고강도 콘크리트 말뚝과 기초판 접합부의 최적 철근보강량 산정

박종배,심영종,천영수,박성식,박용부,Park, Jong-Bae,Sim, Young-Jong,Chun, Young-Soo,Park, Seong-Sik,Park, Yong-Boo 한국토지주택공사 토지주택연구원 2010 LHI journal of land, housing, and urban affairs Vol.1 No.1

PHC 말뚝에서 강선을 노출시켜 건축물의 기초판과 연결시키는 기존 강선남김 방식은 강결합과 힌지결합의 중간형태로 공동주택(아파트)과 같은 건축구조물에 흔히 사용되는 방법이다. 그러나 이 방법은 역학적인 성능이 검증되지 않았으며 시공과정도 복잡하다. 이에 본 연구는 기존 관련 연구의 결과를 분석하고, PHC 말뚝의 콘크리트 단면적 대비 강선면적 비인 0.3%를 말뚝 접합부의 최소 철근보강량으로 선정하여 PHC 말뚝과 기초판과의 최적의 철근보강 방법을 말뚝 규격별(PHC 450, PHC 500, 및 PHC 600)로 제시하였다. PHC 말뚝과 기초판 접합부의 역학적 성능(인장강도와 전단강도)을 평가하기 위해 실물크기의 실험을 실시하였다. 그 결과, 모든 경우에 대해 요구강도를 만족하였으며 실제 적용되어도 문제가 없음을 확인하였다. 본 결과는 기존 연구에서 제시되었던 접합부의 철근 보강량보다 그 양이 대폭 감소하는 것으로 나타나 PHC 말뚝 시공 시 원가 절감에도 기여할 것으로 판단된다. Method of protruding steel bar embedded in PHC pile for connecting with foundation plate is an intermediate form of fixed and hinged connection and has often been used in architectural structures such as apartment complex. However, mechanical properties of this method have not been proved and its construction process is not simple. In this study, therefore, by analyzing previous research and by considering ratio of steel bar and concrete in PHC pile, which is minimum reinforcement of rebar, the newly optimized method of reinforcing joint of PHC pile and foundation plate is suggested with respect to PHC pile type (PHC 450, PHC 500, and PHC 600). To assess mechanical properties (ultimate tensile and shear strength) of joint of PHC pile and foundation plate, full scale experimental tests are performed. As a result, all cases are satisfied with required design criteria and can be practically applied. Our results indicate that reduction of rebar reinforcement compared to previous method would lead cost saving in PHC pile construction.

기능성말뚝의 철도교 적용성에 관한 고찰

김일태(Il Tae Kim),김성용(Seong Ryong Kim),김명민(Myung Min Kim) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.10

토목분야 및 건축분야를 포함한 건설시장에서 주로 사용되고 있는 말뚝의 형태는 강관말뚝과 PHC말뚝이 대표적이다. 이 중 강관말뚝은 구조적 성능 및 시공성이 우수하여 많이 사용되어 왔다. 하지만 원자재인 철강재를 전량 수입에 의존하고 있고, 계속되는 가격 상승이 전체공사비의 증가로 이어져 건설분야에서 점차 그 사용이 줄고 있는 실정이다. 반대로 PHC말뚝은 경제성면에서 뛰어난 장점이 있지만 수평력이 크게 작용하는 구조에서는 사용이 제약된다. 그래서 최근에 강관말뚝의 우수한 구조적 성능과 PHC말뚝의 경제성을 갖는 복합말뚝의 사용이 빈번해지고 있다. 따라서 본 연구에서는 복합말뚝과 같이 최근 그 수요가 늘고 있는 기능성말뚝의 특징들을 살펴보고, 철도교량의 적용성에 관한 고찰을 하고자 한다. In the construction industry which includes the fields of civil engineering and architecture, steel pipe piles and PHC piles are the most commonly used type. Among the two, steel pipe piles have been mostly used because of its structural performance and constructability. For the raw material steel, we depend entirely on imports. However, high construction costs caused by increasing steel price, have resulted in less use of steel in construction. In contrast, PHC piles have excellent cost benefits but it is also restricted in large horizontal forces acting Structures. Therefore, the composite piles have been used recently which combine both the structural performance of steel pipe piles and the economic feasibility of PHC piles. In conclusion, the aim of this research is to study the characteristics of high-performance piles as the composite piles have shown the increased demand recently, and to study on the applicability of it on railway bridges.

속채움 콘크리트와 철근으로 보강된 대구경 합성 PHC말뚝의 휨성능 평가

방진욱,박찬규,양성영,김윤용 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.5

최근 구조물의 대형화에 따른 큰 지지력의 말뚝에 대한 수요가 증가하는 추세이다. 이에 따라 기성 PHC말뚝의 경우에도 700~1,200 mm 범위의 대구경 말뚝에 대한 활용이 증가하고 있고 최근 국내 현장에 적용되고 있다. 이 연구에서는 대구경 PHC말뚝의 휨성능을 향상시키기 위 해 철근과 콘크리트로 보강하여 합성 PHC말뚝을 제작하였다. 휨강도 평가는 4등분점 제하실험을 통해 변위제어 방법으로 수행되었다. 휨실 험을 통해 LICPT 실험체 횡방향 철근의 변형률 분포를 분석한 결과 횡방향 철근의 배근은 전단균열의 진전과 균열폭 제어에 효과적인 것으로 나타났고, 복부전단균열 발생을 억제할 수 있었다. LICPT 실험체는 LICP 실험체 보다 휨강도가 약 1.08배, 중앙부 변위가 약 1.19배 증가하였 고, 횡방향 철근의 배근은 말뚝의 연성적인 휨거동 확보에 유리한 것으로 나타났다. 말뚝 제작시 사용되는 각각의 재료가 휨강도에 기여하는 수준을 층상화 단면 해석으로 계산된 축강도-휨모멘트 상관도를 통해 평가하였다. 기성 PHC말뚝과 LICP 실험체의 실제 휨강도를 1.13배, 1.16 배의 안전율로 예측할 수 있었다. A demand of high bearing capacity of piles to resist heavy static loads has been increased. For this reason, the utilization of large diameter PHC piles including a range from 700 mm to 1,200 mm have been increased and applied to the construction sites in Korea recently. In this study, in order to increase the flexural strength capacity of the PHC pile, the large diameter composite PHC pile reinforced by in-filled concrete and reinforcement was developed and manufactured. All the specimens were tested under four-point bending setup and displacement control. From the strain behavior of transverse bar, it was found that the presence of transverse bar was effective against crack propagation and controlling crack width as well as prevented the web shear cracks. The flexural strength and mid-span deflection of LICPT specimens were increased by a maximum of 1.08 times and 1.19 times compared to the LICP specimens. This results indicated that the installed transverse bar is in an advantageous ductility performance of the PHC piles. A conventional layered sectional analysis for the pile specimens was performed to investigate the flexural strength according to the each used material. The calculated bending moment of conventional PHC pile and composite PHC pile, which was determined by P-M interaction curve, showed a safety factor 1.13 and 1.16 compared to the test results.

PHC말뚝과 확대기초 연결방법에 따른 접합부 거동

방진욱,오상진,이승수,김윤용 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.3

말뚝머리-확대기초 접합부는 상부구조물의 하중을 말뚝으로 전달하는 연결부분으로서 부재의 단면과 강성의 급격히 변화하는 부 위이기 때문에 응력이 집중되고 작용하는 휨모멘트와 전단력이 큰 취약부분이다. 이 연구에서는 제작조건에 따른 PHC말뚝 및 합성 PHC말뚝 과 확대기초 접합부의 구조성능을 평가하는데 목적이 있다. 반복가력 하중 조건하에서의 균열패턴, 하중-변위관계, 연성비, 초기 회전강성 및 에너지소산 특성을 각각 평가하였다. 접합부 초기 회전강성은 확대기초 내부로 삽입되는 말뚝삽입 깊이와 축방향철근 배근위치에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 접합부 강도, 연성비 및 누적 에너지소산 등의 접합부 거동은 말뚝의 종류와 축방향 철근 배근 위치에 영향을 받는 것으로 나타났다. The pile-cap connection part which transfers foundation loads through pile body is critical element regarding flexural and shear force because the change of area, stress, and stiffness occurs in the this region suddenly. The purpose of this study is to investigate the structural behavior of pile-cap connection dependent on fabrication methods using conventional PHC pile and composite PHC pile. A series of test under cyclic lateral load was performed and the connection behavior was discussed. From the test results, it was found that the initial rotational stiffness of pile-cap connection was affected by the length of pile-head inserted in footing and the location of longitudinal reinforcing bars. The types of pile and location of longitudinal reinforcing bars governed the behavior of pile-cap connection regarding load-carrying capacity, ductility, and energy dissipation.

PHC말뚝과 확대기초 연결방법에 따른 접합부 거동

방진욱,오상진,이승수,김윤용 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.3

The pile-cap connection part which transfers foundation loads through pile body is critical element regarding flexural and shear force because the change of area, stress, and stiffness occurs in the this region suddenly. The purpose of this study is to investigate the structural behavior of pile-cap connection dependent on fabrication methods using conventional PHC pile and composite PHC pile. A series of test under cyclic lateral load was performed and the connection behavior was discussed. From the test results, it was found that the initial rotational stiffness of pile-cap connection was affected by the length of pile-head inserted in footing and the location of longitudinal reinforcing bars. The types of pile and location of longitudinal reinforcing bars governed the behavior of pile-cap connection regarding load-carrying capacity, ductility, and energy dissipation. 말뚝머리-확대기초 접합부는 상부구조물의 하중을 말뚝으로 전달하는 연결부분으로서 부재의 단면과 강성의 급격히 변화하는 부위이기 때문에 응력이 집중되고 작용하는 휨모멘트와 전단력이 큰 취약부분이다. 이 연구에서는 제작조건에 따른 PHC말뚝 및 합성 PHC말뚝과 확대기초 접합부의 구조성능을 평가하는데 목적이 있다. 반복가력 하중 조건하에서의 균열패턴, 하중-변위관계, 연성비, 초기 회전강성 및 에너지소산 특성을 각각 평가하였다. 접합부 초기 회전강성은 확대기초 내부로 삽입되는 말뚝삽입 깊이와 축방향철근 배근위치에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 접합부 강도, 연성비 및 누적 에너지소산 등의 접합부 거동은 말뚝의 종류와 축방향 철근 배근 위치에 영향을 받는 것으로 나타났다

속채움 콘크리트와 전단철근을 사용한 대구경 합성 PHC말뚝의 전단보강 성능

현정환,방진욱,김윤용,Hyun, Jung-Hwan,Bang, Jin-Wook,Kim, Yun-Yong 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.6

최근 초고층 빌딩과 같은 대형 구조물의 증가로 인하여 기초의 허용 지지력 확보를 위한 대구경 말뚝의 수요가 급속히 증가하고 있다. 이 연구에서는 기성 대구경 PHC말뚝의 전단성능을 향상시키기 위하여 속채움 콘크리트와 전단철근을 사용하여 대구경 합성 PHC말뚝을 제작하였다. 제작된 시험체는 KS규격의 전단강도 시험방법에 따라 수행하였고 변위제어 방법으로 진행하였다. 전단시험을 통하여 F 시험체는 휨균열과 경사균열이 발생한 이후 급작스런 수평균열이 발생하였으나, FT 시험체는 수평균열의 발생 없이 말뚝의 전 지간에 걸쳐 휨균열과 전단 경사균열이 일정 패턴으로 발생하였다. 또한, 대구경 합성 PHC말뚝의 최대하중은 PHC말뚝과 비교할 경우, F 시험체의 경우 2.9배, FT 시험체의 경우 3.3배 이상으로 크게 향상된 것을 확인하였다. FT 시험체의 높은 전단 저항 능력은 전단철근의 배근으로 인하여 대구경 합성 PHC 말뚝이 우수한 합성거동을 하였고, 발생한 전단균열의 성장을 효과적으로 제어하였기 때문인 것으로 판단된다. Recently, the demand for large diameter piles has been rapidly increased in order to secure the allowable bearing capacity of pile foundation due to the increase of large structures such as high rise buildings. In this study, to improve the shear capacity of a conventional PHC pile, a large diameter composite PHC pile strengthened by in-filled concrete and shear reinforcement was manufactured. All the piles were tested according to the shear strength test method of Korean Standard. As a result of the shear test, the F-type piles which are produced without shear reinforcement occurred abrupt horizontal cracks after flexural and inclined shear cracks occurred. On the contrary, the FT-type piles which are produced with shear reinforcement exhibited stable flexural and inclined shear cracks uniformly over the entire pile without abrupt horizontal cracks. Furthermore, the maximum load of the large diameter composite PHC pile improved to 2.9 times in the F series, and more than 3.3 times in the FT series compared to the conventional PHC pile. This result indicated that FT-type piles had excellent composite behavior due to the shear reinforcement and effectively prevented the unstable growth of inclined shear cracks.

원커팅 철근보강 PHC 말뚝의 속채움 콘크리트 부착파괴 성능

천영수,심영종,박종배,Chun, Young-Soo,Sim, Young-Jong,Park, Jong-Bae 한국토지주택공사 토지주택연구원 2011 LHI journal of land, housing, and urban affairs Vol.2 No.4

말뚝두부와 기초판의 연결방법으로서 기존의 강선남김방식은 시공성이 좋지 않고, 말뚝두부에 파손 및 균열이 발생할 가능성이 높을 뿐만 아니라 현장 인명사고가 자주 발생하여 최근에는 대안적인 방법으로서 원커팅에 의한 철근보강 방식이 제안되어 사용되고 있다. 하지만 이러한 방법들은 역학적인 성능규명에 의하여 그 상세가 구체적으로 제안 또는 검증된 사례가 없다. 이 연구는 원커팅 철근보강 방식에 있어서 최적 보강상세를 제안 할 목적으로 후 타설된 말뚝 내 속채움 콘크리트와 말뚝간의 전단마찰 저항력의 부족으로 인한 파괴를 실험을 통하여 규명하고, 적정 채움 깊이를 제안하였다. 실험결과에 근거하여 말뚝 부착파괴 강도를 안전측의 값으로 0.4MPa를 가정한다면, 부착파괴 이전에 철근이 항복에 도달하도록 하기 위해서 속채움 콘크리트의 깊이는 최소한 PHC 450과 PHC 500의 경우 600mm 이상, PHC 600의 경우 1,000mm 이상 확보하여야 할 것으로 판단된다. Existing method protruding strands that are embedded in PHC pile to connect pile head and foundation slab shows poor constructibility. As this causes crack and damage in pile head and casualties often occurs in construction site during the work, alternative method called one-cutting method, in which pile above the ground surface and strands embedded in pile are completely cut and pile head is reinforced with rebar for connection with foundation slab, is currently adopted. However, the capacity of details for these methods are not mechanically proved. In this study, in order to suggest proper details of reinforcement for one-cutting method, failures due to lack of shear resistance between infilled concrete and PHC pile are analyzed through experiments and embedded depth with infilled concrete inside PHC pile is suggested. Assuming that slip failure strength is 0.4MPa, which is obtained from experiment conservatively, to have rebar yielded before slip failure, minimum depth of infilled concrete for PHC 450 and PHC 500, need to be 600mm above, and for PHC 600, 1,000mm above.

제작성을 개선한 하이브리드 FRP-콘크리트 합성말뚝의 압축거동

이영근 ( Young Geun Lee ),박준석 ( Joon Seok Park ),김선희 ( Sun Hee Kim ),김홍락 ( Hong Lak Kim ),윤순종 ( Soon Jong Yoon ) 한국복합재료학회 2013 Composites research Vol.26 No.1

말뚝은 상부구조물에 작용하는 하중을 지반에 전달하는 구조요소로서, 일반적으로 말뚝기초는 지중 또는 수면 아래 지중에 건설된다. 이러한 환경은 부식 또는 염해를 유발하여 말뚝에 손상을 야기한다. 지중 및 수중 구조요소인 말뚝이 손상될 경우, 손상에 따른 내구성을 평가하기 어려우며 추가적인 보수보강 및 유지관리 또한 어렵다. 이 연구에서는 말뚝기초의 내구성과제작성을 개선하기 위하여 하이브리드 FRP-Concrete 합성말뚝(HCFFT)을 제안하였다. 제안된 HCFFT에 대한 유한요소해석과 실험을 실시하여, 이를 바탕으로 HCFFT의 최대하중 추정식을 제안하였다. 또한, 제안된 HCFFT의 제작과정에서의 문제점을 개선한 새로운 형태의 HCFFT의 형태를 제안하고, 유한요소해석을 실시하여 동일한 직경의 PHC 말뚝과 강관말뚝의 축방향 압축력을 HCFFT 말뚝의 축방향 압축력과 비교하여 HCFFT 말뚝의 장점을 확인하였다. As a fundamental structural element of construction, a pile is constructed to transfer loads from superstructure to foundation. In general, since the pile foundation is constructed in the ground or ground under water, it is difficult to protect from the damages due to moisture and/or salt which create corrosive environment and it is even more difficult to estimate its durability. In this study, in order to enhance the durability and constructibility of the pile foundation, FRP-concrete hybrid composite pile (HCFFT) is suggested. Moreover, equation for the prediction of load carrying capacity of HCFFT circular members under compression is suggested and discussed based on the results of analytical and experimental investigations. In addition, we also conducted the finite element simulation for the structural behavior of new HCFFT composite pile and the result is compared with those of experimental and analytical studies. In addition, the axial loading capacity of new HCFFT composite pile is compared with those of existing PHC pile and hollow circular steel pipe pile, and it was found that the new HCFFT composite pile has advantages over conventional PHC and steel pipe piles.

PHC 항타말뚝의 하중저항계수 산정

박종배,박용부,이범식,김상연,Park, Jong-Bae,Park, Yong-Boo,Lee, Bum-Sik,Kim, Sang-Yeon 한국토지주택공사 토지주택연구원 2013 LHI journal of land, housing, and urban affairs Vol.4 No.3

기성 말뚝을 항타시공하는 방법은 시공비가 적게 들면서도 우수한 지지력을 얻을 수 있는 효율적인 시공방법이다. 하지만 국내와 같이 매립층이 많고 다양한 지반조건에서는 예상치 못한 문제로 인하여 기계적 굴착이 수반되는 매입공법으로 변경되기도 한다. 따라서, 항타공법이 매입말뚝에 비하여 불확실성이 더 높을 수 있다. 본 논문에서는 국내에서 건축물의 기초로 사용되고 있는 PHC 항타말뚝의 불확실성 요인을 줄여주고 보다 신뢰성 있는 설계가 가능하도록 하기 위하여 한계상태설계법의 일종인 하중저항계수법(LRFD) 설계정수를 산정하였다. PHC 항타말뚝의 LRFD 설계정수를 제안하기 위해 총 221회(초기동재하 : 93회, 재항타동재하 : 128회)의 동재하시험자료와 이들 말뚝에 대한 지지력 설계(Meyerhof 설계법, SPT-CPT 전환 설계법) 자료를 분석하고 목표 신뢰도 지수 2.33과 3.0에 대해 하중저항계수를 제시하였다. PHC 항타말뚝의 저항계수는 목표 신뢰도 지수에 따라 Meyerhof 방법, SPT-CPT 전환법은 각각 0.43~0.55 및 0.40~0.49를 나타내었다. Driving a prefabricated pile is the efficient construction method with low cost and excellent bearing capacity charateristics. But pile drinving method has often been changed to bored pile method with mechanical boring due to the unexpected problems occurred in the various domestic ground condition with landfill. So, pile driving method has more uncertainty than the Bored Pile method. This paper proposed LRFD design value which is one of limit states design method for the PHC driven pile used as building foundation to guarantee the reliable design with reduced uncertainty. This paper analysed 221 dynamic load test results(E.O.I.D : 93, Resrike : 128) and the different methods of estimating bearing design(Meyerhof method & SPT-CPT conversion method), and proposed LRFD value for each design reliability Index 2.33 and 3.0 for PHC driven pile. LRFD value of PHC driven pile represents 0.43~0.55 for Meyerhof method and 0.40~0.49 for SPT-CPT conversion method according to the deign reliability index.

송도지역 내 PHC 말뚝기초 적용사례분석을 통한 적정 시공방법 연구

이병호(Lee Byengho),이종휘(Lee Jonghwi),천병식(Chun Byungsik) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.3

송도 국제화 복합단지는 대규모 간척사업을 통해 조성된 지역이며 준설매립층을 포함 느슨한 실트층과 연약한 점토층, 모래층 등이 교호하여 퇴적되어 있다. 따라서 본 지역에 구조물을 안전하게 설치하기 위해서는 말뚝기초의 사용이 불가피하다. 송도 국제화 복합단지 내 말뚝기초 적용현장의 경우, 환경적인 조건과 경제적인 측면에서 항타방식의 PHC 말뚝이 대부분 적용되었다. 최근 송도 국제화 복합단지 5~7공구 내 PHC 말뚝기초를 적용하여 시공된 4개 현장을 분석한 결과 퇴적층 내 경질층의 출현 및 30m 이상의 말뚝설치로 인해 항타방식의 시공은 어려움이 많은 것으로 나타났다. 이 경우 적절한 심도까지 선 천공 후 항타 관입을 시행하여 말뚝을 설치했을때 시공성 분석결과 매우 양호한 결과를 얻었다. 또한 경제성의 경우에도 약 4% 정도의 상승으로 시공성 향상에 비해 매우 미소한 증가임을 알 수 있었다. 안정성 측면에서는 재하시험을 통해 확인한 결과 말뚝재료의 허용응력 대비 약 70% 이상을 만족하는 것으로 확인되었다. 이상의 분석결과를 통해 볼 때 송도지역 내 PHC 말뚝 적용은 퇴적 환경을 고려하여 조밀한 모래층을 선 천공한 후 항타를 통해 양호한 지지층에 설치하는 방법이 가장 합리적인 것으로 판단되었다. Song-Do international city is the area developed in large-scale land reclamation. Song-Do area consists of reclamation layer, sedimentary layer(loose silt, soft clay and sand alternating) and residual layer from the ground surface. Therefore, using pile foundation is inevitable to build structures safely. In this area, driven PHC piles have been generally constructed in terms of environmental and economic conditions. As a result of analyzing 4 sites in Song-Do district 5 and 7 recently, the method of driving pile has many problems because of existence of rigid soil in sedimentary layer and installation of more than 30m piles. In this case, when installing piles by drive after pre-boring up to appropriate depth, the results of constructability analysis were very good. And in the economic efficiency, although 4% of construction cost rose, it was a very slight increase in comparison with improvement of workability. In the case of the stability, more than 70% compared to the allowable stress of piles was satisfied through the load test. As a result, when PHC piles is installed in Song-Do district, the proper construction method is that piles are located at bearing layer after boring rigid sand layer.