KR20020010390A

KR20020010390A - 프리스트레스트 합성파일 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20020010390A
Application number: KR1020000044092A
Authority: KR
Inventors: 김회준
Original assignee: 김회준; 이대호; (주)스틸엔콘크리트
Priority date: 2000-07-29
Filing date: 2000-07-29
Publication date: 2002-02-04
Also published as: KR100430243B1

Abstract

이 발명은 켄틸레버식 토류벽, 자유단 지지법에 의한 앵커된 토류벽, 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽의 상부파일의 휨모맨트 구간 양단 또는 휨모맨트 구간을 연결한 두개를 휨모맨트 구간 양단을 지지점으로하고 최대 휨모맨트점 부근을 하중 작용점으로 하여 I형강의 일측 플랜지에 휨인장을 발생시킨 상태에서 휨인장이 발생된 플랜지에 케이싱 콘크리트를 타설 양생한 후 하중을 제거하고 파일 단위로 나머지 강형에 케이싱 콘크리트를 타설 양생하여 콘크리트 피복된 파일에 휨모맨트 분포에 대응되는 프리스트레스트 저항 모맨트를 도입한 프리스트레스트 합성파일 및 그 제작방법을 제공한다. 이 발명에 의하면 강재의 부식 발생을 최소화 하며, 강재의 단면적을 감소시켜 경제성을 높이며, 버팀대의 사용을 최소화 또는 기피할 수 있어 작업 공간의 장애물을 줄일 수 있고, 토류벽의 토압에 의한 파일의 휨모멘트 대응형으로 저항 모멘트를 분포시킨 합성파일 및 그 제작 방법을 제공하는 것이다.

Description

프리스트레스트 합성파일 및 그 제조방법 { PRESTRESSED COMPOSITION PILE AND THE MANUFACTURING PROCESS }

이 발명은 토류벽 또는 안벽을 시공하기 위한 휨 모멘트 대응형 프리스트레스트 합성파일 및 그 제작방법에 관한 것이다.

지하공사를 안전하고 원활하게 할 수 있도록 또한 굴착벽면의 암괴나 토사 등의 유입을 방지하기 위하여 설치하는 토류벽의 지지 파일은 주로 I형강을 사용하여 토압에 저항하게 하였다. 토류벽의 지지파일로서 설치하는 I형강은 토사와 접하며 대개는 지하수에 접속되고 있어 부식이 크고, 굴착깊이가 깊어질 수록 큰 토압을 저항할 수 있도록 단면이 거대해지고, 상당수의 버팀대(strut)를 설치하여 횡방향 변형에 대비해야만 했다. 이러한 버팀대는 작업공간의 장애물이되고 설치 및 제거공사가 요구되어 공사비용과 공사기간의 증대 요인이 되기도 한다.

합성파일에 고려되어야 할 측압 분포도는 도3 켄틸레버식 토류벽 모멘트도와 도4 자유단 지지법에 의한 앵커된 토류벽 휨모멘트도와 도7 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽 휨모멘트도와 같다. 이러한 휨모멘트들은 시공된 파일이 임계 측압을 받았을 때 휘어지는 작용점을 제시하는 것으로서, 합성파일의 제작은 측압 대응형으로 제작 할 것이 아니라 휨모멘트에 부합되도록 제작되어져야 최대 임계 버팀응력을 나타낼 수 있음을 의미한다.

그러나 프리스트레스트 합성파일을 측압 대응형으로 제작한다면 도4에서와 같이 최대 모멘트점이 자유단으로부터 0.2L에 위치할 경우 실제의 최대 모멘트보다 1.25배가 많은 휨모멘트가 일어나도록 제작하여야 하므로 휨 모멘트 대응형에 비하여 매우 비경제적이다.

이 발명의 목적은 I형강과 이를 콘크리트로 피복하여 콘크리트에 프리스트레스트 응력을 도입시켜 강재와 콘크리트의 재료 역학적 잇점을 응용하는 토류벽 지지용 합성 파일을 제공함에 있다.

이 발명의 다른 목적은 지지파일의 강재에 콘크리트를 피복함으로써 부식 발생을 최소화 하며 , 강재의 단면적을 감소시켜 경제성을 높이며, 버팀대의 사용을 최소화 또는 기피할 수 있어 작업 공간의 장애물을 줄일 수 있는 토류벽 지지용 합성파일을 제공함에 있다.

이 발명의 다른 목적은 켄틸레버식 토류벽, 자유단 지지법에 의한 앵커된 토류벽 또는 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽에 시공되는 합성파일을 제공함에 있어서, 이들 토류벽의 토압에 의한 파일의 휨모멘트 대응형으로 제작한 합성파일및 그 제작 방법을 제안함에 목적이 있다.

도1은 토류벽 지지파일에 가해지는 측압 분포도

도2는 프리스트레스트 합성파일 제작공정도

도3은 켄틸레버식 토류벽의 일반적인 휨 모멘트도

도4는 자유단 지지법에 의한 앵커된 토류벽의 일반적인 모멘트도

도5는 켄틸레버식 토류벽과 자유단 지지법에 의한 앵커된 토류벽용 프리스트레스트 합성파일 제작 공정도

도6은 켄틸레버식 토류벽과 자유단 지지법에 의한 앵커된 토류벽용 프리스트레스트 합성파일 제작도 공정도

도7은 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽의 일반적인 휨 모멘트도

도8은 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽용 상부 프리스트레스트 합성파일 제작공정도

도9는 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽용 상부 프리스트레스트 합성파일 제작공정도

도10은 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽용 하부 프리스트레스트 합성파일 제작공정도

도11은 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽용 상부와 하부파일 결합공정도

도1은 토류벽 지지파일에 가해지는 측압 분포도, 도2는 토류벽 지지용 프리스트레스트 합성파일 제작과정을 도시한 것이다.

도2(a)는 동시에 2개의 프리플렉스 합성보를 만들기 위하여, 하향으로 처지게 소성된 I형강 2개를 볼트로 연결하고, 중앙부가 부상되게 뒤집어 양단의 지지점(ㅿ,ㆁ)위에 거치한 상태도이다.

도2(b)는 중앙의 연결부에 상부 플랜지(30)에 하중P를 가하여 I형강의 하부 플랜지(20)에 휨 인장이 일어나도록 하였다. I형강에 내재한 휨 인장력은 적분도와 같이 연결부를 꼭지점으로하는 이등변 삼각형이다.

도2(c)는 하중 P를 가한 상태에서 I형강 하부 플랜지에 케이싱 콘크리트(20)를 피복시켜 양생한다.

도2(d)는 하중 P을 제거하고 중앙의 연결부를 분리한 상태도이다. 하중 P을 제거하면 하부 플랜지에 내재한 휨 인장력은 케이싱 콘크리트의 프리스트레스트 응력으로 전환되고, 2개의 I형강을 분리하면 저항 모맨트 분포는 적분도와 같이 I형강 대분에 걸친 직각 삼각형의 모양이 된다.

도2(e)에서 나머지 강형에 콘크리트(40)를 피복하여 합성파일을 완성하였다. 완성된 합성파일에 직각삼각형의 모양으로 프리스트레스트 응력이 분포 됨으로써 도1의 측압 분포에 대응되는 합성파일을 얻는것이다.

도2(f)는 완성된 합성파일의 사도이다. 이 파일의 일측 플랜지에 측압 대응 분포의 저항 프리스트레스트 응력을 내재 하고있다.

도2와같은 프리스트레스트 합성파일은 도1의 측압분포 대응형 합성파일로서 파일이 시공 후 측압을 받았을 때 최대 버팀 응력을 발휘하지 못하여 임계 버팀응력이 낮아지는 결점을 가진다.

휨 모멘트 대응형 합성파일을 만들기 위하여 먼저 먼저 토압에 의한 파일의 휨모멘트의 유형을 살펴보면, 도3의 켄틸레버식 토류벽의 토압에 의한 일반적인 휨모멘트와 도4의 자유단 지지법에 의한 앵커(ANCHOR)된 토류벽의 정모멘트구간의 토압에 의한 일반적인 휨모멘트는 유사성이 많다. 이 휨모멘트가 유사한 토류벽 합성파일은 같은 제조과정으로 제조할 수 있다.

도3, 도4 휨모멘트에 대응되는 합성파일의 제조법을 도5의 실시예로서 설명한다.

도5(a)에서 동시에 2개의 프리플렉스 합성보를 만들기 위하여, 하향으로 처지게 소성된 I형강 2개를 볼트로 연결하고, 중앙부가 부상되게 뒤집어 양단의 지지점(ㅿ,ㆁ)위에 거치한 상태도이다. 프리스트레스트 I형강 지지점(ㅿ,ㆁ)은 휨모멘트상의 압축력 발생구간(L)의 양단점이다. 상세히 도3의 휨모멘트에서 휨 발생구간 양단은 연결된 I형강의 양단에 있다. 도4의 휨모멘트에서 휨 발생점은 휨모멘트 변곡점으로서 I형강의 일단에서 앵커 부모멘트 구간 α를 들어간 모멘트 변곡점과 I형강의 타단이다. 지지점지지점(ㅿ)을 모멘트변곡점으로 설정하면 구간 α에는 휨인장과 프리스트레스트 압축력이 되입되지 않는다.

도5(b)는 연결한 I형강재 상부플랜지(30)에 도3내지 도4에서 표기된 최대 모멘트점(Mmax)에 하중 P,P 를 가하여 아래플랜지(10)에 휨인장이 일어나도록 한다. 이때 최대 휨모멘트가 일어나는 부근의 하중점은 1개 이상으로 할 수 있다. I형강에 내재한 휨 인장력의 적분도에서 하중점 P,P가 사다리꼴의 평행 단변 양단점이 됨을 볼 수 있다.

도5(c)는 휨인장이 일어난 I형강의 아래플랜지(10)에 케이싱 콘크리트(20)를 타설한 상태도이다. 콘크리트는 휨모멘트구간(L)에서 일측으로 약간 치우쳐 있다.

도5(d)에서 I형강재의 하부플랜지(10)에 타설한 콘크리트(20)가 양생된 후, 하중 P를 제거하고 연결된 중앙을 분리하여 I형강재의 복원력으로 I형강재의 하부플랜지(10)를 감싼 콘크리트(20)에 프리스트레스트 압축력을 도입 하였다. 도시된 압축력의 적분도 즉, 저항모맨트는 휨모멘트구간(L)의 일부에 위치하고 휨모멘트에 대응되는 이등변 삼각형이 됨을 보여준다.

도5(e)는 I형강재의 상부플랜지(30)를 감싸는 콘크리트(40)를 타설하여 양생시켜 2개의 파일을 완성한 상태도이다. 완성된 합성파일에서도 도시된 압축력 적분도는 휨모멘트구간(L)에서 휨모멘트에 대응됨을 보여준다.

도5(f)는 완성된 프리스트레스트 합성파일의 사시도이다. 합성 파일의 일측 플랜지의 케이싱 콘크리트에 상술한 휨 모멘트 대응형 압축력이 도입되어 있으며타측의 콘트리트에는 압축력이 도입되지 않다.

이와 같이 이 발명은 콘크리트와 강재의 재료공학적 특성을 정밀하게 이용하여 합성파일에 내재하는 저항 모멘트 분포를 토압에 의한 휨모멘트 분포에 정밀하게 일치시켜 토류벽 시공시 발생하는 휨력에 경제적이고 효과적으로 대응할 수 있게 하는 것이다.

다른 실시예 도6을 인용하여 휨모멘트 대응 복합파일의 제작방법을 설명하고자 한다.

도6(a)는 중앙이 부상되게 소성시킨 1개의 I형강을 지지점(ㅿ,ㆁ)에 거치한 상태이다. 이때 지지점은 I형강재 일측으로 부터 도4에서 표기된 앵커 부모멘트구간 α의 내측에 위치하는 휨모멘트 변곡점과 I형강재의 타단이다.

켄틸레버식 널말뚝에 필요한 파일은 지지점을 I형강재의 양단으로 한다.

도6(b)는 I형강 상부플랜지(30)상에서 도3, 도4의 최대 모멘트점(Mmax)에 하중 P를 작용시켜 아래플랜지(10)에 휨인장이 일어나도록 한다. 이때 최대 휨모멘트가 일어나는 부근의 하중점은 1개 이상으로 할 수 있다. 아래 적분도에서 하중 P에의한 휨 인장 분포가 휨모멘트 구간(L)을 밑변으로 하고 하중점 P를 꼭지점으로 하는 삼각형이 됨을 볼수 있다.

도6(c)는 하중 P로 휨인장이 일어난 I형강의 아래플랜지(10)에 압축 콘크리트(20)를 타설한 상태도이다.

도6(d)는 하중 P를 제거하여 양생된 하부플랜지 콘크리트에 프리스트레스트압축력이 도입된 상태도이다. 프리스트레스트 압축력은 휨모멘트 구간(L)을 밑변으로 하고 하중점 P를 꼭지점으로 하는 삼각형이 됨을 볼수 있다.

도6(e)는 I형강의 상부플랜지(30)를 감싸는 콘크리트(40)를 타설하여 1개의 파일을 완성한 상태도이다. 완성된 합성파일에 프리스트레스트 압축력이 휨모멘트 구간(L)을 밑변으로 하고 하중점 P를 꼭지점으로 하는 삼각형으로 분포되어 있다.

이와 같이 완성된 합성파일에 분포된 저항 모멘트 분포는 토압에 의한 휨모멘트 분포에 정밀하게 대응되어 경제적이고 효율적으로 토압을 감당할 수 있게 하는 것이다.

도6(f)는 완성된 프리스트레스트 합성파일의 사시도이다.

도7은 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽의 토압에 의한 휨모멘트도이다.

도7의 변곡점은 앵커(ANCHOR) 부모맨트 구간 α내측의 변곡점과 고정단 부모멘트 구간 내측의 A부분 2개소이다.

도7 휨모맨트 대응 합성파일을 제작하기 위하여 도7의 변곡점 A를 경계로 상부파일과 하부파일 2개의 파일로 분할하고, 도8, 도9의 과정으로 플랜지 케이싱 콘크리트에 프리스트레스트 응력을 도입한 후 도11과 같이 각각 제작된 합성파일을 연결하여 도7 휨모맨트 대응형 합성파일을 얻는다.

상기 상부파일은 자유단 지지법의 앵커된 토류벽용 프리스트레스트 합성파일 제작방법과 동일하게 도8, 도9에 따라 제작한다. 도8, 도9의 제작과정은 각각 도5,도6의 과정에 준한다. 상기 하부파일은 도10에 따라 제작한다. 도10 제작 과정은 도2 제작과정에 준한다.

도11은 도8, 9에서 제작한 상부 프리스트레스트 합성파일과 도10에서 제작한 하부 프리스트레스트 합성파일을 결합하는 공정도이다.

도11(a)에서 상부 프리스트레스트 합성파일과 하부 프리스트레스트 합성파일의 I형강을 연결하였다.

연결상태에서 합성파일의 프리스트레스트 압축력의 분포를 보면 도8에서 제작한 상부파일과 도10에서 제작한 하부파일을 결합한 저항모멘트 분포가 도11(a)(1)과 같고, 도9에서 제작한 상부파일과 도10에서 제작한 하부파일을 결합한 저항모멘트 분포가 도11(a)(2)와 같다. 저항모멘트가 서로 반대방향으로 배치되므로 도11의 합성파일은 도7의 토압에 의한 휨모멘트 분포와 유사하여 경제적이고 확실성이 확보된 프리스트레스트 합성파일을 얻을 수 있는 것이다.

상기와 같이 이 발명은 I형강과 이를 콘크리트로 피복하여 콘크리트에 프리스트레스트 응력을 도입시켜 강재와 콘크리트의 재료 역학적 잇점을 응용하는 토류벽 지지용 합성 파일을 제공하는 것으로서, 지지파일의 강재에 콘크리트를 피복함으로써 부식 발생을 최소화 하며 , 강재의 단면적을 감소시켜 경제성을 높이며, 버팀대의 사용을 최소화 또는 기피할 수 있어 작업 공간의 장애물을 줄일 수 있고,더 나아가 켄틸레버식 토류벽, 자유단 지지법에 의한 앵커된 토류벽 또는 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽에 시공되는 합성파일을 제공함에 있어서, 이들 토류벽의 토압에 의한 파일의 휨모멘트 대응형으로 제작한 합성파일 및 그 제작 방법을 제공하는 것이다.

Claims

켄틸레버식 토류벽, 자유단 지지법에 의한 앵커된 토류벽, 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽의 상부파일의 휨모맨트 구간 양단 또는 휨모맨트 구간을 연결한 두개를 휨모맨트 구간 양단을 지지점으로하고 최대 휨모맨트점 부근을 하중 작용점으로 하여 I형강의 일측 플랜지에 휨인장을 발생시킨 상태에서 휨인장이 발생된 플랜지에 케이싱 콘크리트를 타설 양생한 후 하중을 제거하고 파일 단위로 나머지 강형에 케이싱 콘크리트를 타설 양생하여 콘크리트 피복된 파일에 휨모맨트 분포에 대응되는 프리스트레스트 저항 모맨트를 도입한 프리스트레스트 합성파일.
휨모맨트 분포에 대응되는 프리스트레스트 저항 모맨트를 도입한 합성파일을 상부파일로하고 상부파일에 측압 분포에 대응되도록 저항모맨트를 도입한 합성파일을 하부파일을 연결하되, 연결상태에서 상하 합성파일의 프리스트레스트 압축력의 대응 방향을 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽의 휨 모맨트에 대응시키고, 연결부에 콘크리트를 타설하여 얻는 프리스트레스트 합성파일.
켄틸레버식 토류벽, 자유단 지지법에 의한 앵커된 토류벽, 고정단 지지법에 의한 앵커된 토류벽의 상부파일의 휨모맨트 구간 양단 또는 휨모맨트 구간을 연결한 두개를 휨모맨트 구간 양단을 지지점으로하고 최대 휨모맨트점 부근을 하중 작용점으로 하여 I형강의 일측 플랜지에 휨인장을 발생시킨 상태에서 휨인장이 발생된 플랜지에 케이싱 콘크리트를 타설 양생한 후 하중을 제거하고 파일 단위로 나머지 강형에 케이싱 콘크리트를 타설 양생하여 피복된 파일에 휨모맨트 분포에 대응되는 프리스트레스트 저항 모맨트를 조성하는 과정을 특징으로하는 프리스트레스트 합성파일 제조방법.