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KR101919843B1 - Efficient Basement Structure by changing connection betwwon piles and footing - Google Patents

Efficient Basement Structure by changing connection betwwon piles and footing Download PDF

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KR101919843B1
KR101919843B1 KR1020180021832A KR20180021832A KR101919843B1 KR 101919843 B1 KR101919843 B1 KR 101919843B1 KR 1020180021832 A KR1020180021832 A KR 1020180021832A KR 20180021832 A KR20180021832 A KR 20180021832A KR 101919843 B1 KR101919843 B1 KR 101919843B1
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KR
South Korea
Prior art keywords
pile
enlarged
foundation
phc pile
modeled
Prior art date
Application number
KR1020180021832A
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Korean (ko)
Inventor
이종관
이경훈
지인용
김병규
Original Assignee
(주)피티씨
(주)한맥기술
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Publication date
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

The present invention relates to a foundation structure. More specifically, the present invention relates to a foundation structure which can efficiently combine a steel pipe pile (or composite pile) and a PHC pile through three-dimensional analysis to effectively correspond to a vertical force, a horizontal force and a warpage moment applied to a foundation and is economically efficient. The foundation structure comprises: a footing foundation modeled as a plate or a three-dimensional lattice; the steel plate pile (or composite pile) located in a lower part of the footing foundation, modeled as a three-dimensional beam element, and having a side surface and a tip modeled as a spring element considering a property of a stratum; and the PHC pile located on the lower part of the footing foundation, and modeled as the three-dimensional beam element.

Description

말뚝과 확대기초의 연결방법 개선을 통하여 효율적인 기초 구조물 {Efficient Basement Structure by changing connection betwwon piles and footing}In this paper, we propose a new pile and footing pile foundation,

본 발명은 기초 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3차원 해석을 통하여 강관 말뚝(또는 복합 말뚝)과 PHC 말뚝의 특성을 효율적으로 사용하여 기초에 작용하는 수직력, 수평력 및 휨 모멘트에 효과적으로 대응하면서도 경제적으로 효율적인 기초 구조물에 관한 것이다.The present invention relates to a foundation structure, and more particularly, to a pile structure that effectively uses the characteristics of a steel pipe pile (or a composite pile) and a PHC pile through three-dimensional analysis to effectively cope with a normal force, a horizontal force and a bending moment acting on the foundation, To an effective foundation structure.

구조물을 지지하는 기초는 지지지반이 낮은 곳에 사용하는 얕은 기초와 지지지반이 깊은 곳에 사용하는 깊은 기초로 구분된다.The foundations supporting the structure are divided into a shallow foundation used for the lower ground and a deep foundation used for the deeper ground.

깊은 기초에 사용되는 말뚝은 강관 말뚝, 프리스트레스를 도입한 PHC 말뚝 및 철근콘크리트 말뚝이 있다. 강관 말뚝과 PHC 말뚝은 운반 중 균열발생 우려가 적어 공장제작에서 제작하는 기성말뚝으로 사용되고, 균열발생 우려가 큰 철근콘크리트 말뚝은 현장에서 타설하는 방식으로 주로 제작된다.The piles used for deep foundations are steel pipe piles, PHC piles incorporating prestressing, and reinforced concrete piles. The steel pipe pile and PHC pile are used as piling piles manufactured in the factory because there is little concern about cracking during transportation, and the reinforced concrete pile having a great concern about cracking is mainly manufactured by putting in the field.

기성말뚝 중 강관 말뚝은 PHC 말뚝에 비하여 약2∼3배 정도 고가이다. 말뚝재료의 구조적 성능에 있어서는 강관 말뚝이 PHC 말뚝에 비하여 휨모멘트와 전단 저항능력은 약7∼8배 우수하고, 축력에 대하여서는 거의 유사한 저항능력을 보유하고 있다. 따라서 수평력의 영향이 큰 토목구조물에서는 고가임에도 불구하고 강관 말뚝을 주로 사용하고, 수평력의 영향이 적은 건축구조물에서는 경제적인 PHC 말뚝을 주로 사용하고 있다.The steel pipe pile is about 2 ~ 3 times higher than the PHC pile. The structural performance of the pile material is superior to the PHC pile by the bending moment and the shear resistance capacity of the steel pipe pile by about 7 to 8 times. Therefore, the steel pile pile is mainly used in civil engineering structures with a large influence of lateral force, and the PHC pile is used economically in construction structures having little effect of lateral force.

말뚝기초에는 휨모멘트, 전단력 및 축력이 작용하는데, 도 1에 도시된 바와 같이 휨모멘트와 전단력은 상단에서 크게 발생하고 깊이가 깊어질수록 그 크기가 감소하는 반면, 축력은 깊이에 상관없이 일정하게 작용한다.The bending moment, shear force and axial force act on the pile foundation. As shown in FIG. 1, the bending moment and shear force are generated at the upper end and the size decreases as the depth is deepened. On the other hand, .

말뚝기초에 작용하는 휨모멘트와 전단력의 특성에 기초하여 모멘트 및 전단력이 크게 발생하는 말뚝 상단은 모멘트 및 전단력의 저항 능력이 우수한 고가의 강관 말뚝을 사용하고, 모멘트 및 전단력의 발생이 적고 축력이 크게 작용하는 말뚝 하단부는 축력 저항 능력이 크고 경제성이 있는 PHC 말뚝을 조합하여 경제성과 구조적 안전성을 만족시킨 복합말뚝이 개발되어 사용되고 있다.The upper end of the pile, which generates moment and shear force based on the characteristics of bending moment and shear force acting on the pile foundation, uses expensive steel pipe pile with excellent resistance to moment and shear force, In the lower part of the pile, a composite pile satisfying economical efficiency and structural safety has been developed and used by combining PHC piles having high axial resistance and economical efficiency.

복합말뚝은 강관 말뚝과 PHC 말뚝을 조합한 형태로 강관 말뚝보다는 경제적이지만 강관 말뚝과 PHC 말뚝을 용접하고 연결부의 안전성 확보를 위하여 연결구등을 설치하여야 하므로 PHC 말뚝보다는 고가이다. The composite pile is more economical than the steel pipe pile because it is a combination of steel pipe pile and PHC pile, but it is more expensive than PHC pile because it is necessary to weld the steel pipe pile and PHC pile and to secure the connection part.

확대기초와 말뚝을 연결하는 방식은 크게 강결(고정), 힌지, 롤러 방식으로 구분할 수 있으며, 연결방법에 따라 말뚝에 작용하는 단면력이 서로 다르다. 그런데 교량 기초의 경우에는 말뚝 머리를 기초에 고정하는 방식인 강결로 설계하도록 도로교 설계기준에 명기되어 있어서(도로교 설계기준 해설(2008),905쪽) 대부분의 교량 기초는 도 2에 도시된 바와 같이 강결방식을 적용하고 있다. 도로교 설계기준에서 말뚝과 기초를 강결하도록 설계하는 이유는 "수평 변위량에 따라 설계가 지배되는 경우 유리하고, 부정정차수가 높기 때문에 내진상의 안전성이 유리하기 때문"이라고 기재하고 있고, 강결합으로 설계한다 해도 이상적인 결합조건을 시공시 확보하기 힘들다는 점과 지진시 최악의 조건을 고려할 때 말뚝머리 힌지 결합상태도 검토할 필요가 있기 때문이다.”라고 규정하고 있어 일반적인 교량기초에서는 강결합과 힌지결합의 두 조건을 모두 만족시키도록 설계하고 있다. 그러므로 도로교 설계 기준에서는 확대기초와 말뚝의 힌지 결합에 대한 예시는 없이 강결하는 방안만을 제시하고 있다. The method of connecting the enlarged foundation to the pile can be classified into two types: strong (fixed), hinge, and roller type, and the sectional force acting on the pile is different according to the connection method. However, in the case of bridge foundation, it is specified in the design standard of the bridge for the design of the river which is the method of fixing the head of the pile to the foundation (Commentary on Highway Bridge Design Standard (2008), p. 905) A strong method is applied. The reason why the pile and foundation are designed to be strong in the design standards of the highway bridge is described as "advantageous when the design is controlled according to the horizontal displacement amount and safety of the grounding phase is advantageous because of high number of unsteadiness" This is because it is necessary to examine the pile head hinge joint state when considering the worst conditions in earthquake "and that it is necessary to examine the state of the pile head hinge joint. Are both designed to satisfy both conditions. Therefore, in the design guidelines for highway bridges, only rigid plans are presented without any examples of hinge joints between expansion bases and piles.

전술한 설계기준에 따라 대부분의 교량기초는 전체 말뚝을 강결합으로 설계 및 시공하고 있으며 안전성 확보를 위하여 힌지결합인 상태에서도 말뚝의 안전성만을 검토하고 있다. 이러한 이유로 대부분 교량기초에 사용되는 말뚝은 모든 말뚝이 휨과 전단력을 받도록 설계된다. 그런데, 교대와 같이 큰 모멘트가 발생하는 구조물은 말뚝 전체를 강관 혹은 강관을 이용한 복합말뚝을 사용하는 것이 불가피하지만, 비교적 모멘트 발생이 적고 축력이 지배하는 교각 등에서는 확대기초 전부에 고가의 강관 혹은 복합말뚝을 사용하는 것은 비경제적이라 할 수 있다. According to the above-mentioned design standard, most of the bridge bases are designed and constructed with rigid joints of all piles. In order to ensure safety, only the safety of the pile is examined even in the hinge-coupled state. For this reason, the piles used in most bridge foundations are designed to receive all bending and shear forces. However, it is inevitable to use a composite pile using a steel pipe or a steel pipe as a whole in which a large moment such as an alternating pile is generated. However, in a pier with relatively low moment generation and axial force, The use of piles can be said to be uneconomical.

도로교 설계기준에서 제시한 말뚝의 구조해석방법은 변위법이다.(도로교 설계기준 해설(2008), 889쪽) 상기 변위법은 1930년데 Chang에 의해 제안된 방정식을 이용한 것으로서, 강체인 확대기초에 연결되는 말뚝과 지반을 1개의 스프링으로 이상화한 방정식의 해를 구하여 단면력과 변위를 구하는 방식인데, 상기 방정식의 해를 구할때 사용되는 말뚝의 축방향 및 축직각 방향의 스프링 상수(k)를 구하는 방법은 도로교 설계기준 해설(2008), 885 내지 999쪽에 기재되어 있다. The method of structural analysis of piles proposed in the design guidelines for highway bridges is the displacement method (see the foot bridge design guide (2008), 889). The displacement method is based on the equation proposed by Chang in 1930, The method of obtaining the spring constant (k) in the axial direction and the direction perpendicular to the axis of the pile, which is used to solve the above equation, is a method of obtaining the solution of the equation obtained by idealizing the pile and the ground by one spring, (2008), pp. 885 to 999, which is incorporated herein by reference.

이에 따라 그간 일반적인 기초에서는 동일한 강성을 갖는 동종의 말뚝을 사용하였고 말뚝의 두부는 확대기초와 강결 또는 힌지결합 하는 것으로 설계되었다. 그동안 경제성 향상을 위하여 동일 교량기초에서 서로 강성이 다른 말뚝을 사용하거나 말뚝두부 연결조건을 변경하려는 시도를 하지 않은 것은 도로교 설계기준에서 제시된 규정과 구조해석방법도 큰 요인 중 하나라고 볼 수 있다.Therefore, similar piles with the same stiffness were used in general bases and the tofu of the pile was designed to be combined with an expansion base and rigid or hinged. In order to improve the economical efficiency, it is one of the major factors to use the piles with different stiffness on the basis of the same bridge or to attempt to change the connection conditions of the pile head.

도로교 설계기준에서 제시된 Chang의 방정식은 1930년대에 제안된 방안으로써 수계산으로 해를 구하기 위해 이상화한 방정식이다. 그때와 비교하면 컴퓨터와 해석방법이 비약적으로 발달한 실정을 감안할 때 동일기초에 강성이 서로 다른 말뚝을 사용하거나 말뚝 두부의 연결조건을 변경하여 현실에 가깝게 모사하여 3차원으로 해석하는 것은 다소 복잡하더라도 큰 어려움이 있는 것은 아니므로 3차원 해석법에 의해 기초와 결합하는 말뚝에 작용하는 하중을 실제와 유사하게 고려함으로써 효율적인 설계가 가능하도록 하는 것이 필요해 보인다.Chang 's equation presented in the design guidelines for the highway bridge was proposed in the 1930' s and is an idealized equation to solve the solution by numerical calculation. Considering the fact that computer and analysis methods are developed remarkably in comparison with that time, it is somewhat complicated to use piles with different stiffnesses on the same foundation or to modify the connection conditions of the pile head to simulate it in close proximity to reality It is necessary to make the effective design possible by considering the load acting on the pile coupled with the foundation by the three-dimensional analysis method similar to the actual one.

본 발명은 배경 기술에서 제기된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발생하는 3차원 구조해석을 통하여 모멘트 및 전단력의 크기에 맞추어 강관 또는 복합 말뚝과 PHC 말뚝을 배치함으로써 경제적으로 시공할 수 있는 기초 구조물을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems raised in the background art, and it is an object of the present invention to solve the above problems by arranging a steel pipe or a composite pile and a PHC pile according to the magnitude of moment and shear force, To thereby provide a foundation structure that can be constructed with the above structure.

전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,As a means for solving the above-mentioned problems,

플레이트 또는 3차원 격자로 모델링 되는 확대기초;An enlarged base modeled as a plate or a three dimensional grid;

상기 확대기초의 하부에 배치되며, 3차원 보요소로 모델링 되되, 그 측면과 선단은 지층의 특성을 고려한 스프링 요소로 모델링 되는 강관 말뚝;A steel pipe pile modeled as a three-dimensional beam element disposed at the lower part of the enlarged foundation, the side and the tip of which are modeled by a spring element taking into account the characteristics of the stratum;

상기 확대기초의 하부에 배치되며, 3차원 보요소로 모델링 되는 PHC 말뚝;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기초 구조물을 제공한다.And a PHC pile disposed below the enlarged foundation and modeled as a three-dimensional beam element.

또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,

플레이트 또는 보요소로 3차원 모델링 되는 확대기초;An enlarged base that is modeled three-dimensionally with a plate or beam element;

상기 확대기초의 하부에 배치되며, 3차원 보요소로 모델링 되되, 그 측면과 선단은 지층의 특성을 고려한 스프링 요소로 모델링 되는 복합 말뚝;A composite pile modeled as a three-dimensional beam element disposed at the bottom of the enlarged foundation, the side and the tip of which are modeled as spring elements taking into account the characteristics of the bed;

상기 확대기초의 하부에 배치되며, 3차원 보요소로 모델링 되는 PHC 말뚝;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기초 구조물을 제공한다.And a PHC pile disposed below the enlarged foundation and modeled as a three-dimensional beam element.

상기 확대기초에 작용하는 수직력, 수평력 및 휨모멘트에 저항할 수 있도록, 상기 강관 말뚝은 상기 확대기초의 하부쪽에 매립되는 강결구조로 연결되고,The steel pipe pile is connected to the steel pipe structure buried in the lower side of the enlarged foundation so as to resist the vertical force, the horizontal force and the bending moment acting on the enlarged foundation,

상기 확대기초에 작용하는 수직력에만 저항할 수 있도록, 상기 PHC 말뚝은 상기 확대기초와 롤러구조로 연결되며, 3차원 보요소로 모델링 시 상기 확대기초와 연결되는 연직 스프링으로 모델링되는 것이 바람직하다.Preferably, the PHC pile is modeled as a vertical spring connected to the magnifying base by a roller structure and connected to the magnifying base upon modeling with a three-dimensional beam element so as to resist only the normal force acting on the magnifying base.

상기 확대기초에 작용하는 수직력, 수평력 및 휨모멘트에 저항할 수 있도록, 상기 복합 말뚝은 상기 확대기초의 하부쪽에 매립되는 강결구조로 연결되고,The composite pile is connected to a rigid structure embedded in a lower portion of the enlarged foundation so as to resist a vertical force, a horizontal force and a bending moment acting on the enlarged foundation,

상기 확대기초에 작용하는 수직력에만 저항할 수 있도록, 상기 PHC 말뚝은 상기 확대기초와 롤러구조로 연결되며, 3차원 보요소로 모델링 시 상기 확대기초와 연결되는 연직 스프링으로 모델링되는 것이 바람직하다.Preferably, the PHC pile is modeled as a vertical spring connected to the magnifying base by a roller structure and connected to the magnifying base upon modeling with a three-dimensional beam element so as to resist only the normal force acting on the magnifying base.

상기 강관 말뚝은 PHC 말뚝에 비교하여 상대적으로 확대기초의 외곽부에 배치되는 것이 바람직하다.It is preferable that the steel pipe pile is disposed at the outer periphery of the expansion base relatively to the PHC pile.

상기 복합 말뚝은 PHC 말뚝에 비교하여 상대적으로 확대기초의 외곽부에 배치되는 것이 바람직하다.Preferably, the composite pile is disposed on the outer periphery of the expansion base relatively to the PHC pile.

상기 확대기초의 하면 중 상기 PHC 말뚝이 설치되는 부분에 결합하는 강재의 하부판; 및,A lower plate of a steel material joined to a portion of the enlarged base surface where the PHC pile is installed; And

상기 PHC 말뚝의 상면에 결합하는 상부판과 상기 상부판에 결합하며 상기 PHC 말뚝의 상부를 감싸는 강재밴드와 상기 PHC 말뚝 상부의 내부에 배치되는 철근콘크리트를 포함하는 말뚝 보강재;를 더 포함하며,A pile reinforcement including an upper plate coupled to an upper surface of the PHC pile, and a steel band coupled to the upper plate and surrounding the upper portion of the PHC pile, and a reinforcing concrete disposed inside the upper portion of the PHC pile,

상기 하부판과 상기 상부판이 맞닿은 상태로 상기 확대기초와 상기 PHC 말뚝이 결합하는 것이 바람직하다.It is preferable that the enlarged base and the PHC pile are engaged while the bottom plate and the top plate are in contact with each other.

본 발명에 의하면 3차원 해석을 통하여 강관 말뚝(또는 복합 말뚝)과 PHC 말뚝을 효율적으로 배치하되 확대기초와 결합하는 형식을 조절함으로써 기초에 작용하는 하중에 효율적으로 대응하면서도 경제적으로 우수한 기초 구조물을 제공할 수 있다.According to the present invention, a steel pipe pile (or a composite pile) and a PHC pile are efficiently disposed through a three-dimensional analysis, and the type of coupling with the expansion base is controlled to provide an economically excellent foundation structure can do.

도 1은 기초에 결합한 말뚝에 작용하는 휨모멘트, 전단력 및 축력을 도시한 도면.
도 2는 도로교 설계 기준상의 말뚝과 기초의 결합방법을 도시한 도면.
도 3은 확대기초와 말뚝이 결합하는 것을 3차원으로 모델링한 도면.
도 4는 확대기초와 말뚝이 강결구조나 롤러구조로 결합할 때의 3차원 모델링 해석방식을 설명하기 위한 도면.
도 5는 확대기초와 PHC 말뚝의 롤러구조 결합을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 5의 결합 단면도.
도 7 및 도 8은 강관 말뚝(또는 복합말뚝)과 PHC 말뚝의 배치를 설명하기 위한 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a bending moment, a shearing force and an axial force acting on a pile coupled to a foundation; FIG.
Fig. 2 is a view showing a method of joining a pile and a foundation on a design standard of a highway bridge; Fig.
Fig. 3 is a view showing a three-dimensional modeling of a combination of an enlarged base and a pile. Fig.
4 is a view for explaining a three-dimensional modeling analysis method when the enlarged base and the pile are coupled by a steel ball joint or a roller structure.
5 is a view for explaining the combination of the roller base and the PHC pile.
6 is an assembled sectional view of Fig.
7 and 8 are views for explaining the arrangement of a steel pipe pile (or a composite pile) and a PHC pile.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, and specific details for carrying out the present invention will be provided.

도 3은 확대기초와 말뚝이 결합하는 것을 3차원으로 모델링한 도면. 도 4는 확대기초와 말뚝이 강결구조나 롤러구조로 결합할 때의 3차원 모델링 해석방식을 설명하기 위한 도면, 도 5는 확대기초와 PHC 말뚝의 롤러구조 결합을 설명하기 위한 도면, 도 6은 도 5의 결합 단면도, 도 7 및 도 8은 강관 말뚝(또는 복합말뚝)과 PHC 말뚝의 배치를 설명하기 위한 도면이다.Fig. 3 is a view showing a three-dimensional modeling of a combination of an enlarged base and a pile. Fig. Fig. 4 is a view for explaining a three-dimensional modeling analysis method when the enlarged base and the pile are coupled by a steel barrel or roller structure, Fig. 5 is a view for explaining the combination of the enlarged base and the roller structure of the PHC pile, 5 and FIGS. 7 and 8 are views for explaining the arrangement of a steel pipe pile (or a composite pile) and a PHC pile.

본 실시예에 따른 기초 구조물은 확대기초(10), 강관 말뚝(20) 및 PHC 말뚝(30)을 포함하여 구성된다.The foundation structure according to the present embodiment comprises an enlarged foundation 10, a steel pipe pile 20, and a PHC pile 30.

상기 확대기초(10), 강관 말뚝(20) 및 PHC 말뚝(30)은 도 4에 도시된 바와 같은 3차원 모델에 의해 해석된다. The enlarged base 10, the steel pipe pile 20 and the PHC pile 30 are analyzed by a three-dimensional model as shown in Fig.

현재 기초와 말뚝의 구조검토에 사용되고 있는 도로교 설계기준 상의 변위법은 계산방법이 단순하여 적용이 용이한 장점은 있다. 그런데 변위법은 지반의 변화가 없고 말뚝의 강성이 모두 동일하다는 가정을 하고 계산하는 방법이므로 일정한 지층 조건을 갖는 지반에 말뚝을 충분히 근입하고, 근입 깊이에 따른 강성의 변화가 없는 동종의 말뚝이 기초와 강결구조에 의해 결합될때만 제한적으로 적용할 수 있는 해석법이다. 만일 지층의 변화가 있거나, 동일기초 내에서 강성이 다른 여러 종류의 말뚝을 혼합하여 사용한다거나, 확대기초와 말뚝의 결합조건이 바뀌는 경우에는 변위법을 유도한 방정식의 기본가정에 위배되기 때문에 사용할 수 없게 된다.The displacement method on the design basis of the highway bridge which is used to examine the structure of the foundation and the pile is advantageous in that the calculation method is simple and easy to apply. However, since the displacement method assumes that there is no change in the ground and that the stiffness of the pile is the same, the pile is sufficiently inserted into the ground having a certain ground condition, and the pile of the same kind, This is an analysis method that can be applied only when it is combined by a strong structure. If there is a change in strata, or if a combination of different types of piles with different stiffnesses in the same foundation is used, or if the combination conditions of the enlarged foundation and the pile are changed, it is contrary to the basic assumption of the equation derived from the displacement method. I will not.

따라서 교량기초에서 구조적 효율성 및 경제성을 향상시키기 위하여 다양한 말뚝을 혼용하여 사용할 때에는 기존 해석법인 변위법을 적용하기 어렵다. 다양한 말뚝을 혼용하여 사용할 때에는 기초의 거동을 실제에 가깝게 모사하여 해석하기 위하여서는 3차원 구조해석이 필수적이며 구체적으로는 다음과 같은 방법으로 해결할 수 있다.Therefore, it is difficult to apply displacement method, which is a conventional analysis method, when using various piles in combination to improve structural efficiency and economical efficiency in bridge foundation. When using various piles in combination, it is necessary to analyze the three-dimensional structure in order to simulate the behavior of the foundations close to the actual condition, and the concrete method can be solved by the following method.

- 확대기초는 플레이트 또는 3차원 격자 모델을 적용- Enlarge foundation applied plate or 3D grid model

- 말뚝은 말뚝의 특성을 고려한 3차원 보요소 적용- 3-dimensional beam element considering pile characteristics

- 지반은 지층 변화를 고려한 지층별 스프링 요소 적용- Application of spring element for each layer considering ground change

- 확대기초와 말뚝 상단의 연결은 강결구조(강관 말뚝), 롤러 구조(PHC 말뚝) 등의 경계조건을 적용- Boundary conditions such as steel structure (steel pipe pile) and roller structure (PHC pile) are applied to the connection of the enlarged foundation and pile top

- 롤러 구조로 확대기초에 결합하는 PHC 말뚝은 그 특성을 고려한 연직 스프링 요소 적용- PHC pile coupled to expansion base with roller structure is applied with vertical spring element considering its characteristics

본 발명에서는 전술한 다섯 가지 기준에 맞춘 3차원 구조해석을 적용하는데 상기 확대기초(10)는 플레이트 또는 3차원 보요소로 모델링하여 해석하며 철근 콘크리트 구조물이다.In the present invention, the three-dimensional structure analysis according to the five criteria described above is applied, and the enlarged base 10 is a reinforced concrete structure by modeling and analyzing the plate or the three-dimensional beam element.

상기 강관 말뚝(20)은 상기 확대기초(10)의 하부에 배치되는 구성으로서, 3차원 보요소로 모델링 되되, 도 4에 도시된 바와 같이 그 측면과 선단은 지층의 특성을 고려한 스프링 요소로 모델링하여 해석한다. The steel pipe pile 20 is disposed under the enlarged base 10 and is modeled by a three-dimensional beam element. As shown in FIG. 4, the side and the tip of the steel pipe pile 20 are modeled by a spring element, .

상기 강관 말뚝(20)은 상기 확대기초(10)에 작용하는 수직력, 수평력 및 휨 모멘트에 저항할 수 있도록 상기 확대기초(10)의 하부에 매립되는 강결구조로 연결된다. 강관 말뚝(20)을 확대기초에 강결구조로 연결하는 방법은 기존에 일반적으로 사용되는 방법이므로 본 발명이 속하는 분야의 평균정도의 지식을 지닌 자라면 충분히 알 수 있으므로 연결 구조는 도 8에 간략히 도시하였으며 추가적인 설명은 생략하기로 한다.The steel pipe pile 20 is connected to a steel structure buried in the lower portion of the enlarged base 10 so as to resist a vertical force, a horizontal force and a bending moment acting on the enlarged base 10. Since the method of connecting the steel pipe pile 20 to the enlarged base by a steel structure is a commonly used method, it can be sufficiently known that a person having an average degree of knowledge in the field to which the present invention belongs. Therefore, And further explanation will be omitted.

상기 PHC 말뚝(30)은 상기 강관 말뚝(20)과 마찬가지로 확대기초(10)의 하부에 배치되며 3차원 보요소로 모델링된다. 본 실시예에서 상기 PHC 말뚝(30)은 상기 확대기초(10)에 작용하는 수직력에만 저항할 수 있도록 상기 확대기초(10)와 롤러 구조로 연결되며 도 4에 도시된 바와 같이 3차원 모델링 시에 지층과의 관계에서 연직 스프링 요소로 모델링된다.The PHC pile 30 is disposed under the enlarged base 10 and is modeled as a three-dimensional beam element, like the steel pipe pile 20. In the present embodiment, the PHC pile 30 is connected to the enlarged base 10 in a roller structure so as to resist only the vertical force acting on the enlarged base 10, and in the three-dimensional modeling as shown in FIG. 4 It is modeled as a vertical spring element in relation to strata.

상기 PHC 말뚝(30)과 상기 확대기초(10)는 롤러 구조로 연결되는데 롤러 구조로 연결된다는 의미는 일반적으로 사용되는 바와 같이 수평 변위와 회전 변위를 허용하는 상태로 연결된다는 의미이다.The PHC pile 30 and the enlarged base 10 are connected by a roller structure, which means that they are connected in a state allowing horizontal displacement and rotational displacement as commonly used.

이러한 롤러 구조로 연결하기 위하여 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 확대기초(10)의 하면에는 상기 PHC 말뚝이 설치되는 부분에 결합하는 강재의 하부판(11)이 마련된다. 하부판(11)에는 스터드(12)가 마련되어 있어서 확대기초(10)와 합성거동을 할 수 있도록 한다.As shown in FIGS. 5 and 6, a lower plate 11 of a steel material, which is coupled to a portion where the PHC pile is installed, is provided on the lower surface of the enlarged base 10 to connect with the roller structure. The lower plate 11 is provided with a stud 12 so that it can perform a composite behavior with the enlarged base 10.

상기 PHC 말뚝에는 말뚝 보강재가 마련되는데 PHC 말뚝의 상면에 결합하는 상부판(31), 상기 상부판(31)에 결합하며 PHC 말뚝의 상부를 감싸는 강재 밴드(32), PHC 말뚝의 상부의 내부에 배치되는 철근(33)과 콘크리트(34)로 구성되는 철근 콘크리트를 포함한다. 상기 강재 밴드(32)는 한 쌍이 마련되고, 각각의 강재 밴드(32)에는 날개판(35)이 형성되어 있고, 날개판(35)을 고장력 볼트(36)와 너트(미도시)에 의해 결합하게 된다.The PHC pile is provided with a pile stiffener, which includes an upper plate 31 coupled to the upper surface of the PHC pile, a steel band 32 coupled to the upper plate 31 and surrounding the upper portion of the PHC pile, And reinforced concrete composed of reinforcing bars 33 and concrete 34 to be disposed. Each of the steel bands 32 is provided with a wing plate 35. The wing plate 35 is coupled to the high tension bolt 36 by a nut (not shown) .

확대기초(10)에 수평방향의 하중이 작용하여 변위가 발생하는 경우에도 확대기초(10)와 PHC 말뚝(30)은 합성되지 않았으므로 PHC 말뚝(30)에는 수평방향의 하중이 전달되지 않는다. 확대기초(10)와 PHC 말뚝(30)은 하부판(11)과 상부판(31)이 서로 맞닿은 형태로 서로 연결되어 있어서 확대기초(10)에 수평방향의 하중이 발생하는 경우에도 확대기초(10)는 PHC 말뚝(30) 위에서 미끄럼 운동을 하면서 PHC 말뚝(30)에 하중이 전달되지 않는다. 확대기초(10)에 휨모멘트가 작용하여 회전변위가 발생하는 경우에도 PHC 말뚝(30)에는 수직방향의 힘만 작용하게 되며, 롤러 구조로 연결은 전술한 구성으로 구현되는 것이다. Even when a horizontal load is applied to the enlarged base 10 to cause a displacement, the enlarged base 10 and the PHC pile 30 are not combined with each other, so that no load is transmitted to the PHC pile 30 in the horizontal direction. The enlarged base 10 and the PHC pile 30 are connected to each other in such a manner that the bottom plate 11 and the top plate 31 are in contact with each other so that even when a load in the horizontal direction is generated in the enlarged base 10, Does not transmit a load to the PHC pile 30 while sliding on the PHC pile 30. Even when a bending moment acts on the enlarged foundation 10 and rotational displacement occurs, only the force in the vertical direction acts on the PHC pile 30, and the connection with the roller structure is realized in the above-described configuration.

본 실시예에서 상기 강관 말뚝(20)은 도 7에 도시된 바와 같이 상대적으로 확대기초(10)의 외곽부에 배치되고, PHC 말뚝(30)은 안쪽에 배치되는데, 이는 확대기초(10)의 외곽부에 작용하는 수평력에 의한 휨모멘트나 전단력이 상대적으로 커서 외곽부에 강관 말뚝(20)을 배치하는 것이 보다 효율적으로 휨모멘트나 전단력에 저항할 수 있기 때문이다. 물론 배치되는 강관 말뚝(20)와 PHC 말뚝(30)의 수와 그 배치 형상은 전술한 3차원 모델링에 의한 해석에 의해 결정된다.7, the PHC pile 30 is disposed on the outer side of the enlarged base 10, and the PHC pile 30 is disposed on the inner side of the enlarged base 10, This is because the bending moment and the shearing force due to the horizontal force acting on the outer frame portion are relatively large and the steel pipe pile 20 is arranged on the outer frame portion can more effectively resist the bending moment and the shearing force. Of course, the number of the steel pipe pile 20 and the PHC pile 30 to be disposed and the arrangement shape thereof are determined by the above-described three-dimensional modeling analysis.

배경기술의 문제점에서 지적한 바와 같이 종래에는 하나의 기초에는 모두 같은 종류의 말뚝이 사용되었고, 이로 인하여 수평력이 크게 작용하지 않아 휨모멘트나 전단력이 상대적으로 적게 작용하는 교각 기초에도 필요한 개수 이상으로 고가의 강관 말뚝이 사용되어 경제적으로 비효율적인 문제점이 있었다. 본 발명에서는 경제적으로 효율적으로 말뚝의 종류나 배치를 설계하기 위하여 3차원 모델 해석을 도입하고, 이로 인하여 보다 정확한 구조 해석이 가능해지도록 하고 정확한 구조 해석의 결과를 이용하여 휨모멘트나 수평력에 의한 전단력은 강관 말뚝(20)으로 저항하고, 수직력은 강관 말뚝(20)보다 비교적 저렴한 PHC 말뚝(30)에 의해 지지되도록 말뚝을 효율적으로 배치함으로써 경제적으로 효율적인 말뚝의 설계가 가능한 효과가 있다.As pointed out in the problems of the background art, conventionally, the same kind of pile is used in one foundation, and therefore, the horizontal force is not acted largely so that the pile foundation having a relatively small bending moment and shear force, There is a problem in that the pile is used and it is economically inefficient. In the present invention, a three-dimensional model analysis is introduced in order to design the type and arrangement of the pile economically, thereby enabling a more accurate structural analysis, and a bending moment or a shear force due to the horizontal force It is possible to design an economically efficient pile by efficiently arranging the pile so as to be resisted by the steel pipe pile 20 and supported by the PHC pile 30, which is relatively less expensive than the steel pipe pile 20 with a normal force.

이하에서는 본 발명의 두 번째 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.

본 실시예에 따른 기초 구조물은 확대기초(10), 복합 말뚝(20') 및 PHC 말뚝(30)을 포함하여 구성된다.The foundation structure according to the present embodiment comprises an enlarged foundation 10, a composite pile 20 'and a PHC pile 30.

상기 확대기초(10)와 PHC 말뚝(30)의 구성은 앞서 설명된 실시예의 확대기초(10)나 PHC 말뚝(30)과 실질적으로 동일하므로 설명을 생략한다.The construction of the enlarged base 10 and the PHC pile 30 is substantially the same as that of the enlarged base 10 and the PHC pile 30 of the embodiment described above and thus the description thereof is omitted.

상기 복합 말뚝(20') 역시 강관 말뚝(20)과 비교할 때, 강관 말뚝(20)은 강관으로 구성된 말뚝이고, 복합 말뚝(20')은 강관과 콘크리트의 조합이라는 점 외에는 동일하고 3차원 모델에 의한 해석이나 확대기초(10)와의 연결과 관련된 구성, PCH 말뚝(30)과의 상대적인 배치 등의 구성은 앞서 설명된 실시예의 강관 말뚝(20)의 구성과 동일하므로 더 이상의 설명은 생략하기로 하며 도면상에도 같은 도면에 강관 말뚝은 20으로 복합 말뚝은 20'으로 표시되어 있다.The composite pile 20 'is also the same as the steel pipe pile 20 except that the steel pipe pile 20 is a pile composed of a steel pipe and the composite pile 20' is a combination of a steel pipe and concrete. The configuration related to the connection with the expansion base 10 and the relative arrangement with respect to the PCH pile 30 are the same as those of the steel pipe pile 20 of the embodiment described above and will not be described further Also in the drawing, the steel pile pile is indicated by 20 and the composite pile is indicated by 20 'in the same drawing.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상에 어긋나지 않는 범위 안에서 다양한 형태의 기초 구조물로 구체화될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, As shown in FIG.

10 : 확대기초 20 : 강관 말뚝
30 : PHC 말뚝 20' : 복합 말뚝
10: Expanding foundation 20: Steel pipe pile
30: PHC pile 20 ': Composite pile

Claims (8)

플레이트 또는 3차원 격자로 모델링 되는 확대기초;
상기 확대기초의 하부에 배치되며, 3차원 보요소로 모델링 되되, 그 측면과 선단은 지층의 특성을 고려한 스프링 요소로 모델링 되는 강관 말뚝;
상기 확대기초의 하부에 배치되며, 3차원 보요소로 모델링 되는 PHC 말뚝;을 포함하여 구성되고,
상기 확대기초에 작용하는 수직력, 수평력 및 휨모멘트에 저항할 수 있도록, 상기 강관 말뚝은 상기 확대기초의 하부쪽에 매립되는 강결구조로 연결되고,
상기 확대기초에 작용하는 수직력에만 저항할 수 있도록, 상기 PHC 말뚝은 상기 확대기초와 롤러구조로 연결되며, 3차원 보요소로 모델링 시 상기 확대기초와 연결되는 연직 스프링으로 모델링되며,
상기 강관 말뚝은 PHC 말뚝에 비교하여 상대적으로 확대기초의 외곽부에 배치되는 것을 특징으로 하는 기초 구조물.
An enlarged base modeled as a plate or a three dimensional grid;
A steel pipe pile modeled as a three-dimensional beam element disposed at the lower part of the enlarged foundation, the side and the tip of which are modeled by a spring element taking into account the characteristics of the stratum;
And a PHC pile disposed at a lower portion of the magnifying base and modeled as a three-dimensional beam element,
The steel pipe pile is connected to the steel pipe structure buried in the lower side of the enlarged foundation so as to resist the vertical force, the horizontal force and the bending moment acting on the enlarged foundation,
The PHC pile is modeled as a vertical spring connected to the enlarged foundation by a roller structure and connected to the enlarged foundation upon modeling with a three dimensional beam element so as to be able to resist only the normal force acting on the enlarged foundation,
Wherein the steel pipe pile is disposed at an outer portion of the enlarged foundation relatively to the PHC pile.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 확대기초의 하면 중 상기 PHC 말뚝이 설치되는 부분에 결합하는 강재의 하부판; 및,
상기 PHC 말뚝의 상면에 결합하는 상부판과 상기 상부판에 결합하며 상기 PHC 말뚝의 상부를 감싸는 강재밴드와 상기 PHC 말뚝 상부의 내부에 배치되는 철근콘크리트를 포함하는 말뚝 보강재;를 더 포함하며,
상기 하부판과 상기 상부판이 맞닿은 상태로 상기 확대기초와 상기 PHC 말뚝이 결합하는 것을 특징으로 하는 기초 구조물.
The method according to claim 1,
A lower plate of a steel material joined to a portion of the enlarged base surface where the PHC pile is installed; And
A pile reinforcement including an upper plate coupled to an upper surface of the PHC pile, and a steel band coupled to the upper plate and surrounding the upper portion of the PHC pile, and a reinforcing concrete disposed inside the upper portion of the PHC pile,
Wherein the enlarged base and the PHC pile are coupled with each other while the bottom plate and the top plate are in contact with each other.
플레이트 또는 3차원 격자로 모델링 되는 확대기초;
상기 확대기초의 하부에 배치되며, 3차원 보요소로 모델링 되되, 그 측면과 선단은 지층의 특성을 고려한 스프링 요소로 지층과 연결되도록 모델링 되는 복합 말뚝;
상기 확대기초의 하부에 배치되며, 3차원 보요소로 모델링 되는 PHC 말뚝;을 포함하여 구성되고,
상기 확대기초에 작용하는 수직력, 수평력 및 휨모멘트에 저항할 수 있도록, 상기 복합 말뚝은 상기 확대기초의 하부쪽에 매립되는 강결구조로 연결되고,
상기 확대기초에 작용하는 수직력에만 저항할 수 있도록, 상기 PHC 말뚝은 상기 확대기초와 롤러구조로 연결되며, 3차원 보요소로 모델링 시 상기 확대기초와 연결되는 연직 스프링으로 모델링되며,
상기 복합 말뚝은 PHC 말뚝에 비교하여 상대적으로 확대기초의 외곽부에 배치되는 것을 특징으로 하는 기초 구조물.
An enlarged base modeled as a plate or a three dimensional grid;
A composite pile located at the bottom of the enlarged foundation and modeled as a three-dimensional beam element, the side and the tip of which are modeled to be connected to the bed with spring elements taking into account the characteristics of the bed;
And a PHC pile disposed at a lower portion of the magnifying base and modeled as a three-dimensional beam element,
The composite pile is connected to a rigid structure embedded in a lower portion of the enlarged foundation so as to resist a vertical force, a horizontal force and a bending moment acting on the enlarged foundation,
The PHC pile is modeled as a vertical spring connected to the enlarged foundation by a roller structure and connected to the enlarged foundation upon modeling with a three dimensional beam element so as to be able to resist only the normal force acting on the enlarged foundation,
Wherein the composite pile is disposed on the outer periphery of the enlarged foundation relative to the PHC pile.
삭제delete 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 확대기초의 하면 중 상기 PHC 말뚝이 설치되는 부분에 결합하는 강재의 하부판; 및,
상기 PHC 말뚝의 상면에 결합하는 상부판과 상기 상부판에 결합하며 상기 PHC 말뚝의 상부를 감싸는 강재밴드와 상기 PHC 말뚝 상부의 내부에 타설 및 양생되는 철근콘크리트를 포함하는 말뚝 보강재;를 더 포함하며,
상기 확대기초에 결합하는 하부판과 상기 PHC 말뚝에 결합하는 상부판이 맞닿은 상태로 상기 확대기초와 상기 PHC 말뚝이 결합하는 것을 특징으로 하는 기초 구조물.
6. The method of claim 5,
A lower plate of a steel material joined to a portion of the enlarged base surface where the PHC pile is installed; And
A pile reinforcement including an upper plate coupled to an upper surface of the PHC pile, and a steel band coupled to the upper plate and surrounding the upper portion of the PHC pile, and a reinforcing concrete pouring and curing inside the upper portion of the PHC pile, ,
Wherein the enlarged base and the PHC pile are coupled with the bottom plate coupled to the enlarged base and the top plate coupled to the PHC pile.
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