다양한 채움 형식을 고려한 강관파일의 압축내력 분석 = Compression Capacity Analysis of Steel Pipe Piles Considering Various Filling Types

국문 초록 (Abstract)

매년 증가하는 폐기물 발생으로 처리에 대한 문제가 계속되고 있다. 처리 방법으로는 재활용, 소각, 매립 등이 있는데 소각과 매립으로 인한 환경적인 문제가 발생한다. 건설 산업은 시멘트 산업이 대부분의 탄소 배출량을 차지하고 있으며, 건설 현장에서의 기초 재료와 기술이 탄소 배출과 환경 오염에 큰 영향을 미치고 있어 생활 폐기물, 건설 폐기물 등의 폐기물의 재활용 방안이 필요하다.
말뚝 기초는 말뚝을 지중에 삽입하여 하중을 지반 속 깊은 곳의 지지층으로 전달하는 깊은 기초의 대표적 형식이다. 말뚝 기초 중에는 강관말뚝과 PHC 말뚝 등의 말뚝이 있다. 강관말뚝은 고가의 자재로 인식되어 있지만 탄성이 크고 강성과 연성이 우수하여 깊은 기초의 재료로서 유용하며, 비교적 내진 성능이 우수하다. 또한, PHC 말뚝은 저렴한 재료비로 경제성에는 장점이 있고 수직력은 강관말뚝과 대등한 반면, 수평력이 강관말뚝의 1/5 ~ 1/6에 불과하며 두부 정리 시 폐기물이 발생한다.
따라서 본 논문에서는 폐기물 재활용 방안으로 순환 자원을 강관말뚝 내부에 채워 요구되는 강관의 단면 크기를 감소시키고 단면 성능을 향상시켜 경제적인 강관말뚝 개발을 위한 연구로써, 채움재로 활용 가능한 자원 및 말뚝에 가해지는 하중을 채움재에 일정하게 전달하기 위한 파일캡에 대하여 검토하였다. 또한, 채움재와 파일캡을 활용하여 내부 채움 강관말뚝을 계획하고 압축실험을 통해 말뚝의 성능을 분석하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The continuous increase in waste generation poses persistent challenges in waste management. Current methods such as recycling, incineration, and landfill come with environmental concerns, particularly from incineration and landfill practices. The construction industry is a significant contributor to carbon emissions, largely due to cement production. Materials and techniques used in construction sites greatly impact carbon emissions and environmental pollution, emphasizing the need for recycling strategies for various wastes, including municipal and construction waste.
Pile foundations, a representative type of deep foundation, transfer loads to deeper, stable soil layers by inserting piles into the ground. Among pile types, steel pipe piles and PHC piles are commonly used. While steel pipe piles are perceived as costly, they are highly elastic, rigid, and ductile, making them suitable materials for deep foundations with relatively superior seismic performance. In contrast, PHC piles offer cost advantages due to their low material expenses and demonstrate vertical load performance comparable to steel pipe piles. However, their horizontal load capacity is only 1/5 to 1/6 of steel pipe piles, and waste generation occurs during pile head finishing.
This study aims to develop economical steel pipe piles by recycling waste materials to fill the interiors of steel pipe piles. This approach reduces the required cross-sectional size of the steel pipe and enhances its sectional performance. The research examines recyclable materials for filling and the pile caps that facilitate uniform load transfer to the filling materials. Additionally, a new design for internally filled steel pipe piles was proposed and tested through compression experiments to evaluate their performance.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구내용 및 방법 3
• 2. 이론적 고찰 5
• 2.1 말뚝기초 5
• 2.1.1 강관말뚝 5
• 2.1.2 PHC 말뚝 7
• 2.2 내부 채움재 8
• 2.2.1 모래 8
• 2.2.2 플라이애시 9
• 2.3 연결재 10
• 2.3.1 고무 10
• 2.3.2 (Monomer Casting Nylon) 모노머 캐스팅 나일론 11
• 3. 합성부재 축방향 압축 거동 13
• 3.1 병렬 시스템 합성부재 13
• 3.2 직렬 시스템 합성부재 17
• 3.3 병렬과 직렬 조합형 합성부재 19
• 4. 내부채움 강관말뚝 압축실험 20
• 4.1 내부채움 강관말뚝 압축실험 계획 20
• 4.1.1 실험체 변수 설정 20
• 4.1.2 실험체 가력계획 25
• 4.1.3 실험체 계측계획 27
• 4.2 내부채움 강관말뚝 압축실험 결과 및 분석 28
• 4.2.1 강재시편 재료시험 28
• 4.2.2 실험체 변형 양상 30
• 4.2.3 실험체 하중 변위 관계 刪 39
• 4.2.4 실험체 응력 변형률 곡선 刪 46
• 4.2.5 실험체 축방향 압축 거동 분석 54
• 5. 결론 67
• 참 고 문 헌 70
• ABSTRACT 72