KR101430518B1

KR101430518B1 - 섬유보강재를 이용한 에스알 콘크리트말뚝

Info

Publication number: KR101430518B1
Application number: KR1020140020478A
Authority: KR
Inventors: 박연수; 박주원
Original assignee: 박연수; 주식회사 서림
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2014-08-18
Also published as: WO2015126215A1

Abstract

본 발명은 종방향으로 일정간격 형성된 다수의 주철근; 상기 주철근을 원형으로 감싸는 격자망 형태의 섬유보강재; 상기 주철근과 섬유보강재를 포함하는 소정두께의 중공관 형태의 콘크리트;로 구성되되, 상기 섬유보강재의 양단부는 겹이음이 되도록 겹쳐서 주철근에 고정되고, 상기 섬유보강재의 상단부와 하단부도 상하에 배치된 섬유보강재의 하단부와 상단부에 겹이음이 되도록 겹쳐서 주철근에 고정되도록 구성되는 섬유보강재를 이용한 콘크리트말뚝을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 주철근과 상기 주철근을 감싸도록 형성된 격자망 형태의 섬유보강재로 구성된 콘크리트말뚝을 제공하되, 상기 섬유보강재 중 횡방향의 섬유그리드는 기존의 띠철근, 종방향의 섬유그리드는 기존의 보강철근을 대체할 뿐더러 상기 섬유보강재와 콘크리트의 일체식 구조로 부착강도 증진과 함께 수직력과 수평력 및 휨모멘트에 대한 저항능력이 크게 향상되어 PHC말뚝, 강관말뚝, 복합말뚝의 대용으로 사용가능토록 하는 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

섬유보강재를 이용한 에스알 콘크리트말뚝{Seismic reinforcement Concrete pile using fiber reinforcement}

본 발명은 섬유보강재를 이용한 에스알 콘크리트말뚝에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주철근과 상기 주철근을 감싸도록 형성된 격자망 형태의 섬유보강재로 구성된 에스알 콘크리트말뚝을 제공하되, 상기 섬유보강재 중 횡방향의 섬유그리드는 기존의 띠철근, 종방향의 섬유그리드는 기존의 보강철근을 대체할 뿐더러 상기 섬유보강재와 콘크리트의 일체식 구조로 부착강도 증진과 함께 수직력과 수평력 및 휨모멘트에 대한 저항능력이 크게 향상되어 PHC콘크리트말뚝, 강관말뚝, 복합말뚝의 대용으로 사용가능토록 하는 섬유보강재를 이용한 에스알 콘크리트말뚝에 관한 것이다.

일반적으로 깊은 기초 등을 시공할 때 사용되는 말뚝에는 수직력과 수평력, 그리고 큰 휨모멘트가 작용하게 된다.

종래에는 말뚝으로서 콘크리트를 이용하여 중공을 가지도록 제작하여 말뚝길이 방향으로 프리스트레스를 도입한 중공 프리스트레스트 콘크리트 말뚝("PHC말뚝")이나, 강재를 원형으로 성형한 강관말뚝이 주로 이용되었다.

이러한 강관말뚝은 재료 특성상 연성이 뛰어나기 때문에 수평력과 휨모멘트가 지배되는 토목 구조물에 사용되고 있는데, 상기 강관말뚝의 두께가 얇기 때문에 수직력에 대한 지지 성능이 상대적으로 낮다는 단점이 있다.

반면, PHC말뚝은 콘크리트를 이용하여 제작되기 때문에 일정 정도의 두께를 가지고 있고, 그에 따라 수직력에 대한 지지 성능이 강관말뚝보다 우수하기 때문에 수직력이 지배적인 건축구조물에 주로 사용되고 있다.

그러나 상기 PHC말뚝의 경우, 강관말뚝에 비해 수평력과 휨모멘트에 대한 저항능력이 상대적으로 낮다는 단점이 있다.

따라서 종래에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 수평력 및 휨모멘트에 대한 저항능력이 우수한 강관말뚝은 상부에, 수직력에 대한 저항능력이 우수한 PHC말뚝은 하부에 위치하도록 합성한 복합말뚝을 사용하거나 또는 기존의 PHC말뚝의 수평력 및 휨모멘트에 대한 저항능력을 개선하기 위해 주철근과 상기 주철근을 감싸는 띠철근 외에 다양한 형태의 보강철근을 추가로 배치한 PHC말뚝을 제작하여 사용하고 있는 실정이다.

그러나 상기 전자의 복합말뚝은 강관말뚝과 PHC말뚝을 연결하기 위한 별도의 구성이 필요하고, 후자의 PHC말뚝은 별도의 보강철근이 필요할 뿐더러 상기 보강철근과 함께 띠철근을 고정하기 위한 용접작업이 선행되어야 하는 번거로움과 불편함이 있었다.

또한, 상기 후자의 PHC말뚝은 주철근의 외부에 배치되는 띠철근과 보강철근의 직경이 상당한 두께를 가지므로 피복두께로부터 자유롭지 못하며, 이로 인해 상기 띠철근과 보강철근의 부식 및 구조물의 성능저하 등의 문제점이 있었다.

즉 부적절한 피복두께로 부착강도가 저하되고 이로 인해 콘크리트말뚝에 균일이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주철근과 상기 주철근을 감싸도록 형성된 격자망 형태의 섬유보강재로 구성된 에스알 콘크리트말뚝을 제공하되, 상기 섬유보강재 중 횡방향의 섬유그리드는 기존의 띠철근, 종방향의 섬유그리드는 기존의 보강철근을 대체할 뿐더러 상기 섬유보강재와 콘크리트의 일체식 구조로 부착강도 증진과 함께 수직력과 수평력 및 휨모멘트에 대한 저항능력이 크게 향상되어 PHC말뚝, 강관말뚝, 복합말뚝의 대용으로 사용가능토록 하는 섬유보강재를 이용한 에스알 콘크리트말뚝을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 섬유보강재를 이용한 에스알 콘크리트말뚝은, 종방향으로 일정간격 형성된 다수의 주철근; 상기 주철근을 원형으로 감싸는 격자망 형태의 섬유보강재; 상기 주철근과 섬유보강재를 포함하는 소정두께의 중공관 형태의 콘크리트;로 구성되되, 상기 섬유보강재의 양단부는 겹이음이 되도록 겹쳐서 주철근에 고정되고, 상기 섬유보강재의 상단부와 하단부도 상하에 배치된 섬유보강재의 하단부와 상단부에 겹이음이 되도록 겹쳐서 주철근에 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 섬유보강재는 횡방향의 섬유그리드와 종방향의 섬유그리드로 구성되되, 상기 횡방향의 섬유그리드의 간격은 25~75㎜, 상기 종방향의 섬유그리드의 간격은 40~100㎜로 형성되고, 상기 섬유그리드의 폭은 5~10㎜로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 섬유보강재의 양단부는 종방향으로 100㎜ 이상 겹이음, 상하단부는 횡방향으로 300㎜ 이상 겹이음이 되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 횡방향의 섬유그리드는 탄성섬유로 배치되고, 상기 종방향의 섬유그리드는 유리섬유로 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이처럼 본 발명은 주철근과 상기 주철근을 감싸도록 형성된 격자망 형태의 섬유보강재로 구성된 에스알 콘크리트말뚝을 제공하되, 상기 섬유보강재 중 횡방향의 섬유그리드는 기존의 띠철근, 종방향의 섬유그리드는 기존의 보강철근을 대체할 뿐더러 상기 섬유보강재와 콘크리트의 일체식 구조로 부착강도 증진과 함께 수직력과 수평력 및 휨모멘트에 대한 저항능력이 크게 향상되어 PHC말뚝, 강관말뚝, 복합말뚝의 대용으로 사용가능토록 하고; 수평력 향상을 위해 불필요한 보강철근의 사용을 자제하고 주철근에 상기 보강철근과 함께 띠철근의 용접작업이 생략되므로 제작이 용이할 뿐더러 경제성이 크게 향상되며; 상기 띠철근과 보강철근의 대용으로 섬유보강재를 사용함에 따라 주철근만 피복두께를 만족하면 되므로 철근 부식, 구조물의 성능저하 등의 문제점을 해결할 수 있도록 하는 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1 - 종래 콘크리트말뚝의 주철근과 띠철근을 도시한 사시도.
도 2 - 본 발명 에스알 콘크리트말뚝의 주철근과 섬유보강재를 도시한 사시도.
도 3 - 도 2의 섬유보강재를 도시한 전개도.
도 4 - 본 발명 에스알 콘크리트말뚝을 도시한 단면도.

상기한 목적 및 효과를 달성하기 위한 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 섬유보강재를 이용한 에스알 콘크리트말뚝(100)은, 종방향으로 일정간격 형성된 다수의 주철근(110); 상기 주철근(110)을 원형으로 감싸는 격자망 형태의 섬유보강재(120); 상기 주철근(110)과 섬유보강재(120)를 포함하는 소정두께의 중공관 형태의 콘크리트(130);로 구성되되, 상기 섬유보강재(120)의 양단부는 겹이음이 되도록 겹쳐서 주철근(110)에 고정되고, 상기 섬유보강재(120)의 상단부와 하단부도 상하에 배치된 섬유보강재(120)의 하단부와 상단부에 겹이음이 되도록 겹쳐서 주철근(110)에 고정되도록 구성된다.

상기 에스알 콘크리트말뚝(100)은 [도 2]에 도시된 바와 같이, 다수의 주철근(110)과 상기 주철근(110)을 원형으로 감싸는 다수의 섬유보강재(120)를 겹이음 되도록 상기 주철근(110)에 철사 등의 고정수단을 사용하여 고정한 후 형틀에 배치한 다음 콘리리트(130)를 타설하고 상기 형틀을 고속으로 회전시키면 원심력에 의해 타설된 콘크리트(130)는 형틀의 내측면으로부터 소정의 두께를 가지도록 형성되며, 상기 타설된 콘크리트(130)가 경화될 경우 자연스럽게 중공관 형태로 제작된다.

상기 섬유보강재(120)는 [도 1]에 도시된 띠철근(20) 및 기존 콘크리트말뚝의 수평력 및 휨모멘트에 대한 저항능력을 개선하기 위한 보강철근의 대체구성물로, 횡방향의 섬유그리드(121)와 종방향의 섬유그리드(122)로 구성된다.

이때 상기 횡방향의 섬유그리드(121)는 기존의 띠철근(20), 종방향의 섬유그리드(122)는 기존의 보강철근을 대체할 뿐더러 주철근(110)을 보강하는 역할을 수행하게 된다.

그리고 [도 3]에 도시된 바와 같이, 상기 횡방향의 섬유그리드(121)의 간격(H)은 25~75㎜, 상기 종방향의 섬유그리드(122)의 간격(L)은 40~100㎜로 형성되고, 상기 횡방향의 섬유그리드(121)의 폭(D)은 5㎜, 두께는 1㎜, 상기 종방향의 섬유그리드(122)의 폭(D')은 10㎜, 두께는 1~10㎜로 형성되도록 구성됨이 바람직한데, 이는 상기 간격이 너무 좁으면 콘크리트(130) 타설 및 섬유그리드(121,122)의 사이로 콘크리트(130)의 투입이 어렵고, 간격이 너무 넓으면 횡방향의 섬유그리드(121)에 의한 수평력 및 휨모멘트에 대한 저항능력의 개선이 어려울 뿐더러 종방향의 섬유그리드(122)에 의한 주철근(110)의 보강력이 저하되기 때문이다.

그리고 [도 2]에 도시된 바와 같이, 상기 섬유보강재(120)의 양단부는 종방향으로 100㎜ 이상 겹이음, 상하단부는 횡방향으로 300㎜ 이상 겹이음이 되도록 구성됨이 바람직한데, 이는 상기 섬유보강재(120)의 안정적인 결합구조와 함께 종방향과 횡방향의 겹이음 부위에 의한 콘크리트말뚝(100)의 수직력과 수평력 및 휨모멘트에 대한 저항능력을 더욱 개선하기 위함이다.

그리고 상기 횡방향의 섬유그리드(121)는 탄성섬유로 배치되고 상기 종방향의 섬유그리드(122)는 유리섬유로 배치되도록 구성됨이 바람직한데, 이는 상기 유리섬유보다 고강도인 탄소섬유를 사용함으로써 콘크리트말뚝(100)의 수평력 및 휨모멘트에 대한 저항능력을 더욱 향상시킬 수 있기 때문이다.

물론 상기 횡방향 및 종방향의 섬유그리드(121,122)에 유리섬유와 탄소섬유를 혼용하여 사용할 수도 있음은 당연하나, 콘크리트말뚝(100)의 제작에 따른 경제적인 부담감을 최소화하기 위해 상기와 같이, 횡방향의 섬유그리드(122)는 탄소섬유로, 종방향의 섬유그리드(121)는 유리섬유로 구성함이 바람직하다.

그리고 상기 섬유보강재(120)는 고탄성계수와 높은 인장강도를 갖는 유리섬유와 탄소섬유로 격자망을 만들고 이 격자망을 아스팔트 에멀젼에 함침시켜 제조된다.

한편, 상기한 구성을 갖는 본 발명 에스알 콘크리트말뚝(100)의 주철근(110)의 피복두께(콘크리트 표면과 주철근 표면 간의 거리)는 최소한 30㎜로 구성됨이 바람직한데, 이는 콘크리트말뚝(100)이 프리캐스트 콘크리트의 일종으로 흙에 직접 노출되므로 내화성, 내구성, 소요강도의 확보, 균열방지를 위해 설계기준상 최소한의 피복두께인 30㎜를 충족해야 하기 때문이다.

이때 상기 주철근(10)을 감싸는 격자망 형태의 섬유보강재(120)는 자체 두께가 1~10㎜ 내외에 불과하고 섬유재질의 소재로 이루어지므로 피복두께로부터 자유롭다 할 것이다.

즉 종래에는 피복두께를 만족하기 위해 띠철근(20)과 보강철근의 두께를 감안하여 콘크리트를 타설하거나 경제적인 이유로 피복두께를 만족하지 못하는 경우 철근 부식, 구조물의 성능저하 등의 문제점이 야기되었다 할 것이다.

이처럼 본 발명은 주철근(110)과 상기 주철근(110)을 감싸도록 형성된 격자망 형태의 섬유보강재(120)로 구성된 에스알 콘크리트말뚝(110)을 제공하되, 상기 섬유보강재(120) 중 횡방향의 섬유그리드(121)는 기존의 띠철근(20), 종방향의 섬유그리드(122)는 기존의 보강철근을 대체할 뿐더러 상기 섬유보강재(120)와 콘크리트(130)의 일체식 구조로 부착강도 증진과 함께 수직력과 수평력 및 휨모멘트에 대한 저항능력이 크게 향상되어 PHC말뚝, 강관말뚝, 복합말뚝의 대용으로 사용가능토록 하고; 수평력 향상을 위해 불필요한 보강철근의 사용을 자제하고 주철근(110)에 상기 보강철근과 함께 띠철근(20)의 용접작업이 생략되므로 제작이 용이할 뿐더러 경제성이 크게 향상되며; 상기 띠철근(20)과 보강철근의 대용으로 섬유보강재(120)를 사용함에 따라 주철근(110)만 피복두께를 만족하면 되므로 철근 부식, 구조물의 성능저하 등의 문제점을 해결할 수 있다 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: 본 발명 에스알 콘크리트말뚝
110: 주철근 120: 섬유보강재
121,122: 섬유그리드 130: 콘크리트

Claims

종방향으로 일정간격 형성된 다수의 주철근(110); 상기 주철근(110)을 원형으로 감싸는 섬유보강재(120); 상기 주철근(110)과 섬유보강재(120)를 포함하는 소정두께의 중공관 형태의 콘크리트(130);로 구성된 콘크리트말뚝에 있어서,
상기 섬유보강재(120)는 격자망 형태를 가지되 주철근(110)에 철사로 고정되고;
상기 주철근(110)의 피복두께(콘크리트 표면과 주철근 표면 간의 거리)는 최소한 30㎜로 구성되며;
상기 섬유보강재(120)의 양단부는 겹이음이 되도록 겹쳐서 주철근(110)에 고정되고, 상기 섬유보강재(120)의 상단부와 하단부도 상하에 배치된 섬유보강재(120)의 하단부와 상단부에 겹이음이 되도록 겹쳐서 주철근(110)에 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 섬유보강재를 이용한 에스알 콘크리트말뚝.
제1항에 있어서,
상기 섬유보강재(120)는 횡방향의 섬유그리드(121)와 종방향의 섬유그리드(122)로 구성되되, 상기 횡방향의 섬유그리드(121)의 간격(H)은 25~75㎜, 상기 종방향의 섬유그리드(122)의 간격(L)은 40~100㎜로 형성되고, 상기 섬유그리드(121,122)의 폭(D,D')은 5~10㎜로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 섬유보강재를 이용한 에스알 콘크리트말뚝.
제1항에 있어서,
상기 섬유보강재(120)의 양단부는 종방향으로 100㎜ 이상 겹이음, 상하단부는 횡방향으로 300㎜ 이상 겹이음이 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 섬유보강재를 이용한 에스알 콘크리트말뚝.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 횡방향의 섬유그리드(121)는 탄성섬유로 배치되고, 상기 종방향의 섬유그리드(122)는 유리섬유로 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 섬유보강재를 이용한 에스알 콘크리트말뚝.