 간극에 없이 상기 PHC말뚝 두부의 상부절단면이 상기 확대기초에 구비되는 하부주철근과 면접촉되게 보다 더 확대기초의 내부로 길게 매입되어 인상되는 것을 특징으로 하는 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조.
청구항 1에 있어서,
복수개의 이형철근이 수직하게 배치되는 1단 배근용 수직보강철근과, 상기 1단 배근용 수직보강철근의 외측 둘레를 따라 연속적으로 연결하기 위하여 형성되는 1단 배근용 띠철근과, 상기 1단 배근용 수직보강철근과 상기 1단 배근용 띠철근을 결속선에 의하여 소정간격으로 매듭 연결하여 원통형 기둥 구조체로 형성되는 1단 배근용 속채움 보강철근망과;
상기 1단 배근용 속채움 보강철근망의 상부측은 상기 확대기초의 확대기초 하부주철근 상부 일정 길이의 높이로 배치하고, 상기 1단 배근용 속채움 보강철근망의 하부측은 상기 PHC말뚝의 본체 중공부 내측으로 상기 PHC말뚝 하부에 구비되는 속채움 콘크리트 거푸집으로부터 상부 10cm 까지 매입되어 배치되며,
상기 PHC말뚝의 두부와 상기 확대기초가 상기 1단 배근용 속채움 보강철근망을 매개체로 상호 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조.
지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 말뚝두부가 커팅된 상부절단면이 형성된 PHC말뚝과;
지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초와;
상기 PHC말뚝의 두부가 상기 확대기초의 확대기초 저면 피복두께에 매입되어 배치되며,
상기 PHC말뚝의 중공부인 내측면에 접하는 내측부와 상기 PHC말뚝의 두부 상부절단면에 접하는 상단부 및 상기 PHC말뚝의 외측면에 접하는 외측부로 이루어져서 상기 PHC말뚝의 상부를 감싸는 구조로서 내측부, 상단부 및 외측부에 나사홀을 각각 형성되어 상기 PHC말뚝의 두부 상부절단면을 감싸서 끼워지는 다수 개의 ㄷ자형 전단장치와;
상기 ㄷ자형 전단장치의 내측부에 형성되는 나사홀에 내측에서 외측으로 관통하여 상기 PHC말뚝의 내측면에 밀착되게 삽입되는 다수 개의 고정볼트와;
상기 ㄷ자형 전단장치의 외측부에 형성되는 나사홀에 외측에서 내측 방향으로 삽입되는 수평보강재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조.
청구항 3에 있어서,
상기 ㄷ자형 전단장치의 상단부에 형성되는 나사홀에 상방에서 하방으로 삽입되는 2단 배근용 보강철근과;
상기 2단 배근용 수직보강철근과 2단 배근용 수직보강철근을 횡방향으로 묶어서 하나의 원기둥 형상의 철근망을 형성하는 2단 배근용 띠철근; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 PHC말뚝 두부의 상부절단면에 끼워지는 ㄷ자형 전단장치의 상부면과 상기 확대기초에 구비되는 하부주철근 사이의 간극이 없이 상기 PHC말뚝 두부의 상부절단면에 끼워지는 ㄷ자형 전단장치의 상부면이 상기 확대기초에 구비되는 하부주철근과 면접촉되게 보다 더 확대기초의 내부로 길게 매입되어 인상되는 것을 특징으로 하는 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조.
청구항 5에 있어서,
복수개의 이형철근이 수직하게 배치되는 1단 배근용 수직보강철근과, 상기 1단 배근용 수직보강철근의 외측 둘레를 따라 연속적으로 연결하기 위하여 형성되는 1단 배근용 띠철근과, 상기 1단 배근용 수직보강철근과 상기 1단 배근용 띠철근을 결속선에 의하여 소정간격으로 매듭 연결하여 원통형 기둥 구조체로 형성되는 1단 배근용 속채움 보강철근망과;
상기 1단 배근용 속채움 보강철근망의 상부측은 상기 확대기초의 확대기초 하부주철근 상부 일정 길이 높이로 배치하고, 상기 1단 배근용 속채움 보강철근망의 하부측은 상기 PHC말뚝의 본체 중공부 내측으로 상기 PHC말뚝 하부에 구비되는 속채움 콘크리트 거푸집으로부터 상부 10cm 까지 매입되어 배치되며,
상기 PHC말뚝의 두부와 상기 확대기초가 상기 1단 배근용 속채움 보강철근망을 매개체로 상호 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중 분포를 위한 PHC말뚝의 두부보강구조.