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제안 방법
- (1) 얇은 두께의 강관 내부에 원심성형 방식으로 중공 형의 PHC말뚝을 합성하여 수평하중을 지지하는 역할을 하는 합성부와 PHC말뚝으로만 구성되어 지표면에 노출된 상태에서 말뚝의 항타에 사용된 후 절단･제거되는 절단부로 구성되며, 수평하중을 받는 구조물의 기초에 사용되는 복합말뚝에서 상부말뚝으로 사용될 수 있는 프리스트레스가 도입된 중공형 콘크리트 충전 강관(HCFT)말뚝을 개발하였다.
- 4. Structural detail of ICP piles 말뚝을 원심성형 방식으로 합성함으로써 강관에 의한 콘크리트의 구속효과(confining effect)를 통해 기존 강관 복합말뚝이나 ICP말뚝보다 휨강도와 전단강도가 대폭 향상되고 재료비는 더 저렴해진 프리스트레스를 도입한 중공형 콘크리트 충전 강관(HCFT, hollow prestressed concrete filled steel tube)말뚝을 개발하였다. 그리고 HCFT말뚝의 강도 특성을 규명하기 위해 PHC말뚝과 강관말뚝을 포함해서 다양한 조건으로 제작된 HCFT말뚝에 대해 휨강도 및 전단강도 시험을 수행하고, 시험결과를 비교･분석함으로써 HCFT말뚝의 휨강도 및 전단강도 특성을 규명함은 물론 콘크리트에 대한 강관의 구속효과에 의한 HCFT말뚝의 휨강도 및 전단강도 증대효과에 대해서도 조사하였다.
- 또한 콘크리트에 대한 강관의 구속효과가 HCFT말뚝의 휨강도와 전단강도에 미치는 영향을 조사하기 위하여 HCFT말뚝과 함께 HCFT말뚝을 구성하는 두께 6mm 의 강관과 PHC말뚝에 대해서도 휨강도 및 전단강도시험을 수행하였다. 강도시험에서 측정된 두께 6mm의 강관과 PHC말뚝에 대한 강도 특성치를 단순 합산한 값과 HCFT말뚝에 대해 측정된 강도 특성치를 비교함으로써 강관의 구속효과에 따른 HCFT말뚝의 강도특성 변화를 규명하였다. 참고로 Table 1에서 1열에 있는 시험명에서 첫 번째 항은 말뚝 종류(특히 ST는 강관말뚝을 의미)를 나타내고, D로 시작되는 두 번째 항은 말뚝의 직경을 그리고 마지막 세 번째 항은 말뚝의 특성(S는 전단연결재 설치, NS는 전단연결재 미설치, 6T와 12T는 강관의 두께)을 나타낸다.
- Structural detail of ICP piles 말뚝을 원심성형 방식으로 합성함으로써 강관에 의한 콘크리트의 구속효과(confining effect)를 통해 기존 강관 복합말뚝이나 ICP말뚝보다 휨강도와 전단강도가 대폭 향상되고 재료비는 더 저렴해진 프리스트레스를 도입한 중공형 콘크리트 충전 강관(HCFT, hollow prestressed concrete filled steel tube)말뚝을 개발하였다. 그리고 HCFT말뚝의 강도 특성을 규명하기 위해 PHC말뚝과 강관말뚝을 포함해서 다양한 조건으로 제작된 HCFT말뚝에 대해 휨강도 및 전단강도 시험을 수행하고, 시험결과를 비교･분석함으로써 HCFT말뚝의 휨강도 및 전단강도 특성을 규명함은 물론 콘크리트에 대한 강관의 구속효과에 의한 HCFT말뚝의 휨강도 및 전단강도 증대효과에 대해서도 조사하였다.
- 이때 두께 12mm 강관말뚝과 HCFT말뚝의 제작에 사용된 두께 6mm의 강관은 모두 SKK400 강재로 하였고, PHC말뚝과 HCFT말뚝 내부에 충전된 콘크리트의 28일 압축강도는 80MPa로 하였다. 그리고 강관 내벽에 전단연결재의 설치 유무와 전단연결재의 형상에 따라 CFT부재의 휨거동이 달라진다는 Chin et al.(2009) 의 연구결과를 고려해서 강관 내벽에 설치한 전단연결 재가 HCFT말뚝의 강도특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 전단연결재를 설치한 것과 설치하지 않은 HCFT 말뚝을 제작하여 강도시험을 수행하였다. HCFT말뚝의 합성부에 설치한 전달연결재는 Fig.
- 한편 각 시험말뚝의 휨강도나 전단강도의 극한치는 휨강도시험이나 전단강도시험에서 측정된 휨하중-처짐 곡선이나 전단하중-처짐 곡선에서 휨하중이나 전단하중이 추가로 가해지지 않아도 처짐이 계속 발생하는 상태에서 말뚝에 가해진 하중으로 결정하였다. 그리고 말뚝의 종류별 강도 특성치 비교는 강도시험에서 얻어진 극한휨강도나 극한전단강도를 비교하는 것으로 진행하였다.
- 기존 PHC말뚝과 강관말뚝, ICP말뚝 대비 HCFT말뚝의 휨강도 및 전단강도 특성을 규명하기 위하여 Table 1과 같이 직경이 450mm와 500mm이고 길이가 7m(합성부 6m, 절단부 1m)인 HCFT말뚝을 제작하여 PHC말뚝 및 두께가 12mm인 강관말뚝과 함께 휨강도시험을 수행하였다. 이때 두께 12mm 강관말뚝과 HCFT말뚝의 제작에 사용된 두께 6mm의 강관은 모두 SKK400 강재로 하였고, PHC말뚝과 HCFT말뚝 내부에 충전된 콘크리트의 28일 압축강도는 80MPa로 하였다.
- 또한 콘크리트에 대한 강관의 구속효과가 HCFT말뚝의 휨강도와 전단강도에 미치는 영향을 조사하기 위하여 HCFT말뚝과 함께 HCFT말뚝을 구성하는 두께 6mm 의 강관과 PHC말뚝에 대해서도 휨강도 및 전단강도시험을 수행하였다. 강도시험에서 측정된 두께 6mm의 강관과 PHC말뚝에 대한 강도 특성치를 단순 합산한 값과 HCFT말뚝에 대해 측정된 강도 특성치를 비교함으로써 강관의 구속효과에 따른 HCFT말뚝의 강도특성 변화를 규명하였다.
- 본 연구에서는 중공형의 PHC말뚝과 강관말뚝, 그리고 PHC말뚝의 중공부에 종방향으로 철근을 배근하고 콘크리트를 충전한 ICP말뚝보다 휨강도와 전단강도가 대폭 향상된 프리스트레스를 도입한 중공형 콘크리트 충전 강관(HCFT)말뚝을 개발하였다. 얇은 두께의 강관 내부에 PC강봉을 설치하고 콘크리트를 충전한 후 원심 성형을 함으로써 제작된 HCFT말뚝의 강도특성을 평가하기 위해 PHC말뚝 및 강관말뚝과 함께 다양한 조건으로 제작된 HCFT말뚝에 대해 휨강도시험과 전단강도시험을 수행하였고, 시험결과에 대한 분석을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 중공형의 PHC말뚝과 강관말뚝, 그리고 PHC말뚝의 중공부에 종방향으로 철근을 배근하고 콘크리트를 충전한 ICP말뚝보다 휨강도와 전단강도가 대폭 향상된 프리스트레스를 도입한 중공형 콘크리트 충전 강관(HCFT)말뚝을 개발하였다. 얇은 두께의 강관 내부에 PC강봉을 설치하고 콘크리트를 충전한 후 원심 성형을 함으로써 제작된 HCFT말뚝의 강도특성을 평가하기 위해 PHC말뚝 및 강관말뚝과 함께 다양한 조건으로 제작된 HCFT말뚝에 대해 휨강도시험과 전단강도시험을 수행하였고, 시험결과에 대한 분석을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 특히 절단부에는 PHC말뚝 외부에 강관을 피복하지 않음으로써 재료비를 절감하고 동시에 구조물 기초와의 연결을 위한 두부정리 시 말뚝 두부의 절단작업이 용이하도록 하였다. 일반적으로 수평하중을 받는 말뚝의 경우 큰 크기의 수평하중이 말뚝에 전달되는 깊이가 대부분 지표면으로부터 말뚝 직경의 10배 깊이 이내이고 이때 사용되는 말뚝의 직경이 대부분 500∼600mm인 것을 고려할 때 HCFT말뚝의 최대 길이는 6∼7m면 충분할 것으로 판단되어 본 연구에서는 HCFT말뚝의 길이를 7m(합성부 6m, 절단부 1m)로 하였다.
이론/모형
- 말뚝에 대한 휨강도시험과 전단강도시험은 KS F 4306 (2003)에 규정된 방법을 참고해서 수행되었다. 휨강도 시험은 Fig.
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