| 1차년도 |
현장시험을 통한 PCFT 복합말뚝의 구조성능 및 경제성 분석과 PCFT말뚝의 최적 강관 제원 결정
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- 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
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
본 신청기술은 두께가 얇은 강관 내부에 선행압축응력을 도입한 중공의 PHC말뚝을 합성해서 기존의 PHC말뚝이나 강관말뚝보다 말뚝의 휨강도와 전단강도를 대폭 향상시키고 강관말뚝 대비 재료비는 절감할 수 있는 PCFT말뚝에 대한 것으로, 기존 PHC말뚝의 생산설비 변경을 최소화하면서 PCFT말뚝을 원활하게 생산할 수 있는 제조방법과 PCFT말뚝을 실제 구조물 기초로 사용하기 위해 필요한 설계방법도 구축한 상태이다. 이러한 PCFT말뚝 기술은 기술적으로 PCFT말뚝과 유사한 구조를 갖는 CFT(Concrete Filled Tube)기둥이나 CFT거더, 그리고 구조물 기초의 내진성능 향상과 관련한 설계 및 생산기술에 긍정적인 효과를 미칠 수 있다.
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| 사회 경제적 파급효과 |
교량은 기능과 함께 미적인 부분이 강조되면서 경간은 길게 하고 단면은 최소화한 거더를 개발하려는 연구가 계속되고 있으며, 그 연구결과물 중 하나로 CFT부재를 교량 거더로 활용하는 방안이 개발되었다. 그러나 현재 개발된 CFT거더는 현장에서 강관 내부에 콘크리트를 타설함으로써 자중이 크고 콘크리트의 블리딩 현상이 발생해서 거더의 휨강도가 그다지 크지 않을 뿐만 아니라 현장 작업이 많아 시공성도 좋지 않다는 문제점을 갖고 있다. 만약 PCFT말뚝 관련 기술을 교량 거더에 접목시키면 중공형 콘크리트의 도입에 따른 거더의 중량 감소와 선행응력의 도입에 따른 휨강도 향상, 그로 인한 거더의 단면 축소가 가능할 뿐만 아니라 CFT거더의 공장생산으로 품질을 높이고 현장 작업을 최소화함으로써 교량공사의 품질과 시공성 향상은 물론 고성능 조립식 CFT거더의 상용화에도 기여할 수 있다. 뿐만 아니라 최근 몇년간 국내에서도 진도가 큰 지진이 발생하면서 구조물에 대한 내진설계와 보수보강에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 PCFT말뚝을 지진에 취약할 수 있는 구조물의 기초에 복합말뚝 형태로 적용하면 구조물의 수평변위 억제를 통한 내진성능 향상에 기여할 수 있을 뿐만 아니라 기존 공법 대비 말뚝의 시공수량을 줄여서 공사비를 절감함으로써 구조물 기초공사의 경제성 향상에 효과적일 수 있다.
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| 활용방안 |
당사가 개발한 PCFT 복합말뚝은 강관말뚝 및 강관 복합말뚝보다 휨강도와 전단강도를 증대시키고 강재 사용량 감소를 통해 재료비를 낮추었다. 그리고 ICP말뚝과 비교해서는 휨강도와 전단강도를 대폭 향상시켜 수평하중을 지지하는데 필요한 말뚝 시공본수를 대폭 감소시킴으로써 공사비를 절감할 수 있고 현장 작업을 최소화하여 시공품질을 일정수준 이상 유지하는 것이 용이하다는 장점을 갖고 있다. 또한 PCFT 말뚝은 강관말뚝이나 ICP말뚝보다 동일 휨하중을 받았을 때 휨변형이 작고 항복상태 이후에 변위가 진행되더라도 강성이 유지되는 연성(ductility)의 거동을 보이기 때문에 말뚝기초가 극한상태에 도달하더라고 구조물의 급격한 파괴를 방지할 수 있다. 따라서 향후 수평하중을 받는 구조물의 경우 말뚝기초의 구조 안전성 증대와 기초 공사비 절감 등을 고려할 때 실용화 대상 기술인 PCFT 복합말뚝은 기존의 강관말뚝이나 강관 복합말뚝, ICP말뚝보다 현장 적용성이 더 우수할 것으로 사료된다.
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