KR20150093523A - 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체 - Google Patents

콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체는 토목 또는 건축 구조물의 하부에 배치되는 하부 파일, 상기 하부 파일의 상단에 구비되고, 적어도 하나의 제1관통공이 형성된 제1결합판, 상기 토목 또는 건축 구조물의 내부에 배치되고, 상기 하부 파일과 결합되는 상부 파일, 상기 상부 파일의 하단에 구비되고, 상기 제1관통공과 대응되는 제2관통공이 형성된 제2결합판 및 상기 제1결합판 및 상기 제2결합판을 결합하여 고정하는 고정부재를 포함한다.

Description

콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체{Joint Structure of Pile-to-Pile cap Connection for Concrete Structure}
본 발명은 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온도 변화 등으로 인해 발생하는 콘크리트 구조물의 변위를 상부 파일 및 하부 파일 슬롯구멍을 따라 이동하며 응력 집중을 감소하여 콘크리트 구조물의 균열 발생 시점을 지연시키고, 계절의 변화에 따른 반복 하중에 대한 콘크리트 구조물의 구조성능을 향상시킬 수 있는 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체에 관한 것이다.
통상적으로 토목 또는 건축 구조물을 시공하고자 하는 대상 지반이 연약지반인 경우에는, 기초지반을 보강하기 위해서 약액 주입공법, 콘크리트 또는 강관파일 등을 이용한 파일기초 보강공법 등의 기초지반 개량공법이 선행되며, 이러한 기초지반 개량을 행한 후, 파일 두부 상단에 상부 구조물의 골조를 연결한 다음, 매설 콘크리트 또는 강관파일과 연결되는 기둥용 콘크리트를 타설하게 된다.
교량의 교대와 같은 토목 또는 건축 구조물의 기초부에 삽입되는 H-파일의 상부 길이는 H-파일의 단면 최대 치수의 1배 이상으로 요구된다. 콘크리트에 매입되는 H-파일의 상단부에는 주위 온도 변화로 인한 상부구조의 신축에 의해 발생하는 교대변위, 교대변위에 의해 발생하는 수동 토압 및 H-파일에 작용하는 수평력 또는 휨 모멘트에 의해 국부지압응력이 매우 크게 증가하게 되고, 이는 일차적으로 콘크리트와 H-파일 간의 부착파괴를 일으키고, 궁극적으로 H-파일의 플랜지면을 따라 콘크리트를 파괴시킬 뿐만 아니라 콘크리트의 외면 측단까지 할렬인장파괴 또는 지압파괴시킬 수 있다.
또한, H-파일이 매입되어 있는 콘크리트는 H-파일의 양측 플랜지 및 웹에 의해 구속되는데, 상부에서 수직으로 작용하는 하중이나 진동 또는 콘크리트와 H-파일의 부착면이 파괴되면 양측 플랜지와 웹 사이의 공간이 채워진 콘크리트의 구속효과가 감소되어 작용 연직하중에 대한 구조적 성능을 저감시키고, 접합부에서 균열을 발생시킬 수 있다.
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따라서, 본 발명은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 온도 변화 등으로 인해 발생하는 콘크리트 구조물의 변위를 상부 파일 및 하부 파일 슬롯구멍을 따라 이동하며 응력 집중을 감소하여 콘크리트 구조물의 균열 발생 시점을 지연시키고, 계절의 변화에 따른 반복 하중에 대한 콘크리트 구조물의 구조 성능을 향상시킬 수 있는 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체는 토목 또는 건축 구조물의 하부에 배치되는 하부 파일, 상기 하부 파일의 상단에 구비되고, 적어도 하나의 제1관통공이 형성된 제1결합판, 상기 토목 또는 건축 구조물의 내부에 배치되고, 상기 하부 파일과 결합되는 상부 파일, 상기 상부 파일의 하단에 구비되고, 상기 제1관통공과 대응되는 제2관통공이 형성된 제2결합판 및 상기 제1결합판 및 상기 제2결합판을 결합하여 고정하는 고정부재를 포함한다.
이때, 상기 제1관통공 및 제2관통공 중 적어도 어느 하나는 일방으로 길게 형성된 슬롯구멍으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1결합판은 상기 하부 파일의 상단 웹 및 플랜지 사이에 상기 하부 파일의 단면에 대응되도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 제2결합판은 상기 상부 파일의 하단 웹 및 플랜지 사이에 상기 상부 파일의 단면에 대응되도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 1결합판 및 상기 제2결합판이 각각 상기 하부 파일 및 상기 상부 파일과 결합되는 일측면에는 각각 상기 하부 파일 및 상기 상부 파일의 종단과 대응되는 홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 콘크리트 구조체의 변위 발생 시 상부 파일이 제1결합판 및 제2결합판 중 적어도 어느 하나에 형성된 슬롯구멍의 장축을 따라 콘크리트 구조체의 변위에 대응되도록 이동할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 상부 파일이 슬롯구멍을 따라 소정 간격 이동되며 콘크리트 구조체의 변위를 하중의 전달 없이 허용하여 응력집중을 감소하고, 이를 통해 콘크리트 구조체의 균열 발생 및 균열 발생 시점을 지연시키는 효과가 있다.
셋째, 계절의 변화에 따른 기온 변화를 통해 콘크리트 구조체의 반복적인 변위에 의한 반복하중에 대한 구조적 저항 성능이 향상되는 효과가 있다.
넷째, 상부 파일이 콘크리트 구조체의 변위에 대응되도록 이동하기 때문에 콘크리트 구조물과 상부 파일의 강성 차이로 인해 발생하는 국부응력을 감소시킴으로써 콘크리트 구조체의 할렬인장파괴 또는 지압파괴를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 하부 파일 및 상부 파일이 분리된 상태로 시공 현장까지 운송이 가능하기 때문에 기존의 파일과 비교하여 운송 및 시공이 용이한 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 사시도;
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 분해 사시도;
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 분해 사시도;
도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 배치상태를 나타내는 평면도;
도 5는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 다른 배치상태를 나타내는 분해 사시도;
도 6은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 사용양태도;
도 7은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 사용양태를 나타내는 단면도; 및
도 8은 본 발명에 따른 제1결합판 및 제2결합판의 구동상태를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 구성
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 분해 사시도이다. 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 하부 파일(100), 상부 파일(300), 제1결합판(200), 제2결합판(400) 및 고정부재(500)로 구성된다.
하부 파일(100) 및 상부 파일(300)은 각각 웹 및 플랜지로 이루어진 당업계에서 통상적으로 사용하는 H-파일이다. 이러한 H-파일은 토목 또는 건축 구조물의 기초 말뚝으로 사용된다. 본 발명에 따른 하부 파일(100)은 지반 또는 채움재에 매설되고, 상부 파일(300)은 토목 또는 건축 구조물의 기초 콘크리트와 같은 콘크리트 구조물의 내부에 삽입되도록 구성된다.
본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)의 일예로써 H-파일로 설명하고 있지만, 사용양태에 따라서 H-파일로 한정되지 않고 T-파일, ㄴ자 파일, ㄷ자 파일, +자 파일 등 다양한 파일로 변경하여 사용할 수도 있다.
제1결합판(200)은 하부 파일(100)의 상단에 하부 파일(100)의 횡단면과 대응되는 크기의 평판 형상으로 이루어진다. 제1결합판(200)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 사각판 형상으로 이루어지고, 하부 파일(100)의 상단에 용접 등을 통해 하부 파일(100)과 일체로 고정되도록 구성된다.
제1결합판(200)과 하부 파일(100)의 접촉 면적을 증가하기 위하여 제1결합판(200)의 하면에는 하부 파일(100)의 상단과 대응되는 홈이 형성되고, 하부 파일(100)이 홈에 삽입된 상태로 용접을 수행함으로써 제1결합판(200)과 하부 파일(100)의 결합을 보다 견고하게 할 수 있다.
이때, 제1결합판(200)의 일측, 바람직하게는 하부 파일(100)의 웹 및 플랜지가 형성되지 않은 부위에 적어도 하나의 제1관통공(210)이 형성된다. 이러한 제1관통공(210)은 일방으로 길게 형성된 슬롯구멍(Slot Hole)으로 형성될 수 있다.
제2결합판(400)은 상부 파일(300)의 하단에 상부 파일(300)의 횡단면과 대응되는 크기의 평판 형상으로 이루어진다. 제2결합판(400)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 사각판 형상으로 이루어지고, 상부 파일(300)의 하단에 용접 등을 통해 상부 파일(300)과 일체로 고정되도록 구성된다.
제2결합판(400) 역시 제1결합판(200)과 마찬가지로 상부 파일(300)과 접하는 면, 즉, 제2결합판(400)의 상면에 상부 파일(300)의 하단과 대응되는 홈이 형성되고, 상부 파일(300)이 홈에 삽입된 상태로 용접을 수행함으로써 제2결합판(400)과 상부 파일(300)의 결합을 보다 견고하게 할 수 있다.
이때, 제2결합판(400)의 일측, 바람직하게는 제1결합판(200)에 형성된 제1관통공(210)과 대응되는 위치에 제2관통공(410)이 형성된다. 도면에서 제2관통공(410)은 원형으로 이루어져 있지만 사용양태에 따라서는 제2관통공(410) 역시 제1관통공(210)과 마찬가지로 슬롯구멍으로 형성될 수도 있다. 또한, 사용양태에 따라서는 제1관통공(210)이 원형으로 이루어지고, 제2관통공(410)만 슬롯구멍으로 형성될 수 있고, 제1관통공(210) 및 제2관통공(410)이 모두 슬롯구멍으로 형성되되 서로 다른 방향으로 장축을 갖도록 형성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 분해 사시도이다. 전술한 제1결합판(200) 및 제2결합판(400)은 변형예로써 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)의 플랜지 및 웹 사이에 삽입되도록 구성될 수 있다.
변형예에 따른 제1결합판(200) 및 제2결합판(400)은 각각 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)의 플랜지 및 웹 사이의 빈 공간과 대응되는 형상으로 이루어지고, 각각 하부 파일(100)의 상단 및 상부 파일(300)의 하단에 삽입한 후 용접하여 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)과 일체로 구성되도록 할 수 있다.
변형예에 따른 제1결합판(200) 및 제2결합판(400)에도 각각 대응되는 위치에 제1관통공(210) 및 제2관통공(410)이 형성되어 있다.
고정부재(500)는 제1결합판(200)의 제1관통공(210) 및 제2결합판(400)의 제2관통공(410)을 순차적으로 관통하여 제1결합판(200) 및 제2결합판(400)을 결합하여 고정함으로써 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)을 고정하는 장치이다. 이러한 고정부재(500)는 제1관통공(210) 및 제2관통공(410)을 관통하여 제1결합판(200) 및 제2결합판(400)을 결합하여 고정할 수 있는 장치라면 어떠한 장치를 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 볼트(510) 및 너트(520)를 사용하는 것이 좋다.
콘크리크 구조물용 H-파일의 사용양태
본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체(10)는 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)을 결합한 상태로 시공할 수 있고, 하부 파일(100)을 지반에 매설한 후 상부 파일(300)과 결합하여 시공할 수 있다. 이러한 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체(10)의 조립과정은 사용양태 및 설치 환경 등에 따라 변경될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 배치상태를 나타내는 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 다른 배치상태를 나타내는 분해 사시도 이다. 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)은 다양하게 배치되어 결합될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)의 횡단면이 상호 90°의 각도로 어긋나게 배치되어 결합될 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)의 횡단면이 동일 방향으로 배치되어 결합될 수도 있다.
이러한 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)의 배치는 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)의 횡단면이 동일 방향으로 배치되거나, 90°의 각도로 어긋나게 배치될 수 있을 뿐만 아니라 사용양태에 따라 시공자가 자유롭게 선택하여 시공할 수 있다.
하부 파일(100) 및 상부 파일(300)의 결합은 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)을 각각의 종단에 용접 등을 통해 일체로 구비된 제1결합판(200) 및 제2결합판(400)의 제1관통공(210) 및 제2관통공(410)이 대응되도록 배치한다. 다음으로, 고정부재(500)의 볼트(510)가 제2관통공(410) 및 제1관통공(210)을 순차적으로 관통하도록 삽입한 후 너트(520)를 체결하여 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)을 결합하여 고정한다.
도 6은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 사용양태도이다. 전술한 바와 같이, 다양한 배치방법을 통해 결합되는 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체(10)의 사용양태를 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체의 사용양태를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체(10)의 하부 파일(100)을 토목 또는 건축 구조물을 건설하기 위해 콘크리트 구조물이 형성되는 부분의 지반에 매설한다.
다음으로, 하부 파일(100)이 매설된 지반의 상부에 토목 또는 건축 구조물의 기초부를 형성하는 콘크리트 구조물을 타설하기 위한 거푸집을 형성한다. 만약, 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)의 결합이 이루어지지 않은 상태라면 고정부재(500)를 통해 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)을 결합하여 고정한 후 거푸집을 형성한다.
다음으로, 거푸집 내부에 콘크리트를 타설한다.
마지막으로 콘크리트가 경화된 후 거푸집을 제거한다.
콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체(10)는 도 7에 도시된 바와 같이, 하부 파일(100) 및 상부 파일(300)의 결합면, 보다 바람직하게는 제1결합판(200) 및 제2결합판(400)의 결합면은 지반 및 콘크리트 구조체(1000)의 경계면과 대응되도록 설치한다.
도 8은 본 발명에 따른 제1결합판(200) 및 제2결합판(400)의 구동상태를 나타내는 사시도이다. 전술한 시공방법을 통해 지반 및 콘크리트 구조체(1000)에 매립된 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체(10)는 기온 변화 등과 같은 온도변화에 따른 콘크리트 구조체(1000)의 변위가 발생하는 경우 도 8에 도시된 바와 같이, 도 8a에 도시된 바와 같이 일치되어 있던 제1결합판 및 제2결합판이 도 8b에 도시된 바와 같이 슬롯구멍으로 이루어진 제1관통공(210)의 장축 길이 내에서 제2결합판(400)이 이동함으로써 콘크리트 구조체(1000) 및 상부 파일(300)의 접합부에서 발생하는 응력집중을 완화한다.
즉, 온도 변화 등으로 인해 발생하는 콘크리트 구조체(1000)의 변위를 하중의 전달 없이 허용함으로써 콘크리트 구조체(1000)의 균열발생시점을 지연시키며, 계절 변화에 따른 반복하중에 대한 콘크리트 주조체(1000)의 구조성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체
100 : 하부 파일
200 : 제1결합판
210 : 제1관통공
300 : 상부 파일
400 : 제2결합판
410 : 제2관통공
500 : 고정부재
510 : 볼트
520 : 너트
1000 : 콘크리트 구조체

Claims (5)

  1. 토목 또는 건축 구조물의 하부에 배치되는 하부 파일;
    상기 하부 파일의 상단에 구비되고, 적어도 하나의 제1관통공이 형성된 제1결합판;
    상기 토목 또는 건축 구조물의 내부에 배치되고, 상기 하부 파일과 결합되는 상부 파일;
    상기 상부 파일의 하단에 구비되고, 상기 제1관통공과 대응되는 제2관통공이 형성된 제2결합판; 및
    상기 제1결합판 및 상기 제2결합판을 결합하여 고정하는 고정부재;
    를 포함하는 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1관통공 및 제2관통공 중 적어도 어느 하나는 일방으로 길게 형성된 슬롯구멍으로 형성되는 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1결합판은 상기 하부 파일의 상단 웹 및 플랜지 사이에 상기 하부 파일의 단면에 대응되도록 구비되는 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2결합판은 상기 상부 파일의 하단 웹 및 플랜지 사이에 상기 상부 파일의 단면에 대응되도록 구비되는 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 1결합판 및 상기 제2결합판이 각각 상기 하부 파일 및 상기 상부 파일과 결합되는 일측면에는 각각 상기 하부 파일 및 상기 상부 파일의 종단과 대응되는 홈이 형성되는 콘크리트 구조물용 파일 접합 구조체.
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