복합말뚝의 연결장치에 관한 연구

Abstract

최근 구조물의 경제성과 효율성을 위하여 구조물 단면을 최적화시켜 설계하는 추세에 있으며 두 개 이상의 재료를 혼합 또는 혼용하여 각 재료의 장점을 최대한 발휘시키고 단점을 상호 보완하는 복합구조에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 시공 후 땅속에 묻히는 말뚝구조물은 지반깊이에 따라 발생하는 휨모멘트와 전단력이 변화함에도 불구하고 강관말뚝, PHC말뚝 등 일정한 말뚝 형식을 획일적으로 사용하고 있으며 깊이에 따른 설계단면 역시 동일하게 적용하고 있다. 말뚝의 지반깊이에 따른 휨모멘트 거동특성을 고려하여 말뚝 심도별로 맞춤형 말뚝재료를 혼합 적용한 복합말뚝은 말뚝기초의 기능은 유지하면서 경제성을 확보하는 우수한 대안이 될 수 있다. 단면과 재료가 상이한 두 가지 이상의 말뚝으로 구성된 복합말뚝은 두 말뚝을 연결하는 연결방법이 매우 중요하다. 본 논문은 복합말뚝의 연결장치에 대한 연구로서 유한요소해석을 통해서 복합말뚝 연결장치 단면을 제안하였다. 제안된 연결장치에 대하여 실물 압축 및 휨시험을 실시한 결과 구조적으로 매우 우수한 성능을 나타내었다. 또한 시험시공을 통해 동재하시험과 수평재하시험을 실시한 결과 강관말뚝과 거의 동일한 거동을 나타내었다. 구조물 특성 및 지반상황을 고려하여 적절한 이음위치를 확보할 경우 휨강성 및 시공성이 우수한 강관말뚝과 경제성이 우수한 PHC 말뚝의 효율성을 최대한 발휘할 수 있을 것으로 판단되며, 복합말뚝에 적합한 설계기법이 조속히 정립이 필요할 것으로 생각된다.; Recently, for the purpose of maximizing the economical and structural efficiency of structures, there have been many trials to enhance material performances by maximizing the superior characteristics of each material or by complementing each other for the demerits. The pile structure which is buried under the ground after installation is subjected to variable bending moment and shear force according to the depth of ground. However, one type of pile such as steel pile or concrete pile has been uniformly used for the entire length, and the dimension of pile section according to the depth of pile has been uniformly used as well. By considering the characteristics of bending moment behavior according to the depth of ground, composite pile which is made of mixed material such as steel, concrete, and etc. can be an excellent alternative in terms of economical and functional efficiency. In addition, it is natural that the connection method is very important to the composite pile because it is constituted of over two different kinds of material and section. In this study, as a investigation on the connecting device of composite pile, the section of connecting device has been proposed by performing FEM(Finite Element Method) analysis. According to the result of compressive and bending test on real specimens, the proposed connecting device has shown very good performance. In addition, according to the result of dynamic loading test and lateral loading test on real structure, the behavior of composite pile is almost the same to the behavior of steel pile. According to considering the characteristics of structure and ground condition, it is judged that the presented composite pile can be one of the best solutions by introducing both steel pile which has a benefit of excellent flexural stiffness and construction efficiency and PHC pile which has a benefit of economical efficiency in case of applying proper connection position. For the future reference, it is needed that the optimized design technique of composite pile should be investigated.