R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202020TBIP-C144437-03 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 프리스트레스가 도입된 콘크리트 충전 강관말뚝을 사용한 복합말뚝 설계 시공기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2018-04-01 ~ 2020-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 백규호 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
16명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 120,000,000 원 기업 : 80,000,000 원 계 : 200,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 402,000,000 원 기업 : 268,000,000 원 계 : 670,000,000 원 |
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| 연구기관명 | (주)파일웍스 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
사업화 대상기술인 선행압축력이 도입된 콘크리트 충전 강관(PCFT, Prestressed Concrete Filled Steel tube)말뚝은 얇은 두께의 강관 내부에 콘크리트를 중공형으로 충전해서 말뚝의 휨강성을 증대시킨 것으로, 복합말뚝(HCP, Htbrid Composite Pile)의 상부에 사용되는 강관말뚝을 대체함으로써 강관말뚝을 사용할 때보다 재료비는 낮추고 휨강성과 시공성은 높여서 기초 공사비를 절감시키기 위한 것이다. 즉, PHC말뚝 상부에 결합되어 복합말뚝을 형성할 PCFT말뚝은 두께가 5~6mm인 강관 내부에 긴장력이 도입된 PC강봉을 설치하고 압축강도가 80MPa 이상인 고강도 콘크리트를 타설한 후 3~4g의 원심성형 통해 강관 내부에 선행압축력이 도입된 중공형의 PHC말뚝이 합성된 구조로, 기존 강관말뚝에 비해 강재 사용량을 50% 이하로 줄여서 재료비를 절감하고 강관의 단면적 감소에 따른 강도 저하를 강관 내부에 충전된 콘크리트에 의해 보강함으로써 강관말뚝 대비 압축 및 휨강도가 향상되는 특징을 갖고 있다. 따라서 두께가 얇은 강관을 사용한 PCFT말뚝은 강관말뚝 대비 강재 사용량을 50% 이하로 줄이면서 압축 및 휨강도는 강관말뚝보다 향상시킴으로써 수평하중이 작용하는 구조물의 기초에 사용할 경우 기초공사비 절감은 물론 말뚝 기초의 구조적 안정성 증대에도 효과적일 수 있다. 또한 수평하중을 받는 구조물의 기초에 수평하중이 전달되는 깊이까지는 휨강도가 대폭 향상된 PCFT말뚝을 사용하고 수평하중이 거의 전달되지 않는 일정 깊이 아래에는 휨강도는 작지만 압축강도가 크고 가격이 저렴한 PHC말뚝을 사용한 PCFT 복합말뚝을 사용하면 말뚝의 연직 및 수평지지력이 향상되어 동일 하중조건 하에서도 말뚝의 시공 수량을 감소시킬 수 있게 됨으로써 기초 공사비를 절감하고 공사기간을 단축해서 공사비를 최소화 하는 것이 가능할 수 있다. [최종목표] 프리스트레스가 도입된 중공형 콘크리트 충전 강관말뚝을 사용한 복합말뚝 기술의 실용화 ① 현장 시험시공을 통한 PCFT 복합말뚝의 구조성능과 경제성 검증 : 현재 복합말뚝 중 가장 경제적인 것으로 평가되는 ICP말뚝 공사비의 80% 수준 목표 ② 원활한 제품생산을 위한 강관 수급방안 및 말뚝 생산시스템 구축 : 국내 강관 제작사 결정 및 PCFT말뚝의 생산을 위한 강관 내 효율적인 콘크리트 압출시스템 구축 ③ 구조성능과 경제성 향상을 위한 고강도 강관의 사용성 검토 : 강도특성과 재료비를 고려한 두께 5mm SS490 강관의 사용성 검토 ④ PCFT말뚝의 강도특성 결정을 위한 설계기준 개발 : 허용응력설계법과 강도설계법에 기반한 구속효과를 고려한 PCFT말뚝의 설계기준 개발 ⑤ PCFT 복합말뚝의 효율적인 설계를 위한 구조계산 프로그램 개발 : 하중 및 말뚝조건을 고려한 구조계산 프로그램 개발 ⑥ 현장 적용성 제고를 위한 국토부 신기술 인증 취득 [연구내용 및 범위] [1차년도 연구내용] - 현장시공을 통한 PCFT 복합말뚝의 구조성능 검증(주관기관) : 지반조사 및 시험계획 수립 / 시험말뚝에 시공 및 손상여부 확인(PCFT 복합말뚝과 강관 복합말뚝 / PCFT말뚝 합성부의 합성상태 유지 여부) / 시험말뚝에 대한 수평정재하시험 / 말뚝 종류별 수평지지력 및 공사비 비교 / PCFT 복합말뚝의 구조안전성 및 경제성 분석 - 실내 강도시험을 통한 최적 강관제원 결정(주관기관) : 재질 및 제원 다른 PCFT말뚝 제작 / SS400(6t) 및 490(5t) 강관 사용 / 시험말뚝에 대한 계측지점 설정 / 시험말뚝에 대한 휨 및 전단강도시험 수행 / 시험결과 분석 / 시험말뚝에 대한 3차원 수치해석 수행 / 강관의 최적 제원 결정 - 3차원 수치해석과 강도시험을 통한 고강도 강관을 사용한 PCFT말뚝의 거동 해석(위탁기관) : 해석결과비교를 위한 SS400(두께 6mm) 및 490(두께 5mm) 강관으로 제작된 PCFT말뚝에 대한 계측기 설치 / 시험말뚝에 대한 휨 및 전단강도시험 수행 및 시험결과 분석 / 하중단계별 말뚝의 중립축 변화와 강관의 압축 및 인장부 응력상태 조사 / 시험말뚝 및 다양한 조건의 PCFT말뚝에 대한 3차원 수치해석 수행 / PCFT말뚝의 구조성능과 경제성을 극대화하는 최적의 강관 재질 및 제원 결정 [2차년도 연구내용] - 국토부 건설신기술 인증(주관기관) : 국토부 건설신기술 인증 / 현장 적용성 제고를 위해 대형 시공사 및 설계사와 공동 추진 / 도로공사 및 철도시설공단의 적용 신기술 추진 - PCFT말뚝 생산시스템 구축(주관기관) : 생산효율을 고려한 최적의 콘크리트 충전방식 결정 / 스크류 배송방식 vs 압력식 압출방식 / 콘크리트 충전방식별 제조효율 비교 / 최적의 콘크리트 충전방식을 활용한 PCFT말뚝 생산시스템 구축(아주산업과 협업) / 자금지원을 통한 기존 생산시스템 수정 - PCFT말뚝에 대한 강도 설계기준 개발(위탁기관) : 허용응력설계법과 강도설계법에 기반한 PCFT말뚝의 강도설게기준 정립 / 강도시험 결과와 비교를 통한 정립된 강도설계기준의 정확도 검증 [3차년도 연구내용] - 정사이즈 ERW강관의 수급방안 구축(주관기관) : 기존 생산라인을 최대한 활용한 정사이즈 ERW강관 생산방식 검토(POSCO 연구소와 협업) / 강관제조사와 협의를 통한 정사이즈 ERW강관 생산라인 구축 및 시험생산(세아제강 등과 협의) / 자금지원을 통한 ERW강관 생산라인 수정 - PCFT복합말뚝 구조계산 프로그램 개발(위탁기관) : 허용응력설계법 및 강도설계법 기반의 PCFT 복합말뚝에 대한 VBA 기반 구조계산 프로그램 개발 / 기존 복합말뚝 설계결과와 비교를 통한 개발된 프로그램의 타당성 검증 - 홍보물 제작 및 사업화전략 수립(주관기관) : 기술영업을 위한 브로셔 및 기술자료 제작 / 컨설팅기관과 협업을 통한 사업화전략 수립 |
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| 색인어 | 한글 | PCFT 말뚝 | PCFT 복합말뚝 | 실규모 현장시험 | PCFT말뚝의 설계기준 | PCFT 복합말뚝에 대한 설계프로그램 |
| 영문 | PCFT pile | PCFT hybrid composite pile | Full-scale test | design criterion for PCFT pile | design program for PCFT hybrid composite pile | |
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