KR20090002171U - 날개벽의 부착을 통해 인발저항 및 모멘트에 대한 내력이향상된 말뚝 - Google Patents

Abstract

본 고안은 말뚝에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관으로 이루어진 말뚝의 두부 및 하부(선단부) 외주면에 날개벽을 형성하여 말뚝의 인발저항력을 향상시키고, 말뚝의 두부에서 단면 2차 모멘트를 증가시킴으로써 모멘트에 효과적으로 저항하도록 하는 말뚝에 관한 것이다.

본 발명의 말뚝은 관 형상의 몸체와 판 형상의 날개벽으로 이루어지며, 구체적으로 상기 몸체의 외주면에 길이방향을 따라 수직하게 설치된 날개벽이 구비되어, 상기 말뚝과 주변 지반의 접촉 면적 및 말뚝의 단면 2차 모멘트를 증가시킴으로써, 인발력 및 모멘트에 저항하는 것을 특징으로 하는 말뚝에 관한 것이다.

말뚝, 날개벽, 인발저항, 단면 2차 모멘트

Description

날개벽의 부착을 통해 인발저항 및 모멘트에 대한 내력이 향상된 말뚝 {Pile reinforced Pull-out and Moment Resistance Capability}

본 고안은 말뚝에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관으로 이루어진 말뚝의 두부 및 하부(선단부) 외주면에 날개벽을 형성하여 말뚝의 인발저항력을 향상시키고, 말뚝의 두부에서 단면 2차 모멘트를 증가시킴으로써 모멘트에 효과적으로 저항하도록 하는 말뚝에 관한 것이다.

말뚝은 기둥이나 벽체의 하중을 지반에 전달하는 기초구조의 일종으로, 일반적으로는 수직력을 지반에 전달시키기 위해 사용된다.

그러나, 대부분의 구조물에는 연직하중뿐만 아니라, 수평력이나 모멘트가 동시에 작용하며, 말뚝 역시 상부의 구조물, 지진이나 바람 등의 영향에 따라 과다한 모멘트가 발생할 수 있다. 이렇게 말뚝에 큰 모멘트가 발생하는 경우, 말뚝 배치를 위한 구조 계산 시, 수직력이 아닌 모멘트에 의해 말뚝의 설치 개수가 결정되어야 한다.

기존의 말뚝은 강관이나, 형강으로 이루어지고, 주로 수직력에 저항하는데 중점을 두고 제작되었기 때문에, 수직력에는 충분히 저항하지만, 과다 모멘트 발생 시 모멘트에 대한 저항력이 낮아, 좌굴되는 문제가 발생한다. 특히, 이러한 모멘트는 말뚝의 두부에 집중되므로 이에 대한 적절한 대책이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

또한, 곡선교, 사교, 항만구조물 등의 말뚝이나 지진 시에는 말뚝에 큰 인발력이 발생하게 된다. 이와 같이 말뚝에 큰 인발력이 작용하면 말뚝 배치를 위한 구조 계산 시 수직력이 아닌 인발력에 의해 말뚝의 설치 개수가 결정되어야 하므로 인발 저항력을 증대시킬 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 말뚝에 작용하는 인발력에 효과적으로 저항할 수 있는 말뚝을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 말뚝 두부의 단면 2차 모멘트를 증가시켜, 말뚝에 작용하는 모멘트에 효과적으로 저항할 수 있는 말뚝을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는 관 형상의 몸체와 판 형상의 날개벽으로 이루어지는 말뚝으로서, 상기 몸체의 외주면에 길이방향을 따라 수직하게 설치된 날개벽이 구비되어, 상기 말뚝과 주변 지반의 접촉 면적 및 말뚝의 단면 2차 모멘트를 증가시킴으로써, 인발력 및 모멘트에 저항하는 것을 특징으로 하는 말뚝을 제공한다.

또한, 상기 날개벽은 상기 말뚝의 외주면에 길이방향으로 경사지게 구비되는 것을 특징으로 하는 기능성 말뚝을 제공한다.

또한, 본 고안에서는 상기 날개벽은, 상기 몸체의 외주면에 길이방향으로 수직하게 접하는 웨브와, 상기 웨브의 단부에 수직하게 형성되어 T자 형강을 이루는 플랜지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 말뚝을 제공한다.

또한, 상기 날개벽에는 일측이 상기 몸체의 외주면에 접하고, 타측이 날개벽 의 웨브 단부에 접하는 지지부가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 말뚝을 제공한다.

이외에도 본 고안에서는 상기 몸체의 외주면에는 결합공이 형성되고, 상기 몸체의 결합공 형성 위치에 대응되는 지지부에도 결합공이 형성되어, 상기 몸체와 상기 날개벽이 결합 부재에 의하여 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 말뚝을 제공한다.

본 고안에 따른 말뚝에 의하면, 말뚝 하부(선단부)에 설치된 날개벽에 의해 주변 지반과의 마찰력을 증대시킴으로써, 말뚝에 작용하는 인발력에 대한 저항 성능을 향상시킬수 있다.

또한, 말뚝 두부에 날개벽을 설치하여 단면 2차 모멘트를 증가시킴으로써 말뚝에 작용하는 모멘트에 효과적으로 저항할 수 있어 말뚝의 설치 개수를 줄일 수 있다.

또한, 본 고안에서는 날개벽을 설치함으로써, 항타로 인한 말뚝 두부의 손상을 방지하는 효과가 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안에 따른 말뚝의 구체적인 구성과 효과에 대하여 설명한다.

도 1a 내지 도 1d에는 말뚝(1)의 선단부에 날개벽(20)이 부착된 상태를 보여주는 개략적인 사시도, 측면도, 종단면사시도 및 횡단면도가 도시되어 있다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 본 고안의 말뚝(1)은, 몸체(10)와 상기 몸체(10)의 길이방향을 따라 일체로 구비된 날개벽(20)으로 이루어진다. 상기 몸체(10)는 관 형태의 콘크리트, 철근 콘크리트 또는 강재 등으로 이루어지는데, 이하에서는 상기 몸체(10)의 일예로서 압축 및 인장강도가 뛰어나고 적은 단면적으로도 항타 능률이 좋은 강관 말뚝을 실시예로 들어 설명한다.

지중에 압입되는 말뚝(1)의 몸체(10) 선단부에 날개벽(20)이 구비되면, 상기 날개벽(20)에 의해 지반과 말뚝(1) 사이의 마찰력이 커지므로, 말뚝(1)의 인발 저항력이 향상되고, 상기 날개벽(20)이 상기 몸체(10)의 상단부에 일체로 구비되면 날개벽(20)의 형상에 의해 말뚝(1) 두부의 단면 2차 모멘트가 커지게 되어 모멘트에 대한 내력이 증대되므로, 말뚝(1) 두부에 작용하는 모멘트에 효과적으로 저항할 수 있다.

도 1a 내지 도 1d에서는 본 고안의 말뚝(1) 선단부에는 말뚝(1)에 작용하는 인발력에 효과적으로 저항하기 위해 판 형상의 날개벽(20)이 설치된다. 말뚝(1)은 주변 지반과의 마찰로 인해 인발에 저항하게 되므로, 주변 지반과의 접촉 면적이 클수록 큰 인발 저항력을 갖게 되는데, 도시된 바와 같이 날개벽(20)을 말뚝(1) 선단부에 설치하게 되면, 본 고안의 날개벽(20)은 말뚝(1)이 주변 지반과 접촉하는 면적을 증가시키는 역할을 하므로 말뚝(1)에 작용하는 인발력에 효과적으로 저항할 수 있다.

상기 날개벽(20)은 다양한 형상으로 제작되고, 다양한 위치에 설치될 수 있는데, 도 1a에서는 보듯이 몸체(10)의 외주면과 상기 날개벽(20)이 접하는 부분이 나선의 일부가 되도록 설치한 실시예가 도시되어 있다. 도시된 실시예에서 상기 몸체(10)의 외주면이 곡면이므로, 상기 몸체(10)에 접하는 상기 날개벽(20)의 단부 역시 이에 대응되는 곡면인 것이 바람직하다.

이와 같이, 날개벽(20)이 몸체(10) 외주면에 경사지게 설치되면, 도 1c에서 보듯이 인발력이 작용하는 단면, 즉 날개벽(20)의 상단면이 나선상에 위치하므로, 길이방향으로 수직하게 설치된 경우보다 주변 지반과의 접촉 면적이 커지게 되어 더 큰 인발 저항력을 발휘할 수 있다.

도 1b에는 도 1a의 말뚝을 보여주는 측면도가 도시되어 있고, 도 1c에는 도 1a의 종방향 단면사시도가 도시되어 있다. 이 때, 말뚝(1) 삽입 시, 압입 저항을 줄이기 위하여 상기 날개벽(20)의 외단부보다 몸체(10)의 외주면에 접하는 쪽이 더 길도록 날개벽(20)의 길이방향 하단부가 경사지도록 할 수도 있다. 도 1d는 도 1b의 A-A선에 따른 단면 사시도이다.

도 2a 및 도 2b는 각각 본 고안에 따른 말뚝(1)의 일 실시예를 보여주는 개략적인 사시도 및 측면도이고, 도 2c는 도 2a의 종방향 단면사시도이며, 도 2d는 도 2b의 B-B선에 따른 횡단면도이다.

도 2a에는 본 고안의 말뚝(1) 두부에 날개벽(20)이 부착된 상태의 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 말뚝(1)에 작용하는 응력은 단면 2차 모멘트에 반비례하므로, 날개벽(20)의 부착을 통해 말뚝(1) 두부의 단면 2차 모멘트를 증가시킴으 로써 말뚝(1)에 작용하는 모멘트에 대한 내력을 증가시킬 수 있으며, 날개벽(20)의 설치로 휨 모멘트에 취약한 말뚝(1)의 상단부를 보강함과 동시에, 항타로 인하여 손상될 수 있는 말뚝(1) 두부를 보강할 수 있다. 이와 같이, 말뚝(1)에 작용하는 모멘트에 저항하기 위하여, 날개벽(20)은 모멘트가 집중되는 말뚝(1)의 두부에서 길이방향을 따라 아래로 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 말뚝(1)을 지중에 삽입할 때, 압입 저항력을 감소시키기 위하여, 상기 날개벽(20)은 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 외단부보다 몸체(10)의 외주면에 접하는 쪽이 더 길도록 하단부가 경사지는 것이 바람직하다.

이상에서는 선단부 또는 두부에만 날개벽(20)이 부착되는 말뚝(1)을 예로 들어 설명하였으나, 본 고안은 이에 한하지 않으며, 다양한 형상의 날개벽(20)이 상기 말뚝(1)의 길이방향을 따라 필요한 위치에 부착되어, 인발력 및 모멘트에 저항하도록 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 고안의 말뚝(1)에 설치되는 날개벽(20)은 말뚝(1) 두부와 주변 지반의 접촉 면적 및 말뚝(1)의 단면 2차 모멘트를 증가시키기 위하여, 다양한 형상이 사용될 수 있다.

특히, 단면 2차 모멘트는 말뚝(1) 단면의 중심으로부터 보강 단면들이 멀리 위치할수록 커지므로, I자 형상, T자 형상 등의 날개벽(20)으로 몸체(10)를 보강하는 것이 바람직하다. 이하에서는 도 3a 내지 도 4d를 참조하여, 날개벽(20)의 형상이 다른 또 다른 실시예를 설명한다.

도 3a는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 말뚝(1)의 사시도이다. 도 3a에 서 보듯이 상기 날개벽(20)은 몸체(10)의 두부 외주면에 수직하게 배치되는 웨브(21)와 상기 웨브(21)에 수직한 플랜지(22)로 이루어져 전체적으로 T자 형상을 갖도록 제작될 수 있다. 이와 같은 T형 날개벽(20)은 몸체(10)의 두부에서, 외주면의 길이방향으로 두부 선단부로부터 아래쪽으로 일정 길이로 설치되는 것이 바람직하다.

도 3b는 도 3a에 도시된 말뚝(1)의 측면도이고, 도 3c는 도 3a의 종방향 단면사시도이다. 도 3a에 도시된 말뚝(1)에서는 상기 날개벽(20)이 몸체(10)에 용접으로 고정되어 있으나, 날개벽(20)과 몸체(10)의 고정 방법은 이에 한하지 않으며, 몸체(10) 제작 시에 일체로 설치될 수도 있다.

도 3d는 도 3b의 C-C선에 따른 말뚝(1)의 횡단면도이다. 도 3d에서 보듯이, 웨브(21)이외에도 플랜지(22)를 구비함으로써, 말뚝(1) 단면의 중심과 플랜지(22)의 거리가 멀어져, 말뚝(1)의 단면 2차 모멘트를 증가시킬 수 있다.

도 4a 내지 도 4d에는 각각 도 3a 내지 도 3d에 대응되는 도면으로서, 본 고안에 따른 말뚝(1)의 또 다른 실시예를 보여주는 개략적인 사시도, 측면도, 단면사시도 및 평면도가 도시되어 있다.

도 4a에서 보는 바와 같이, 상기 T형 날개벽(20)은 상기 웨브(21)에 수직하고, 상기 몸체(10)의 외주면에 접하는 형상의 지지부(23)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 몸체(10)와 지지부(23)에는 상기 지지부(23)가 상기 몸체(10)에 설치되었을 때, 상기 몸체(10)와 지지부(23)를 관통하도록 결합공(11, 24)이 형성되어 볼트 결합으로 고정될 수 있다. 이때, 볼트 결합 이외에도, 지지부(23)와 몸체(10)가 접하는 면에 접착제를 사용하거나, 용접을 하는 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.

도 4b는 도 4a에 도시된 말뚝(1)의 측면도이고, 도 4c는 도 4a의 종방향 단면사시도이다. 상기 지지부(23)는 상기 말뚝(1)의 몸체(10) 외주면과 접촉하는 면적을 넓히기 위하여 몸체(10)의 외주면에 접하는 형상을 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 몸체(10) 외주면에 결합될 수 있는 형상이 다양하게 적용될 수 있다. 도 4d는 도 4b의 D-D 선에 따른 말뚝(1)의 횡단면도로, 날개벽(20)의 지지부(23)와 강관 몸체(10)를 결합부재를 이용하여 결합한 상태를 보여준다.

또한, 도 3a 내지 도 4d에는 상기 날개벽(20)이 말뚝(1)의 두부에 부착된 상태만 도시되어 있으나, 상기 날개벽(20)이 말뚝(1) 몸체(10)의 선단부에 부착되어 단면 2차 모멘트를 증가시킴과 동시에, 말뚝(1)에 작용하는 인발력에 저항하도록 할 수도 있다.

도 1a 내지 도 1d는 각각 선단부에 날개벽이 설치된 말뚝의 일 실시예를 보여주는 개략적인 사시도, 측면도, 종단면 사시도 및 횡단면도이다.

도 2a 내지 도 2d는 각각 도 1a 내지 도 1d에 대응되는 도면으로서, 날개벽의 설치 위치가 다른 본 고안의 또 다른 실시예를 보여주는 개략적인 사시도, 측면도, 종단면 사시도 및 횡단면도이다.

도 3a 내지 도 3d는 각각 도 2a 내지 도 2d에 대응되는 도면으로서, 날개벽에 플랜지부가 구비된 본 고안의 또 다른 실시예를 보여주는 개략적인 사시도, 측면도, 종단면 사시도 및 횡단면도이다.

도 4a 내지 도 4d는 각각 도 3a 내지 도 3d에 대응되는 도면으로서, 날개벽이 설치되는 방법이 다른 본 고안의 또 다른 실시예를 보여주는 개략적인 사시도, 측면도, 종단면 사시도 및 횡단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 말뚝 10 강관

20 날개벽 21 웨브 22 플랜지

23 지지부 24 결합공

Claims (5)

1. 관 형상의 몸체(10)와 판 형상의 날개벽(20)으로 이루어지는 말뚝(1)으로서,

   상기 몸체(10)의 외주면에 길이방향을 따라 수직하게 설치된 날개벽(20)이 구비되어, 상기 말뚝(1)과 주변 지반의 접촉 면적 및 말뚝(1)의 단면 2차 모멘트를 증가시킴으로써, 인발력 및 모멘트에 저항하는 것을 특징으로 하는 말뚝.
2. 제1항에서 있어서,

   상기 날개벽(20)은 상기 말뚝(1)의 외주면에 길이방향으로 경사지게 구비되는 것을 특징으로 하는 기능성 말뚝.
3. 제1항 및 제2항에 있어서,

   상기 날개벽(20)은, 상기 몸체(10)의 외주면에 길이방향으로 수직하게 접하는 웨브(21)와,

   상기 웨브(21)의 단부에 수직하게 형성되어 T자 형강을 이루는 플랜지(22)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 말뚝.
4. 제3항에 있어서,

   상기 날개벽(20)에는 일측이 상기 몸체(10)의 외주면에 접하고, 타측이 날개벽(20)의 웨브(21) 단부에 접하는 지지부(23)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 말뚝.
5. 제4항에 있어서,

   상기 몸체(10)의 외주면에는 결합공(11)이 형성되고,

   상기 몸체(10)의 결합공(11) 형성 위치에 대응되는 지지부(23)에도 결합공(24)이 형성되어, 상기 몸체(10)와 상기 날개벽(20)이 결합 부재에 의하여 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 말뚝.

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