[논문]볼트 수직이음 PHC말뚝와 용접이음 PHC말뚝의 이음부 거동 비교

김명학; 최용규

doi:10.7843/kgs.2018.34.12.93

볼트 수직이음 PHC말뚝와 용접이음 PHC말뚝의 이음부 거동 비교
Comparison of Splices between Bolts and Welding Spliced PHC Piles 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.34 no.12, 2018년, pp.93 - 103

김명학 (인제대학교 토목도시공학부) , 최용규 (경성대학교 공과대학 건설환경도시공학부)

초록
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볼트 수직이음 PHC말뚝 및 용접이음 PHC말뚝에 대한 휨강도시험을 실시하여 각 이음 PHC말뚝의 성능을 비교 분석하였다. $200N{\cdot}m$이상의 토크치로 체결한 볼트 수직이음 PHC말뚝에서는 가장 낮은 하중단계인 20kN에서도 볼트 수직이음구에서 좌우로 꺾인 변형 양상(직선 v형 라인)이 나타났으며 PHC말뚝 본체는 완전한 직선 형태를 유지하고 있었으므로 볼트 수직이음 PHC말뚝은 말뚝의 가장 중요한 성능인 일체화 거동을 하지 않았다. 체결토크가 풀린 즉, $20N{\cdot}m$의 토크치로 체결한 볼트 수직이음 PHC말뚝은 각 하중 단계에서 이음부위에 대하여 양쪽으로 대칭된 직선 V형 상태의 변위 양상을 나타내고 있었다. 각 하중 단계에서 하중 제거 시 이음말뚝은 하중 재하 전의 상태로 돌아가지 않았으므로 탄성 재료 거동을 나타내지도 않았다. 재하단계에 따른 이음부 변위 및 재하 하중 제거 후의 잔류 변위, 이음 PHC말뚝의 파괴하중 및 3가지 기본 성능 등을 비교한 결과 볼트 수직이음 PHC말뚝의 이음 품질은 용접이음 PHC말뚝의 이음 품질에 크게 미달하였다. 따라서 $200N{\cdot}m$ 이상의 토크치로 체결한 볼트 수직이음 PHC말뚝이나 체결토크가 풀린 볼트 수직이음 PHC말뚝은 이음말뚝의 기본 성능에 크게 미달하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Behaviors of splices between bolts and welding spliced PHC piles using the tensile strength test were analyzed. The bolts spliced PHC piles, which were tightened over $200N{\cdot}m$ tightening torque, showed straight V shaped line at splices at the lowest 20 N load. Both sides of PHC piles stayed straight, so the full section of bolts spliced piles did not show the unifying behavior, which was the most important performance requirement as pile. Other bolts spliced PHC piles, tightened with $20N{\cdot}m$ loosening torque, also showed the same straight V shaped line at splices for each step of loading. The full section of bolts spliced piles did not return to the initial position after each step of unloading and did not show the elastic material behavior. The splices quality of bolts spliced piles is much lower than that of welding spliced piles with respect to displacement of splices during each step of loadings, residual displacements during each step of unloadings, and failure loads. Results showed that bolts spliced PHC piles, tightened with both over $200N{\cdot}m$ and as low as $20N{\cdot}m$ torque, fell short of performance requirements of spliced PHC pile.

주제어

표/그림 (19)

표 Table 1. Standard specifications of PHC pile splices
표 Table 2. Comparisions of 2 kinds of pile splice method
표 Table 3. Performance test plan for bolts spliced PHC pile
그림 Fig. 1. Tensile strength test (KS F 4306) (KSA, 4306)
그림 Fig. 2. Testing pictures
그림 Fig. 3. Test results of P-BV-01
표 Table 4. Testing machine specifications
그림 Fig. 4. Test results of P-BV-02
그림 Fig. 5. Test results of P-BV-03
그림 Fig. 6. Test results of P-BV-04
그림 Fig. 7. Test results of P-W-01
그림 Fig. 8. Test results of P-W-02
그림 Fig. 9. Test results of P-W-03
그림 Fig. 10. Plot of displacements of splices by step unloadings
표 Table 5. Displacements of splices by step loadings
그림 Fig. 11. Plot of residual displacements of splices by step unloadings
표 Table 6. Residual displacements of splices by step unloadings
표 Table 7. Failure loads of spliced PHC piles
표 Table 8. Quality performance analysis of bending strength of tested specimens

AI 본문요약
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제안 방법

2개의 시험말뚝 P-BV-02 및 P-BV-03에서 하중단계별로 재하 후 볼트 수직이음 PHC말뚝의 변형 양상을 관찰하였으며 하중 제거 후 변형 양상도 관찰하였다. 그 결과를 각각 Fig.
2개의 시험말뚝 P-W-01 및 P-W-02에서 하중단계별로 재하 후 및 하중 제거 후의 용접이음 PHC말뚝의 변형 양상을 관찰하였으며 그 결과를 각각 Fig. 7 및 Fig. 8에 나타내었다. 2개의 실험말뚝에서는 102kN, 97kN의 파괴하중을 구하였다.
PHC말뚝의 이음관련 표준 규정을 Table 1에 요약하였다. PHC말뚝의 이음은 아크용접이음으로 실시하고 수동 또는 반자동용접을 실시하도록 규정하였다.
체결력을 80∼120N･m로 제시하고 있으므로 시공 전 최초 체결력을 100N･m로 하였을 때 직항타 또는 경타 시공 후 잔류 토크치는 20N･m 이하로 남아 있게 되었다. 따라서 잔류 토크치를 20N･m로 하여 체결한 후 시험을 실시하였으며 직항타 또는 경타 시공 후 볼트 수직이음 PHC말뚝의 이음말뚝의 3가지 성능을 분석하였다. 이는 공개 현장안전성능 검증시험에서 확인된 값의 평균치보다 다소 큰 값이었다.
5에 나타내었다. 또한 2개의 시험말뚝에서는 75kN, 83kN의 파괴하중을 구하였다.
볼트 수직이음 PHC말뚝과 용접이음 PHC말뚝의 휨강도 품질 성능을 분석하여 참고로 수록하였다. 휨 강도시험에서 측정한 실험 시 파괴하중 값을 이용하여 파괴모멘트를 계산하였으며 그 결과를 Table 8에 나타내었다.
볼트 수직이음 PHC말뚝의 이음말뚝 성능을 분석하기 위하여 휨강도시험을 실시하였으며 용접이음 PHC말뚝에 대한 시험도 부가적으로 실시하였다. 이 연구에서 다음의 결론을 구할 수 있었다.
시험말뚝 P-BV-04에서는 2개의 시험말뚝에서 확인된 파괴하중의 약 1/2 수준인 40kN의 하중단계에서 10회, 20회, 30회의 반복재하를 실시하고 하중을 제거한 다음 파괴 시까지 휨시험을 실시하면서 각 하중 단계별로 볼트 수직이음 PHC말뚝의 위치별 변형 양상을 관찰하였으며 그 결과를 Fig. 6에 나타내었다.
이 연구에서는 볼트 수직이음 PHC말뚝에 대한 휨강도시험을 실시하여 이음 PHC말뚝의 성능을 분석하였다. 아울러 표준이음방식인 용접이음 PHC말뚝에 대한 시험도 실시하여 결과를 비교하였다.
볼트 수직이음 PHC말뚝의 이음말뚝 성능 검증시험의 구체적인 계획을 Table 3에 나타내었다. 여기서 표준 이음 방식인 용접이음 PHC말뚝의 성능 검증시험도 함께 실시하였다. 길이 7m의 직경 500mm인 A종 PHC말뚝 2개를 이음하여 시험말뚝으로 사용하였다.
이 연구에서는 볼트 수직이음 PHC말뚝에 대한 휨강도시험을 실시하여 이음 PHC말뚝의 성능을 분석하였다. 아울러 표준이음방식인 용접이음 PHC말뚝에 대한 시험도 실시하여 결과를 비교하였다.

대상 데이터

여기서 표준 이음 방식인 용접이음 PHC말뚝의 성능 검증시험도 함께 실시하였다. 길이 7m의 직경 500mm인 A종 PHC말뚝 2개를 이음하여 시험말뚝으로 사용하였다.
시험말뚝(φ 500mm, 7m 말뚝 2ea(총길이 14m))이었으며 시험말뚝질량은 1개당 18.83kN으로 2개이므로 총 질량은 37.66kN이었다.
시험은 국토교통연구인프라운영원 첨단재료시험센터에서 실시하였으며 시험장치의 제원을 Table 4에 수록하였다. KS F 4306에 규정된 휨강도 시험 방법에 따라 시험을 진행하였으며 그 개요도를 Fig.

데이터처리

4∼Fig. 6의 시험 결과로 부터 이음볼트가 풀린 볼트 수직이음 PHC말뚝의 이음 말뚝 성능을 분석하였다. 각 하중 단계에서 볼트 수직이음 PHC말뚝은 이음부위에 대하여 양쪽으로 대칭된 직선 상태의 변위 양상을 나타내고 있었다.

이론/모형

시험은 국토교통연구인프라운영원 첨단재료시험센터에서 실시하였으며 시험장치의 제원을 Table 4에 수록하였다. KS F 4306에 규정된 휨강도 시험 방법에 따라 시험을 진행하였으며 그 개요도를 Fig. 1에 나타내었다. 국토교통연구인프라운영원 첨단재료시험센터에서 진행한 시험 모습을 Fig.

성능/효과

(1) 200N･m 이상의 토크치로 체결한 볼트 수직이음 PHC말뚝에서는 가장 낮은 하중단계인 20kN･m에서도 볼트 수직이음구에서 V형으로 꺾인 변형 양상이 나타났으며 PHC말뚝 각각의 본체는 완전한 직선 형태 를 유지하고 있었다. 그 이후의 하중단계인 40, 60, 80kN의 하중 단계에서는 하중 단계가 증가할수록 V형으로 꺾어진 변형 양상은 더욱 심화되었으며 별개의 직선화된 2개 말뚝 양상은 확연하게 관찰되었다.
(2) 이음볼트가 풀린 즉, 20N･m의 토크치로 체결한 볼트 수직이음 PHC말뚝은 각 하중 단계에서 이음부위에서 V형으로 꺾어진 변형 양상을 나타내었으며 PHC말뚝 본체는 각각 직선 상태의 변위 양상을 나타내고 있었다. 각 하중 단계에서 하중 제거 시 이음 말뚝은 하중 재하 전의 상태로 돌아가지 않는 것을 알 수 있었다.
(3) 재하단계에 따른 이음부 변위 및 재하 하중 제거 후의 잔류 변위, 이음 PHC말뚝의 파괴하중 및 3가지 기본 성능 등을 비교한 결과 볼트 수직이음 PHC말뚝의 이음 품질은 용접이음 PHC말뚝의 이음 품질에 크게 미달되었다.
(4) 용접이음 PHC말뚝은 일체화 거동을 나타내었으며 탄성 재료의 성능도 유지하였으며 품질 측면 분석에서도 휨 강도 값은 몸체의 파괴 휨 모멘트 이상으로 나타났다. 따라서 용접이음 PHC말뚝은 이음말뚝의 모든 성능을 만족시키는 것으로 나타났다.
200N･m 이상의 토크치로 체결한 볼트 수직이음 PHC말뚝과 20N･m의 토크치로 체결한 볼트 수직이음 PHC말뚝의 파괴 시 변위는 40∼50mm 수준이었으며 용접 이음 PHC말뚝의 파괴 시 변위는 70mm 수준으로 큰 변위에도 잘 저항하고 있는 것을 알 수 있었다.
20N･m의 토크치로 체결된 볼트 수직이음 PHC말뚝의 잔류 변위는 용접이음 PHC말뚝의 잔류 변위보다 4.3∼6.0배만큼 크게 나타났다.
20N･m의 토크치로 체결된 볼트 수직이음 PHC말뚝의 잔류 변위는 허용할 수 없는 한계상태 이상의 수준으로 나타났으며 하중이 증가함에 따라 15.6mm까지도 나타났다. 용접이음 PHC말뚝의 잔류 변위는 60kN의 하중단계까지는 거의 발생하지 않았으며 그 이후 파괴하중에 접근하는 경우에는 3.
(1) 200N･m 이상의 토크치로 체결한 볼트 수직이음 PHC말뚝에서는 가장 낮은 하중단계인 20kN･m에서도 볼트 수직이음구에서 V형으로 꺾인 변형 양상이 나타났으며 PHC말뚝 각각의 본체는 완전한 직선 형태 를 유지하고 있었다. 그 이후의 하중단계인 40, 60, 80kN의 하중 단계에서는 하중 단계가 증가할수록 V형으로 꺾어진 변형 양상은 더욱 심화되었으며 별개의 직선화된 2개 말뚝 양상은 확연하게 관찰되었다. 따라서 200N･m 이상의 토크치로 체결한 볼트 수직 이음 PHC말뚝은 일체화 거동을 나타내지 않았으므로 말뚝 또는 이음말뚝의 기본 성능에 미달되었다.
(4) 용접이음 PHC말뚝은 일체화 거동을 나타내었으며 탄성 재료의 성능도 유지하였으며 품질 측면 분석에서도 휨 강도 값은 몸체의 파괴 휨 모멘트 이상으로 나타났다. 따라서 용접이음 PHC말뚝은 이음말뚝의 모든 성능을 만족시키는 것으로 나타났다.
요약하면 용접이음 PHC말뚝은 1개의 말뚝이었으며 탄성 재료인 것으로 나타났다. 따라서 용접이음 부위에서 일체화된 1개의 말뚝이었다.
요약하면 이음볼트가 기준 체결력 이상으로 체결되었거나 또는 이음볼트가 풀어진 볼트 수직이음 PHC말뚝은 1개의 말뚝이 아니었으며 탄성 재료도 아닌 것으로 나타났다. 따라서 이음 부위에서 V형으로 꺾어진 말뚝일 뿐이었다.
각 하중 단계에서 용접이음 PHC말뚝은 이음부위에 대하여 양쪽으로 대칭된 곡선 상태의 변위 양상을 나타내고 있었다. 즉 PHC말뚝과 용접이음부가 일체화 되어 1개의 말뚝으로 거동하는 것을 알 수 있었다. 각 하중 단계에서 하중 제거 시 이음말뚝은 하중 재하 전의 상태로 돌아가는 것을 알 수 있었다.
각 하중 단계에서 하중 제거 시 이음말뚝은 하중 재하 전의 상태로 돌아가지 않는 것을 알 수 있었다. 즉 이음볼트가 풀린 볼트 수직이음 PHC말뚝은 탄성체로 거동하지 않는 것을 알 수 있었다.
각 하중 단계에서 볼트 수직이음 PHC말뚝은 이음부위에 대하여 양쪽으로 대칭된 직선 상태의 변위 양상을 나타내고 있었다. 즉 이음부를 기준으로 V형으로 꺽어진 채 2개의 별도의 말뚝으로 거동하는 것을 알 수 있었다. 각 하중 단계에서 하중 제거 시 이음말뚝은 하중 재하 전의 상태로 돌아가지 않는 것을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	볼트 수직이음방식이란?	용접이음방식은 국내에서 일반적으로 사용하는 공법으로 직경이 동일한 상부말뚝의 선단과 하부말뚝의 두부를 용접을 통해 길이를 연장하는 공법이다. 볼트 수직이음방식은 상부말뚝의 선단과 하부말뚝의 두부 사이에 볼트 수직이음구를 삽입하여 이음볼트로 수직방향으로 체결하는 방식이다. 여기서 볼트-너트 체결 기본개념 미비, 구조적인 검증 미비, 시공 시 안전성 검증 미비, 작업 시간 및 비용 등으로 인한 안전성에 심각한 문제가 있다는 의견들이 제기되고 있다.
	용접이음방식이란?	국내에서는 표준이음방식으로 용접이음 방식을 규정하고 있으나(KSA, 2002; KSA, 2003; KCSC, 2016a; KCSC, 2016b) 볼트 수직이음방식도 현장에서는 적용되고 있다. 용접이음방식은 국내에서 일반적으로 사용하는 공법으로 직경이 동일한 상부말뚝의 선단과 하부말뚝의 두부를 용접을 통해 길이를 연장하는 공법이다. 볼트 수직이음방식은 상부말뚝의 선단과 하부말뚝의 두부 사이에 볼트 수직이음구를 삽입하여 이음볼트로 수직방향으로 체결하는 방식이다.
	볼트 수직이음방식에서 제기되는 문제는?	볼트 수직이음방식은 상부말뚝의 선단과 하부말뚝의 두부 사이에 볼트 수직이음구를 삽입하여 이음볼트로 수직방향으로 체결하는 방식이다. 여기서 볼트-너트 체결 기본개념 미비, 구조적인 검증 미비, 시공 시 안전성 검증 미비, 작업 시간 및 비용 등으로 인한 안전성에 심각한 문제가 있다는 의견들이 제기되고 있다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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