콘크리트파일(PHC PILE) 구입 사양서 세종특별자치시교육청 1. 적용범위
본 시방서는 PHC 파일 (프리텐션방식 원심력 고강도 콘크리트 파일)구매를 위한 재질, 규격, 품질, 운반 및 보관, 납품 등에 관한 사항에 대하여 적용한다.
1.1 사 업 명 : (가칭)합강1유치원 신축공사, 합강중학교 신축공사
1.2 공사위치 : 세종특별자치시 합강동 중5-1(5142-1), 유5-1(5146-1)일원
2. 일반사항
2.1. 조
건 : 부가세포함, 현장도착도
2.2 납품기한 : 계약일로부터 90일간
2.3 납품장소 : 세종특별자치시 합강동 유5-1(5146-1), 중5-1(5142-1)
[(가칭)합강1유치원, 합강중학교 신축공사 현장 내]
3. 규격 및 수량 3.1 PHC PILE 품 명 종류 바깥지름(㎜) 두께(㎜) 총파일길이(m) 기 준
프리텐션방식 원심력 고강도 콘크리트 파일 (PHC 파일)
A종 Φ500 80㎜ 5,994(합강중) KS F 4306 A종 784(합강1유) 용접용 밴드(2개1조) A종 Φ500 234조(합강중) KS F A종
3.2 파일은 관급자재내역에 기재된 길이별로 납품, 공사현장에 따라 납품물량이 증감될 수 있음
3.3 파일 납품물량 및 시기는 사전에 발주청과 협의할 것.
4. 품 질
4.1 말뚝본체는 원심력을 응용하여 만든 콘크리트의 압축강도가 80MPa(800kg/㎠)이상의 프리텐션 방식에 의한 프리스트레스 고강도 말뚝이어야 한다.
4.2 PHC 파일(프리텐션방식 원심력 고강도 콘크리트 파일)은 상기에 명시된 지름 및 두께를 가진 것으로서 KS F 4306에 적합하거나 동등 이상의 제품이어야 한다.
4.3 품질시험 및 표준은 KS규정을 원칙으로 한다.
4.4 항타 두부는 6mm 이상의 철재 보강 CAP으로 보강 되어야 한다.
4.5 적용범위는 PHC파일 지름 500 A종으로 한다.
4.6 PHC 선단부 SHOE TYPE는 강판재 폐쇄형 MANILLA TYPE를 사용하며, PC 강봉의 두부가 외부로 노출 되어서는 안된다.
5. 입회확인
본 물품의 제작과정에서 감리자 및 발주청(감독관)이 필요할 시는 입회할 수 있으며 이때 시정 또는 지시하는 사항에 대하여는 지체 없이 조치하여야 한다.
6. 운반 및 보관 6.1 운반
6.1.1 검사에 합격한 자재는 취급과정에서 자재에 손상을 주지 않도록 하여야 하며 운반 및 현장 하차시 파손된 제품에 대하여는 납품자 부담으로 교체하여야 한다.
6.1.2 파일을 수송할 때에는 손상을 주지 않도록 적당한 위치에 견고한 받침재를 깔고 허물어지 않도록 하여야 하며 파일의 이동을 방지하기 위해 로프나 쐐기 등을 이용하여 견고하게 고정시킨다.
6.1.3 트럭적재는 적재중량 이하로 하고 받침목의 돌출부분은 가능한 한 적게 한다.
6.1.4 삼각적재의 경우에는 하차 시에 충격을 주지 않도록 주의한다.
6.1.5 트레일러 수송의 경우에는 진동 및 차의 유동상태 등에 주의한다.
6.1.6 파일은 공장 제작 후 14일 이상 경과한 이후에 현장에 반입한다. (단, 특수보양을 하여 파일재질에 영향을 주지 않을 경우는 발주자대리인 승인을 거쳐 제외 가능.)
6.1.7 현장에 반입된 파일 중에서 KS F 4306에 의한 치수허용차를 벗어나거나 균열이 발생한 제품 등 공사에 부적합한 제품은 장외로 반출하고, 그 비용은 납품자가 부담한다.
6.1.8 모든 파일은 부식 등 파일의 품질을 저하시키는 이물질로부터 보호되어야 한다.
6.2 하역
6.2.1 하역 시에는 반드시 2점으로 지지하되 주의하여 취급한다.
6.2.2 크레인 하역은 약 1/5지점의 2점을 수평으로 뜨고, 충격을 주지 않도록 주의한다.
6.2.3 포크리프트 하역은 적당한 지게 발을 부착하고 크레인과 같은 2점 뜨기를 한다.
6.2.4 파일의 하차 작업시 지게차의 발 넓이는 최소한 2.0M 이상 이어야 파일에 손상을 주지 않으며 파일의 중앙부분을 정확하게 하여 취급하여야 한다.
(예: Φ350-15M를 2.0M 지지시 자중에 의한 모멘트가 제품의 균열 모멘트의 71.0% 가 작용되어 약간의 이동 하중이 작용 시 크랙을 유도 시킬 수 있다.)
6.2.5 파일을 지게차로 이동시 이동로를 평탄하게 하여야 한다.
6.3 적재
6.3.1 파일적재 장소는 작업의 편의상 가까운 장소로 배수가 양호하며 견고한 곳으로 하역, 파일의 손상을 방지하기 위해 사전에 정지(평탄)작업을 실시하여야 한다.
6.3.2 파일의 적재는 적재 위치에 받침재를 깔고 1단 적재를 원칙으로 하되, 현장사정에 따라 발주청과 협의 후 2단 적재도 가능하다. (2단 초과 적재 불가)
6.3.3 파일의 운반 및 취급은 KS F 7001에 따라 파일에 과응력이나 손상을 주지 않도록 적당한 위치에 받침대 (파일길이 12m 이하인 경우 파일길이의 1/5지점 양쪽에 설치하고, 13m 이상인 경우에는 파일길이의 1/5지점 양쪽 및 중앙부에 설치하되, 2단으로 적재할 때는 반드시 동일 연직선상에 설치하며, 유동을 방지할 수 있도록 쐐기를 박는다.)를 설치하여야 하고, 운반 중에 무너지지 않도록 로프나 쐐기 등을 사용 하여 견고하게 고정시킨다.
7. 검수 및 검사
7.1 납품업체는 감리(감독관)의 검수에 필요한 서류를 사전 제출하여야 하며 검수는 감독관이 공장 또는 현장에서 행하며 불합격품은 즉시 장외로 반출하며, 비용은 납품자가 부담한다.
7.2 파일 생산 시 규격 및 생산일자 등을 파일에 표기하여 품질 유관검사를 할 수 있도록 조치하며, 날짜별 자재관리를 하여 품질에 문제가 없도록 조치하여야 한다.
7.2.1 도급자가 지질 조사 및 시공 중(시항타 등) 파일 수량 및 규격변경이 발생 시 납품업체는 사전 도급자와 협의 후 최종 감독관의 납품계약변경 절차를 받아 납품할 수 있도록 한다.
7.2.2 파일 규격 및 수량변경에 대하여 최종 납품된 수량 및 규격으로 정산 처리 할 수 있다.
7.3 검수는 분할 또는 전량에 대하여 검수할 수 있다.
8. 납품
8.1 공사현장 공정을 감안하여 납품기한내 납품하여야 하며 자재 납품 시 감리(감독관)에게 관급자재 납품서 및 품질 시험 데이터를 제출한다.
8.2 자재 납품 후 도급자의 납품확인(수량, 납품일자) 경유를 한다.
8.3 자재 납품확인서는 도급자 경유를 통하여 감리(감독관)에게 최종 납품 검수를 받도록 한다.
9. 기타
본 시방서에 명기되지 않는 사항이라도 파일제작, 규격, 시험, 운반에 당연히 고려되어야할 사항은 주문자의 지시가 없더라도 KS 제품으로써 제조자의 책임 하에 손색이 없도록 한다.
10. 보증기간
10.1 본 시방서에 의하여 제작구입되는 물품은 현장설치 검사 완료후 2년간 책임보증하여야 한다.
10.2 보증기간내의 하자가 발생할 시는 계약자 부담으로 인접토지 및 모든 시설물에 지장이 없도록 수선하여야 한다.
[참고] 한국산업표준 KS F 4306:2024
㉿ 프리텐션 방식 원심력 고강도
콘크리트 말뚝
Pretensioned spun high strength concrete piles
적용범위
이 표준은 원심력을 응용하여 만든 콘크리트의 압축 강도가 78.5 MPa(= N/mm2) 이상이고, 프리텐션 방식에 의하여 제조된 고강도 콘크리트 말뚝(이하, PHC 말뚝이라 한다.)에 대하여 규정한다.
또한 이음 말뚝에도 적용하며, 이음 말뚝 시험체는 말뚝 제조 공장에서 제작한다.
인용표준
다음의 인용표준은 전체 또는 부분적으로 이 표준의 적용을 위해 필수적이다. 발행연도가 표기된 인용표준은 인용된 판만을 적용한다. 발행연도가 표기되지 않은 인용표준은 최신판(모든 추록을 포함)을 적용한다.
KS B 5533, 압축 시험기
KS D 0213, 강자성 재료에 대한 자분탐상검사와 지시의 분류
KS D 3501, 열간 압연 연강판 및 강대
KS D 3503, 일반 구조용 압연 강재 KS D 3504, 철근 콘크리트용 봉강 KS D 3505, PC 강봉 KS D 3510, 경강선 KS D 3512, 냉간 압연 강판 및 강대 KS D 3515, 용접 구조용 압연 강재
KS D 3527, 철근 콘크리트용 재생 봉강
KS D 3552, 철선
KS D 7002, PC 강선 및 PC 강연선
KS D 7049, 가는 지름 이형 PC 강봉
KS F 2454, 원심력으로 다져진 콘크리트의 압축 강도 시험방법
KS F 2527, 콘크리트용 골재
KS F 2545, 골재의 알칼리 잠재 반응 시험방법(화학적 방법)
KS F 2560, 콘크리트용 화학 혼화제 KS F 2561, 철근 콘크리트용 방청제 KS F 2562, 콘크리트용 팽창재 KS L 5201, 포틀랜드 시멘트 KS L 5210, 고로 슬래그 시멘트 KS L 5211, 플라이 애시 시멘트 KS L 5401, 포졸란 시멘트 KS L 5405, 플라이 애시 용어와 정의
이 표준의 목적을 위하여 다음의 용어와 정의를 적용한다.
이음 말뚝
단일 말뚝은 최대 15 m까지 생산되며, 그보다 긴 길이의 말뚝이 사용될 경우에는 단일 말뚝을 이어서 사용해야 하는데 말뚝을 이어서 사용하는 말뚝을 이음 말뚝이라 하며, 이음 방식으로는 용접 이음을 표준으로 정하고 있음
잔여 변위
임의 재하 하중 단계의 개별 사이클에서 하중을 재하한 다음, 제하 후 남은 변위(remained displacement after unloading)
정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험
임의 하중에서 정(+)하중을 재하하고 제하한 다음 부(−)하중을 재하하고 제하하는데, 이러한 과정을 1사이클로 규정하며, 이러한 절차를
및 에서 각각 10사이클 이상을 반복 재하(1단계 재하 및 2단계 재하)한 다음, 초기 하중부터 연속적으로 파괴 시까지 재하(4단계 재하)하는 시험. 여기에서 는 균열 축력 휨 모멘트의 을 발생시키는 하중이며, 는 파괴 휨 모멘트의 을 발생시키는 하중임. 여기에서는 반전식 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험과 상하식 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험의 2종류를 사용하도록 규정함
반전식 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험
1단계 재하 및 2단계 재하에서 매 하중 사이클마다 정(+)하중(하향 방향 하중)을 재하한 후 제하를 하고, 시험체를 뒤집어서 동일한 과정을 거치는 시험
상하식 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험
1단계 재하 및 2단계 재하에서 매 하중 사이클마다 정(+)하중(하향 방향 하중)을 재하한 후 제하를 하고, 부(−)하중(상향 방향 하중)을 재하한 후 제하하는 시험
최대 탄성 하중
정ㆍ부 교대 축력 휨 강도 시험에서
및 에 대한 반복 재하(1단계 재하 및 2단계 재하)가 완료되면,
하중 수준에서부터 적정 수준의 하중만큼을 증가시키며, 1사이클의 하중 재하/제하를 진행함(3단계 재하). 매 사이클의 하중 재하/제하가 완료되면, 즉시 재하 하중과 지점 중앙 C 위치의 발생 변위를 이용하여 하중-변위 관계도에 도시하는데, 하중-변위 관계도에서 선형 관계를 벗어나서 곡선 형상으로 이행되는 수준의 하중을 최대 탄성 하중( )으로 정의함
비고 적정 수준의 하중 증분은 말뚝 지름, 종별, 시험 종류에 따라 달라지게 되는데, 예를 들면 지름 400 mm, A종의 휨 강도 시험체에 대한 반복 재하 축력 휨 강도 시험의 경우 60 kN에서부터 5 kN 또는 10 kN씩 하중을 증가시키는 것이 적정함
재하 하중을 직접 또는 간접적으로 가하는 것 제하 가해진 하중을 제거하는 것 종류
a) PHC 말뚝은 바깥지름에 따라 300 mm, 350 mm, 400 mm, 450 mm, 500 mm, 600 mm, 700 mm, 800 mm, 900 mm, 1 000 mm, 1 100 mm 및 1 200 mm로 구분하고, 유효 프리스트레스의 크기에 따라 A종, B종 및 C종(이하, 각각 A, B 및 C라 함)으로 구분한다.
b) PHC 말뚝 A종, B종 및 C종의 최소 유효 프리스트레스는 각각 3.92 MPa, 7.85 MPa 및 9.81 MPa로 한다. 유효 프리스트레스는 계산에 의하여 구하고, 그 계산 값의 오차는 ±5 % 범위로 한다.
품질 겉모양
PHC 말뚝에는 사용상 해로운 흠, 균열 등의 결점이 없어야 한다.
말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 휨 강도
a) 말뚝 몸체 및 이음 말뚝에 대하여 10.2에 규정하는 휨 강도 시험을 한다.
b) 허용응력설계법의 경우, 말뚝 몸체는 표 1에 나타내는 균열 휨 모멘트를 가했을 때 균열이 발생해서는 안 되며, 파괴 휨 모멘트는 표 1에 나타내는 값 이상이어야 한다.
c) 허용응력설계법의 경우, 이음 말뚝의 균열 휨 모멘트 및 파괴 휨 모멘트 성능은 말뚝 몸체의 성능과 동등 또는 그 이상이어야 한다.
d) 강도설계법 및 한계상태설계법의 경우, 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 균열 휨 강도(균열 휨 모멘트 및 파괴 휨 모멘트)는 표 A.3에 따르며, 설계자와 주문자는 적용된 설계법을 확인하여야 한다.
표 1 — 휨 강도(허용응력 설계법) 바깥 지름 종류 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 바깥 지름 종류 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 mm kNㆍm kNㆍm mm kNㆍm kNㆍm 300 A 24.5 37.3 700 A 264.9 397.3 B 34.3 61.8 B 372.8 671.0 C 39.2 78.5 C 441.4 882.9 350 A 34.3 52.0 800 A 392.4 588.6 B 49.0 88.3 B 539.6 971.2 C 58.9 117.7 C 637.6 1 275 400 A 54.0 81.4 900 A 539.6 809.3 B 73.6 132.4 B 735.8 1 324 C 88.3 176.6 C 833.8 1 668 450 A 73.6 110.8 1 000 A 735.8 1 104 B 107.9 194.2 B 1 030 1 854 C 122.6 245.2 C 1 177 2 354 500 A 103.0 155.0 1 100 A 932.0 1 398 B 147.2 264.9 B 1 324 2 384 C 166.8 333.5 C 1 521 3 041 600 A 166.8 250.2 1 200 A 1 177 1 766 B 245.2 441.4 B 1 668 3 002 C 284.5 569.0 C 1 962 3 924 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 축력 휨 강도
a) 원칙적으로, 제조사에서 제조하는 제품의 지름에 따라 바깥지름 600 mm 이하인 경우와 바깥지름 700 mm 이상인 경우로 구분하여 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 대표 바깥지름을 다음 중 한 가지로 설정할 수 있으며, 제조사가 설정한 대표 바깥지름에 대하여 10.3에 규정하는 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 축력 휨 강도 시험을 실시한다.
1) 대표 바깥지름을 각각 400 mm 또는 800 mm로 한다.
2) 대표 바깥지름을 표 4에 따라 정한다.
3) 각 제조사는 대표 바깥지름을 제조하는 생산 제품을 고려하여 정할 수 있다.
b) 허용응력설계법의 경우, 말뚝 몸체에서는 표 2 또는 표 A.1에 나타내는 균열 휨 모멘트를 가했을 때 균열이 발생해서는 안 되며, 파괴 휨 모멘트는 표 2 또는 표 A.1에 나타내는 값 이상이어야 한다.
c) 허용응력설계법의 경우, 이음 말뚝의 축력 휨 강도 및 파괴 휨 모멘트 성능은 말뚝 몸체의 성능과 동등 또는 그 이상이어야 한다.
d) 강도설계법 및 한계상태설계법의 경우, 대표 바깥지름 400 mm 또는 800 mm에 적용할 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 축력 휨 강도(균열 휨 모멘트 및 축력 휨 모멘트)는 표 A.4에 따르며, 모든 지름의 말뚝 몸체 및 이음 말뚝에 대한 축력 휨 강도(균열 모멘트 및 파괴 휨 모멘트)는 표 A.5에 따른다. 설계자와 주문자는 적용된 설계법을 확인하여야 한다.
표 2 — 축력 휨 강도(허용응력설계법) 바깥 지름 종류 축력 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 바깥 지름 종류 축력 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 mm kN kNㆍm kNㆍm mm kN kNㆍm kNㆍm 400 A 1 766 182.5 259.0 800 A 5 886 1 292.0 1 855.0 B 202.1 269.8 B 1 440.0 1 967.0 C 215.8 277.6 C 1 534.0 2 027.0
참고 바깥지름 400 mm 축력 휨 상관도
바깥지름 800 mm 축력 휨 상관도
말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 전단 강도
a) 원칙적으로, 제조사에서 제조하는 제품의 지름에 따라 바깥지름 600 mm 이하인 경우와 바깥지름 700 mm 이상인 경우로 구분하여 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 대표 바깥지름을 다음 중 한 가지로 설정할 수 있으며, 제조사가 설정한 대표 바깥지름에 대하여 10.4에 규정하는 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 전단 강도 시험을 실시한다.
1) 대표 바깥지름을 각각 400 mm 또는 800 mm로 한다.
2) 대표 바깥지름을 표 A.2에 따라 정한다.
3) 각 제조사는 대표 바깥지름을 제조하는 생산 제품을 고려하여 정할 수 있다.
b) 허용응력설계법의 경우, 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 전단 강도는 표 3(표 A.2)에 나타내는 값 또는 그 이상이어야 한다. 표 3(표 A.2)은 강도설계법 및 한계상태설계법에도 동일하게 적용된다.
c) 이음 말뚝의 전단 강도는 말뚝 몸체의 성능과 동등 또는 그 이상이어야 한다.
표 3 — 전단 강도 바깥지름 mm 종류 전단 강도 kN 바깥지름 mm 종류 전단 강도 kN 400 A 148.1 800 A 512.1 B 187.4 B 646.5 C 204.0 C 704.4 용접 이음
a) 용접 이음부의 품질은 자분 탐상 검사로 실시하며 결함이 없어야 한다.
b) 결함 여부는 자분 모양의 분류에 따라 판정하는데, 선상 및 원형상 자분 모양은 4 mm 이하, 분산된 자분 모양은 8 mm 이하이어야 한다. 그리고 균열에 의한 자분 모양, 연속된 자분 모양은 결함으로 판정한다.
구조 선단부의 구조
a) PHC 말뚝 선단부의 구조는 하중을 지반에 안전하게 전달할 수 있어야 한다. 또한 PC 강재 정착부(PC 너트)는 변형되지 않아야 하며, 제조된 제품의 PC 강재 정착부(PC 너트)에는 어떠한 구조적인 재료도 볼트로 체결되지 않아야 한다.
b) PHC 말뚝 선단부에 새로 부착되는 철물은 하중을 안전하게 지반에 전달할 수 있어야 하며, 7절에서 규정한 PHC 말뚝의 표준 구성과 표준 치수에 따라야 한다.
c) PHC 말뚝 선단부에 새로 부착되는 철물(예를 들면, 선단 지반 굴착용 비트 등)은 선단부 철물(마밀라슈)과 동등 또는 그 이상의 재질이어야 하며, 선단부 철물에 용접되어야 한다.
머리부의 구조
PHC 말뚝 머리부의 구조는 시공 시에 지장이 없어야 한다.
구성 및 치수 구성
a) PHC 말뚝은 단본 말뚝과 이음용 말뚝으로 생산되며, 이음용 말뚝은 상부 말뚝, 중부 말뚝, 하부 말뚝으로 생산된다. 여기에서 이음용 말뚝의 각 이음부(즉, 상부 말뚝의 선단부, 중부 말뚝의 머리부 및 선단부, 하부 말뚝의 머리부)에는 각각 용접 이음 철물(그림 1의 ㉰ 또는 ㉱)을 둔다.
b) PHC 말뚝은 그림 1 a)와 같이 속빈 원통형을 몸체로 하고, 필요에 따라 선단부[㉯, 그림 1 g)], 이음부[㉰, ㉱, 그림 1의 h) 및 i)], 또는 머리부[㉮, 그림 1의 e)]를 둔다.
c) 몸체 각 단면의 바깥지름 및 두께는 전체 길이에 일정해야 한다.
d) 선단부, 이음부 및 머리부는 PHC 말뚝의 길이에 포함된다. 그러나 제조 후 새로 부착한 이음부 및 선단부에 새로 부착된 철물은 말뚝의 길이에 포함되지 않지만, PHC 말뚝의 몸체의 7.1에서 규정한 표준 구성과 7.2에서 규정한 표준 치수에 위배되지 않아야 하며, 이음부 및 선단부에 용접하여야 한다. 선단부에는 폐쇄형, 개방형 등이 있다.
e) 상부 말뚝 머리부에는 PC 강선을 고정할 수 있도록 PC 너트[그림 1의 e) 및 f) 참조]를 두는데, 이 PC 너트는 비구조용 강재로 제작되고, PC 강선 긴장 시 볼트를 체결하여 1회용으로 사용된다.
f) 이음 철물[그림 1의 h) 및 i) 참조] 및 마밀라슈[그림 1 g)]에는 PC 강선 고정용 엠보싱 및 PC 강선 긴장용 볼트 체결을 위한 탭경(피어싱)을 둔다.
g) 이음 말뚝 개요는 그림 1의 c) 및 d)와 같으며, 이음 상세는 그림 1 j)와 같다.
a) PHC 말뚝의 몸체 구성 및 명칭 b) 단본 말뚝 c) 2본의 이음 말뚝 d) 3본 이상의 이음 말뚝
e) ㉮의 상세도
f) PC 너트 상세도
그림 1 — PHC 말뚝, 이음용 말뚝, 이음 말뚝의 개요도
g) ㉯의 상세도
h) ㉰의 상세도
용접 보강밴드 상부 말뚝 용접 부분 하부 말뚝 철선 강좌판 이음면 보강 철근 PC 강선
i) ㉱의 상세도
j) 이음 예
그림 1 — PHC 말뚝, 이음용 말뚝, 이음 말뚝의 개요도(계속)
치수 및 치수의 허용차
a) PHC 말뚝의 치수는 표 4에 따르고, 인수ㆍ인도 당사자 간의 협의에 따라 길이를 5 m 및 6 m로 제조할 수 있다.
b) 치수의 허용차는 표 5와 같다.
c) PHC 말뚝의 바깥지름은 말뚝 몸체의 1개 단면에서 직교축을 따라 측정한 2개 값의 평균값으로 한다.
d) PHC 말뚝의 두께는 말뚝 몸체의 선단부 1개 단면에서 직교축을 따라 측정한 4개 값의 평균값으로 한다.
e) 이음부 바깥지름의 허용차는 표 4에 정하는 PHC 말뚝의 바깥지름에 대하여 −3 mm ~ +0.5 mm로 한다.
표 4 — 치수 바깥지름 mm 두께 mm 종류 길이 m 7 8 9 10 11 12 13 14 15 300 60 A B C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ － ○ ○ － ○ ○ 350 60 A B C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ － ○ ○ － ○ ○ 400 65 A B C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 450 70 A B C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 500 80 A B C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 600 90 A B C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 700 100 A B C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 800 110 A B C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 900 120 A B C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1 000 130 A B C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1 100 140 A B C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1 200 150 A B C ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 표 5 — 치수의 허용차 단위: mm 바깥지름 허용차 길이 바깥지름 두께 300 ~ 600 길이의 ±0.3 % −2 ~ +5 공칭 두께 이상 700 ~ 1 200 −4 ~ +7 재료 시멘트
시멘트는 다음 어느 표준에 적합하거나 품질이 이들과 동등 또는 그 이상으로 한다.
a) KS L 5201 b) KS L 5210 c) KS L 5211 d) KS L 5401 골재
a) 골재는 깨끗하고 강하며, 내구적이고 해당 규격에 적합한 입도를 가져야 한다. 골재에 포함된 먼지, 점토 덩어리, 연한 석편, 가늘고 긴 석편, 유기 불순물, 염화물 등은 KS F 2527에서 규정한 유해 물질 함유량의 허용값을 초과하지 않아야 한다.
b) 굵은 골재의 최대 치수는 25 mm 이하로 한다. 또 골재는 KS F 2545에 따라 알칼리 골재 반응 시험을 하여 무해하여야 한다.
c) 다만, 저알칼리형 시멘트를 사용하는 등 알칼리 골재 반응에 대한 억제 대책을 강구하고 있을 경우 및 KS F 2527에 규정하는 고로 슬래그 골재를 사용하는 경우에는 이에 따르지 않는다.
물
물은 기름, 산, 염류, 유기 불순물, 현탁물 등 PHC 말뚝의 품질에 악영향을 미치는 유해물을 포함하지 않아야 한다.
강재 PC 강재
PHC 말뚝에 사용하는 PC 강재는 다음 어느 표준에 적합한 것, 또는 기계적 성질이 이들과 동등 또는 그 이상으로 한다.
a) KS D 3505 b) KS D 7049 c) KS D 7002에 규정하는 PC 강선 철근
PHC 말뚝에 사용하는 철근은 다음 어느 표준에 적합한 것, 또는 기계적 성질이 이들과 동등 또는 그 이상으로 한다.
a) KS D 3504 b) KS D 3510 c) KS D 3527
d) KS D 3552에 규정하는 보통 철선(SWM-B 및 SWM-F) 또는 용접 철망용 철선(SWM-P)
강판
PHC 말뚝에 사용하는 강판은 다음 해당 표준에 적합한 것, 또는 기계적 성질이 이들과 동등 또는 그 이상으로 한다.
a) KS D 3501 b) KS D 3503 c) KS D 3512 d) KS D 3515 혼화 재료
혼화 재료를 사용하는 경우는 PHC 말뚝의 품질에 해로운 영향을 미치지 않도록 한다. 플라이 애시, 팽창재, 화학 혼화제 및 방청제를 사용하는 경우에는 다음 표준에 적합해야 한다.
a) KS F 2560 b) KS F 2561 c) KS F 2562 d) KS L 5405 제조 방법 PC 강재 및 철근
a) 축 방향에 배치하는 PC 강재 및 축방향 철근은 그 합계 단면적에 의한 철근비가 0.4 % 이상이고, 개수는 6개 이상으로 한다. 이때 PHC 말뚝의 각 단면에서 그 동심원의 원주 방향으로 가능한 한 균등하게 배치하여, PHC 말뚝의 휨 강도가 방향에 따라 영향을 적게 받도록 한다.
b) PC 강재 및 철근의 간격은 각각 지름의 1배 이상이고, 굵은 골재 최대 치수의 1.33배 이상으로 한다.
c) 나선형 철선은 축방향 PC 강재 및 축방향 철근의 바깥쪽에 배치한다. 나선형 철선은 지름 3 mm 이상으로 하고, 피치는 110 mm 이하로 한다.
d) PC 강재 및 나선형 철근의 피복 두께는 15 mm 이상이어야 한다.
e) PC 강재 및 철근은 콘크리트의 부착에 해로운 녹이나 기름 등을 포함하지 않아야 하며, 정해진 위치에 고정되어야 한다.
콘크리트
a) 콘크리트의 품질은 제품과 동일하게 양생한 공시체의 압축 강도가 78.5 MPa 이상 되도록 한다. 압축 강도 시험은 KS F 2454에 따른다.
b) 콘크리트에 사용하는 재료는 무게로 계량한다. 다만, 물 및 액상의 혼화제는 부피로 계량할 수 있다.
c) 콘크리트는 믹서로 충분히 혼합하여야 한다.
d) 굳지 않은 콘크리트에 포함되는 염화물 이온(Cl－)량은 0.20 kg/m3 이하로 한다.
성형
a) PHC 말뚝은, 조립한 PC 강재 및 철근을 형틀 내에 배치하고, 콘크리트를 PHC 말뚝의 두께가 균일하게 되도록 형틀 속에 넣어, 원심력으로 다져 성형한다. 이때 PC 강재에는 미리 정해진 긴장력을 주도록 한다.
b) PHC 말뚝에 선단부, 이음부 또는 머리부를 설치할 때, 그들의 위치는 정확하고 말뚝 몸체와 일체가 되도록 부착한다.
양생
PHC 말뚝의 양생은 품질에 만족한 결과를 얻을 수 있는 방법으로 실시한다. 제조사는 양생 시 콘크리트의 배합, 양생 방법 등을 명확히 규정하고, 관리 데이터를 확보하도록 한다.
프리스트레스의 도입 방법
a) PC 강재는 바른 위치에 배치하여 긴장하고, 콘크리트에 프리스트레스를 도입할 때까지 긴장이 풀리지 않도록 그 양 끝을 완전하게 고정하도록 한다.
b) 초기 긴장력은 정해진 유효 프리스트레스를 얻을 수 있는 만큼의 양으로 하고, 긴장 작업 직후 PC 강재의 인장 응력도는 인장 강도의 0.7배 이하 또는 항복점 하중의 0.8배 이하 중 작은 값으로 한다. 다만, 호칭명이 13 mm 이하의 PC 강재에서는 인장 강도의 0.665배 이하 또는 항복점 하중의 0.76배 이하 중 작은 값으로 한다.
c) 프리스트레스는 서서히 도입하며, 프리스트레스를 도입할 때의 콘크리트의 압축 강도는 고온·고압 증기 양생을 할 때 A종인 경우 29.4 MPa(= N/mm2) 이상, B종 및 C종의 경우는 39.2 MPa(= N/mm2)로 한다. 또한 상압 증기 양생만을 하는 경우는 58.8 MPa(= N/mm2) 이상으로 한다. 콘크리트 압축 강도 시험은 KS F 2454에 따른다.
이음부
a) PHC 말뚝 단부에 용접 이음 철물을 만들어 용접하여 잇는 구조로 한다. PHC 말뚝의 용접 이음부는 말뚝 몸체와 동등 또는 그 이상의 휨 파괴 강도 및 전단 강도를 가진 구조로 하며, 5.3 및 5.4의 규정을 모두 만족해야 한다.
b) 이음부는 a)의 품질을 만족할 수 있도록 하며, 따라서 PC 강재의 단부는 이음부에서 용접 이음 철물에 정착되어야 한다.
c) 용접 이음부의 단면은 PHC 말뚝의 축선에 대해서 직각이 되도록 하여야 하며, 단면 직각도의 오차는 20분(= ) 이내이어야 한다.
d) PHC 말뚝 단부에 새로 부착되는 모든 철물은 PHC 말뚝 단부의 이음 철물에 강결하여야 하므로, 이음 철물에 용접하여야 한다.
e) PC 너트는 구조용 강재가 아니고 PC 강재의 정착을 위한 보조 부속품이며, PC 강재의 긴장 시 사용된다. PC 너트에 볼트로 새로 철물을 부착하는 경우, PHC 말뚝에 새로 부착되는 철물이 강결되지 않기 때문에, 어떠한 새로운 철물도 PC 너트에 볼트로 부착하는 것은 금지하여야 한다.
말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 시험방법 시험의 실시 시험 실시 기관 및 시험 성적서 양식
a) 시험은 제조사 또는 공인시험기관에서 실시할 수 있다. 또한 시험 실시기관은 자체 시험 성적서 양식을 보유하여야 한다.
b) 시험 성적서 양식은 10.2 ~ 10.4의 시험 항목별로 구비되어야 하며, 시험 성적서의 내용에는 5절 품질, 10절 시험방법, 11절 검사 방법에서 규정하는 주요 내용이 모두 포함되어야 한다. 이때 시험 성적서에는 그림 2, 그림 3, 그림 4에서 예시하는 시험 결과가 반드시 첨부되어야 하고, 시험 원데이터(raw data)도 함께 제시될 수 있도록 기록 및 보관되어야 한다.
c) 공인시험기관은 자체 시험 성적서에 시험 세부 내역 및 정보를 구체적으로 그리고 정확하게 기재하여야 한다. 이때 시험 절차에 따라 시험 전문 인력이 시험을 실시하고, 시험 성적서를 작성하여야 한다.
d) 용접 이음부의 시험은 10.5의 방법으로 공인시험기관에 의뢰하여 시험을 실시해야 한다.
변위 측정
a) 축력 휨 강도 시험에서는 말뚝 몸체의 중앙 하부 C 또는 이음부의 중앙 하부 C 위치에 변위계를 설치해야 한다. 하중과 변위는 원칙적으로 자동 측정한다.
b) 휨 강도 시험, 전단 강도 시험에서는 말뚝 몸체의 중앙 하부 C 또는 이음부의 중앙 하부 C 위치에 변위계를 설치하여 하중-변위 관계를 확인해야 있다.
재하 속도
말뚝 몸체 및 이음 말뚝에 대한 휨 강도 시험, 축력 휨 강도 시험, 전단 강도 시험에서는 재하 속도를 초기 균열 하중 단계까지는 0.1 kN/s ~ 1.0 kN/s로 하고, 그 이후에는 0.1 kN/s ~ 1.0 kN/s 또는 0.05 mm/s ~ 0.5 mm/s로 하며, 원칙적으로 자동 제어가 가능하여야 한다.
말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 강도 특성 시험 시 유의 사항
a) 말뚝 몸체에 대한 휨 강도 시험, 축력 휨 강도 시험, 전단 강도 시험에서는 지간 중앙에 말뚝의 중앙을 일치시켜야 한다.
b) 이음 말뚝에 대한 휨 강도 시험, 축력 휨 강도 시험에서는 지간 중앙에 이음 부분을 일치시켜야 하고, 이음 말뚝에 대한 전단 강도 시험에서는 이음 부분을 전단 지간 중앙에 위치시켜야 한다.
c) 재하 용량은 말뚝 몸체 시험체 및 이음 말뚝 시험체의 파괴 하중을 확인할 수 있는 수준으로 설정하여야 한다. 시험체의 파괴 하중은 말뚝 지름, 종별, 시험 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 지름 400 mm, A종 시험체의 휨 강도 시험 및 축력 휨 강도 시험의 경우 300 kN이 적정하다. 지름 600 mm, A종 시험체의 휨 강도 시험 및 축력 휨 강도 시험의 경우 550 kN이 적정할 것으로 예상되며, 지름 800 mm, A종 시험체의 휨 강도 시험 및 축력 휨 강도 시험의 경우 1 200 kN이 적정할 것으로 예상되고, 지름 1 200 mm, A종 시험체의 휨 강도 시험 및 축력 휨 강도 시험의 경우 4 000 kN이 적정할 것으로 예상된다.
d) 전단 강도 시험에서 재하 장치의 재하 용량은 표 A.2에 있는 대표 지름 400 mm, 대표 지름 600 mm, 대표 지름 800 mm, 최대 지름 1 200 mm 말뚝의 허용 전단 강도의 2배 이상으로 설정되어야 하며, 시험체의 파괴를 확인할 수 있는 수준이어야 한다.
휨 강도 시험
a) 휨 강도 시험에서는 KS B 5533에 규정하는 1등급 이상의 시험기, 또는 이와 동등 이상의 허용값을 가진 시험기를 사용한다.
b) 그림 2와 같이 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝 길이의 를 지간으로 하여 지지하고, 지간의 중앙에 연직 하중 P를 가한다.
c) 식(1)에 따라 휨 모멘트를 산정한다. 또한 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝이 휨 파괴를 일으키기 전에 재하점 또는 지지점에서 국부 파괴를 일으킬 우려가 있는 경우는 그 대책을 강구할 필요가 있다.
M =
(1)
여기에서 M ：휨 모멘트(kNㆍm)
W ：말뚝 몸체의 질량(표 6의 값을 참조), 또는 이음 말뚝의 질량(kN)(이음 말뚝의 경우, 용접부의 무게를 추가적으로 고려하여야 함.)
L ：말뚝 몸체 또는 이음 말뚝의 길이(m) P ：하중(kN)
d) 최대 탄성 하중( )을 구할 수 있는 절차인데, 이 절차는 필수적인 시험 절차는 아니다. 파괴 시까지 연속적으로 재하하기 전에, 하중 수준에서부터 적정 수준의 하중만큼을 증가시키며, 1사이클의 하중 재하/제하를 진행한다. 여기에서 는 균열 휨 모멘트의 을 발생시키는 하중이다. 이때 적정 수준의 하중 증분은 말뚝 지름, 종별, 시험 종류에 따라 달라진다. 예를 들면 지름 400 mm, A종의 휨 강도 시험체의 경우, 45 kN에서부터 5 kN씩 하중을 증가시키는 것이 적정하다. 매 사이클의 하중 재하/제하가 완료되면, 즉시 재하 하중과 C 위치의 발생 변위를 이용하여 하중-변위 관계도에 도시하는데, 하중-변위 관계도에서 선형 관계를 벗어나서 곡선 형상으로 이행되는 수준의 하중을 최대 탄성 하중( )으로 정의한다.
e) 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝이 파괴될 때까지 연속적으로 재하하는데, 이때 재하 도중 균열 휨 모멘트를 발생시키는 하중에서 균열 발생 여부를 관찰하고, 파괴 휨 모멘트를 발생시키는 하중보다 큰 임의 하중에서 모멘트를 계산한다. 시험체가 파괴될 때 최대 하중을 측정하여 식(1)에 따라 시험체의 파괴 휨 모멘트를 산정한다.
f) 말뚝 몸체에 대한 시험 결과를 그림 2 b) 및 그림 2 c)에 예시하였으며, 용접 이음 말뚝에 대한 시험 결과도 동일한 방식으로 작도해야 한다. 시험체의 지간 중앙 위치 C에 변위계를 설치하지 않은 경우에는 그림 2 b)의 결과를, 변위계를 설치한 경우에는 그림 2 b)와 그림 2 c)의 결과를 정리할 수 있으며, 시험 결과에서 파괴 시까지 재하 여부를 확인할 수 있다.
a) 시험 모식도 시간(s)
b) 재하 하중-시간 이력 곡선 예시(말뚝 몸체)
c) 재하 하중-변위 곡선 예시(말뚝 몸체) 그림 2 — 휨 강도 시험 모식도 표 6 — 말뚝 몸체의 질량 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험 바깥지름 mm 질량 kN 7 m 8 m 9 m 10 m 11 m 12 m 13 m 14 m 15 m 300 8.07 9.22 10.38 11.53 12.68 13.84 14.99 16.14 17.30 350 9.75 11.15 12.54 13.93 15.33 16.72 18.11 19.51 20.90 400 12.20 13.95 15.69 17.44 19.18 20.92 22.67 24.41 26.15 450 14.91 17.04 19.17 21.30 23.43 25.56 27.69 29.82 31.95 500 18.83 21.52 24.21 26.90 29.59 32.28 34.97 37.66 40.36 600 25.73 29.40 33.08 36.75 40.43 44.10 47.78 51.45 55.13 700 33.63 38.43 43.24 48.04 52.85 57.65 62.45 67.26 72.06 800 42.54 48.62 54.70 60.77 66.85 72.93 79.01 85.08 91.16 900 52.46 59.96 67.45 74.95 82.44 89.93 97.43 104.92 112.42 1000 63.39 72.45 81.50 90.56 99.62 108.67 117.73 126.78 135.84 1100 75.33 86.09 96.85 107.61 118.38 129.14 139.90 150.66 161.42 1200 88.28 100.89 113.50 126.11 138.72 151.33 163.94 176.55 189.17
a) 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험은 반전식 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험, 또는 상하식 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험으로 실시한다.
b) 축력 N은 강봉식 또는 와이어로프식을 이용하여 가할 수 있다. 여기서, 축력 N은 파괴 휨 모멘트가 거의 같아지는 축력의 3/4에 해당하는 축력으로 설정하였다. 축력 N은 허용응력설계법에서는 표 2 및 표 A.1의 값을 적용하고, 강도설계법 및 한계상태설계법에서는 표 A.4 및 표 A.5의 값을 적용한다. 축력 도입 시, 시험자는 규정된 값이 가해지는지를 확인해야 하며, 그 입증 증거를 제시할 수 있어야 한다. 또한 시험 완료 시까지 일정한 축력이 도입되어 있어야 하므로, 축력 도입 후 24시간 이내에 시험을 완료하여야 하며, 도입된 축력이 5 % 이상 감소되지 않도록 하여야 한다.
c) 말뚝 몸체의 중앙 하부 C 또는 이음 말뚝의 이음부 하부 C 위치에 변위계를 설치하여 하중 재하 시 변위 및 발생 하중, 제하 시 잔여 변위를 측정해야 한다. 매 사이클마다 측정한 하중과 변위를 이용하여 식(2) ~ 식(4)에 의해 모멘트를 계산한다.
d) 시험자는 각 하중 재하 사이클마다 균열 발생 여부, 파괴 발생 여부를 관찰하고 시험 성적서에 기재한다.
반전식 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험
a) 반전식 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험은 KS B 5533에 규정하는 1등급 이상의 시험기, 또는 이와 동등 이상의 허용값을 가진 시험기를 사용하여 실시한다. 이때 재하 및 제하 시 변위를 측정할 수 있도록 C 위치에 와이어변위계 또는 전자식변위계를 설치한다.
b) 그림 3과 같이 축력 N(이 축력은 시험 완료 시까지 일정하게 유지되어야 함.)을 가한 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝에서 L1을 지간으로 하여 지지하고, 정하중 위치에서 을 측정하고, 시험체 반전 후 정하중 위치에서 를 측정한다. 지간의 중앙에 정(+)하중(하향 방향 하중) P를 재하하고 제하한 다음, 시험 말뚝의 아랫부분이 위가 되게 하여 돌린 후에 정(+)하중(하향 방향 하중) P를 다시 재하하고 제하한다. 이때 정하중 재하 시 및 반전 후 정하중 재하 시 변위(각각 , 로 정의함.)를 측정한다. 재하 시에는 자동제어방식으로, 제하 시에는 수동제어방식으로 진행하며 제하 완료 후에는 하중이 전혀 작용되어 있지 않아야 한다.
c) 식(2)에 따라 축력 휨 모멘트를 산정한다. 또한 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝이 휨 파괴를 일으키기 전에, 재하점 또는 지지점에서 국부 파괴를 일으킬 우려가 있는 경우에는 그 대책을 강구할 필요가 있다.
M =
(2)
여기에서 M ：축력 휨 모멘트(kNㆍm) P ：하중(kN)
W ：말뚝 몸체의 질량(표 6의 값을 참조), 또는 이음 말뚝의 질량(kN)
(이음 말뚝의 경우, 용접부의 무게를 추가적으로 고려하여야 함.)
N ：축력(kN)(시험 완료 시까지 일정하게 유지되어야 함.)
w ：자중에 의한 중앙부의 상대 변위 측정값(m), 정하중 위치 및 시험체 반전 후 정하중 위치에서 측정된 변위를 각각 , 로 정의함.
p ：재하 하중 P에서 측정한 중앙부의 상대 변위 측정값(m), 정하중 재하 시 및 시험체 반전 후 정 재하 시 측정된 변위를 각각 , 로 정의함.
L ：말뚝 몸체 또는 이음 말뚝의 길이(m)
L1 ：말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 지간(m), , L1 = 7.0 m 이상
a) 시험 모식도 시간(s)
b) 재하 하중-시간 이력 곡선 예시(말뚝 몸체)
c) 재하 하중-변위 곡선 예시(말뚝 몸체)
그림 3 ― 반전식 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험 모식도 및 시험 결과 예시
하중 시험체 종류 잔여 변위 mm 사이클 평균 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Pc 몸체 말뚝(정하중) 0.8 0.8 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.8 0.8 0.7 0.7 몸체 말뚝(부하중) −0.9 −0.8 −0.7 −0.7 −0.7 −0.7 −0.7 −0.7 −0.7 −0.7 −0.7 Pf 몸체 말뚝(정하중) 1.3 1.5 1.5 1.5 1.5 1.3 1.4 1.5 1.4 1.4 1.4 몸체 말뚝(부하중) −1.6 −1.5 −1.4 −1.5 −1.5 −1.3 −1.4 −1.5 −1.4 −1.4 −1.5
비고 1 초기 1사이클 ~ 2사이클에서 시험체가 안정되지 않아 잔여 변위가 다소 큰 값으로 측정된 것으로 추정됨. 임의 사이클에서는 변위계의 베딩 영향으로 다소 큰 잔여 변위가 측정된 것으로도 추정됨.
비고 2 초기 1사이클 ~ 2사이클에서 잔여 변위는 평균값 계산 시 제외하였음.
d) 잔여 변위 값 예시(말뚝 몸체)
그림 3 — 반전식 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험 모식도 및 시험 결과 예시(계속)
d) 표 2에 제시된 축력 N이 일정하게 가해진 상태에서 1단계는 (균열 휨 모멘트의 을 발생시키는 하중)까지 재하하고 제하하며, 반복횟수는 10사이클 이상으로 한다. 이어서 2단계는 (휨 모멘트의 을 발생시키는 하중)까지 재하하고 제하하며, 반복 횟수는 10사이클 이상으로 한다. 정하중과 반전 후 정하중(하향 방향 하중) 각 1회를 1사이클로 한다. 와 는 식(2)를 이용하여 계산한다.
e) 1단계 재하 및 2단계 재하가 완료되면, 3단계는
하중 수준부터 적정 수준의 하중만큼을 증가시키며 1사이클의 하중 재하 및 제하를 진행한다. 이때, 적정 수준의 하중 증분은 말뚝 지름, 종별, 시험 종류에 따라 달라지게 된다. 예를 들면, 지름 400 mm, A종의 시험체에 대한 반전식 정·부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험의 경우, 60 kN에서부터 5 kN 또는 10 kN만큼씩 증가시키는 것이 적정하다. 하중-변위 관계도에서 선형 관계를 벗어나서 곡선 형상으로 이행되는 수준의 하중을 최대 탄성 하중( )으로 정의한다. 이 3단계 재하 절차는 필수적인 절차는 아니지만 최대 탄성하중을 정할 수 있는 절차이다.
f) 반전식 정ㆍ부 교대 반복 재하를 완료한 후 4단계는 정(+)하중(하향 방향 하중)을 연속적으로 재하하여, 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝이 파괴될 때까지 재하한다. 4단계 재하 도중 균열 휨 모멘트에 해당하는 하중이 작용될 때 균열의 발생 여부를 관찰하고, 파괴휨 모멘트에 해당하는 하중 이상의 임의 하중과 발생된 변위를 측정하여 모멘트를 계산한다. 시험체가 파괴될 때 발생된 변위와 최대 하중을 측정하여 식(2)에 따라 파괴 휨 모멘트를 산정한다. 이때 시험체가 파괴될 때의 최대 하중에서는 축력 도입 장치가 손상되지 않도록 시험자는 주의하여야 한다.
g) 시험의 전 과정에서 말뚝 몸체의 중앙 하부 C 또는 이음 말뚝의 이음부 중앙 하부 C 위치에 변위계를 설치하여, 하중 재하 시 발생 변위 및 하중 제하 시 잔여 변위를 측정해야 한다. 매 사이클마다 측정된 하중과 변위를 시험 성적서에 기록하고, 식(2)에 의해 해당 축력 휨 모멘트를 계산한다.
h) 말뚝 몸체에 대한 시험 결과 중 1단계, 2단계, 4단계 재하 결과를 그림 3 c)에 예시하였는데, 여기서 잔여 변위는 10사이클에 대한 잔여 변위들의 평균값을 나타내었다. 용접 이음 말뚝에 대한 시험 결과도 동일한 방식으로 작도해야 한다. 또한 말뚝 몸체에 대한 잔여 변위 측정 결과도 그림 3 d)에 예시하였으며, 용접 이음 말뚝에 대한 시험 결과도 동일한 방식으로 도시하여야 한다.
i) 시험체의 지간 중앙 위치 C에 변위계를 설치한 경우에는 그림 3 b)와 그림 3 c)의 결과를 정리할 수 있으며, 시험 결과에서 파괴 시까지 재하 여부를 확인할 수 있다.
상하식 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험
a) 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험은 KS B 5533에 규정하는 1등급 이상의 시험기, 또는 이것과 동등 또는 그 이상의 허용값을 가진 시험기를 사용하여 실시한다. 이때 재하 및 제하 시 변위를 측정할 수 있도록 C 위치에 와이어변위계 또는 전자식변위계를 설치한다.
b) 그림 4와 같이 축력 N(이 축력은 시험 완료 시까지 일정하게 유지되어야 함.)을 가한 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝에서 L1을 지간으로 하여 지지하고, 지간의 중앙에 하중 P를 가하는데 정(+)하중(하향 방향 하중)을 가하고 제하한 다음, 부(−)하중(상향 방향 하중)을 가하고 제하한다. 이때 정하중 재하 시 및 부하중 재하 시 변위(각각
및 로 정의함.)를 측정한다. 재하 시에는 자동제어방식으로, 제하 시에는 수동제어방식으로 진행하며 제하 완료 후에는 하중이 작용되지 않아야 한다.
c) 식(3) 및 식(4)에 따라 모멘트를 산정한다. 또한 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝이 휨 파괴를 일으키기 전에 재하점 또는 지지점에서 국부 파괴를 일으킬 우려가 있는 경우에는 그 대책을 강구할 필요가 있다.
(3) 여기에서 (4) M ：축력 휨 모멘트(kNㆍm)
W ：말뚝 몸체의 질량(표 6의 값을 참조), 또는 이음 말뚝의 질량(kN)
(이음 말뚝의 경우, 용접부의 무게를 추가적으로 고려하여야 함.)
L ：말뚝 몸체 또는 이음 말뚝의 길이(m)
L1 ：말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 지간(m) ( ), L1 = 7.0 m 이상
P ：하중(kN)
1 ：정하중 P에서 측정한 중앙부의 상대 변위량(m)
2 ：부하중 P에서 측정한 중앙부의 상대 변위량(m)
N ：축력(kN) l ：재하 지간(m), l = 1.0 m
그림 4 — 상하식 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험 모식도
d) 표 2에 제시된 축력 N이 일정하게 가해진 상태에서 1단계는 (균열 휨 모멘트의
발생시키는 하중)까지 재하하고 제하하며, 반복 횟수는 10사이클 이상으로 한다. 이어서 2단계는 (파괴 휨 모멘트의
발생시키는 하중)까지 재하하고 제하하며, 반복 횟수는 10사이클 이상으로 한다. 정(+)하중(하향 방향 하중) 및 부(−)하중(상향 방향 하중)의 각 1회를 1사이클로 한다. 와 는 식(3) 및 식(4)를 이용하여 계산한다.
e) 3단계 재하는,
하중 수준부터 적정 수준의 하중만큼을 증가시키며 1사이클의 하중 재하/제하를 진행한다. 이때 적정 수준의 하중 증분은 말뚝 지름, 종별, 시험 종류에 따라 달라지게 된다. 3단계는 필수적인 절차는 아니지만 최대 탄성 하중을 정할 수 있는 절차이다.
f) 상하식 정ㆍ부 교대 반복 재하를 완료한 후 정(+)하중(하향 방향 하중)을 연속적으로 재하하여 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝이 파괴될 때까지 재하하며(이를 4단계 재하로 정의함), 4단계 재하 도중 균열 휨 모멘트에 해당하는 하중이 작용될 때 균열의 발생 여부를 관찰하고, 파괴 휨 모멘트에 해당하는 하중 이상의 임의 하중과 발생된 변위를 측정하여 모멘트를 계산한다. 시험체가 파괴될 때 발생된 변위와 최대 하중을 측정하여 식(3)에 따라 파괴 휨 모멘트를 산정한다. 이때 시험체가 파괴될 때의 최대 하중에서는 축력 도입 장치가 손상되지 않도록 시험자는 주의하여야 한다.
g) 시험의 전 과정에서 말뚝 몸체의 중앙 하부 C 또는 이음 말뚝의 이음부 중앙 하부 C 위치에 변위계를 설치하여, 하중 재하 시 발생 변위 및 하중 제하 시 잔여 변위를 측정해야 한다. 매 사이클마다 측정된 하중과 변위를 시험 성적서에 기록하고, 식(3) 또는 식(4)에 의해 해당 축력 휨 모멘트를 계산한다.
전단 강도 시험
a) 전단 강도 시험은 KS B 5533에 규정하는 1등급 이상의 시험기 또는 이와 동등 이상의 허용값을 가진 시험기를 사용한다.
b) 그림 5와 같이 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝의 l을 재하 지간으로 하며, (l + 2a)를 지점 거리로 지지하고, 지간의 중앙에 하향 방향의 하중 P를 재하하는 데 전단이 발생할 때까지 단계적으로 증가시킨다. 이음 말뚝의 경우, 그림 5 b)와 같이 한쪽 전단지간(a 구간) 중앙에 이음부를 위치시켜야 한다. 그림 5에서 L은 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝의 시험체 길이(m), D는 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝의 바깥지름(m), l은 재하 지간(＝ 1.0 m), a는 전단 지간(m)(a ＝ 1.0 D), l1은 시험체의 돌출부 길이(m)이다. 여기에서 l1은 대표 바깥지름의 경우 1.25 D ~ 2.0 D이며, 대표 바깥지름 이외의 경우 1.8 D ~ 2.6 D이다.
c) 대표 지름 400 mm 또는 800 mm 말뚝에 대한 시험 실시 예는 해설 그림 23 및 해설 그림 24에 수록되어 있으며, 이를 참고하면 된다. 여기서, 프리스트레스의 정착 길이를 짧게 하고 균열을 방지하기 위하여 전단면의 양측에 밴드를 부착한다. 밴드 설치 위치는 말뚝 몸체와 이음 말뚝에서 동일하다.
d) 식(5)에 따라 전단 강도를 산정한다. 또한 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝이 전단 파괴를 일으키기 전에 재하점 또는 지지점에서 국부 파괴를 일으킬 우려가 있는 경우에는 그 대책을 강구할 필요가 있다.
Qc =
(5)
여기에서 Qc ：전단 강도(kN)
Pc ：전단 지간 내에 경사 인장 균열이 발생했을 때의 하중(kN)
e) 말뚝 몸체에 대한 시험 결과를 그림 5 c) 및 그림 5 d)에 예시하였으며, 용접 이음 말뚝에 대한 시험 결과도 동일한 방식으로 작도해야 한다. 시험체의 지간 중앙 위치 C에 변위계를 설치하지 않은 경우에는 그림 5 c)의 결과를, 변위계를 설치한 경우에는 그림 5 c), 그림 5 d)의 결과를 정리할 수 있으며, 여기서 시험 결과에서 파괴 시까지 재하 여부를 확인할 수 있다.
a) 말뚝 몸체 시험 모식도 b) 이음 말뚝 시험 모식도 재하 하중(kN) 변위(mm) 시간(s) 재하 하중(kN) c) 재하 하중-시간 이력 곡선 예시
(L = 3.4 m 말뚝 몸체, 밴드 미설치)
d) 재하 하중-변위 곡선 예시
(L = 3.4 m 말뚝 몸체, 밴드 미설치)
그림 5 — 전단 강도 시험 모식도 및 시험 결과 예시
용접 이음부의 자분탐상 검사 시험
a) 용접 이음부의 검사는 외관검사와 자분탐상 검사방법이 있으며, 외관검사에서 이상이 없는 경우 자분탐상 검사 시험을 실시하며 두 시험방법은 전문시험기관에서 실시한다.
b) 용접 이음부에 대한 외관검사는 KCS 14 31 20에 따라 실시해야 한다.
c) 용접 이음부의 자분탐상 검사 시험은 KS D 0213에 규정하는 방법으로 실시하며, 자분 모양은 KS D 0213의 8.6 e)에 따르고 자분 모양의 분류는 KS D 0213의 9절에 따라 구체적으로 기재하며 시험 성적서에는 다음 내용이 포함되어야 한다.
1) 검사 대상체 2) 검사 장치 3) 자분의 종류 및 특성
4) 자분의 분산매 및 검사액 속의 자분 농도
5) 자분의 적용 시기 6) 자화 방법 7) 자화 전류의 종류 8) 자화 전류값 및 통전 시간 9) 시험편 종류
10) 자분 모양의 유무 및 위치, 자분 모양의 분류
검사 방법 검사 항목 a) 겉모양, 모양, 치수
b) 말뚝 몸체: 휨 강도, 축력 휨 강도, 전단 강도
c) 이음 말뚝: 휨 강도, 축력 휨 강도, 전단 강도 KS D 0213의 방법에 의한 강자성 재료의 자분 탐상 및 자분 모양 분류
d) 말뚝 내부의 PC 강재 및 중앙부 인근 말뚝 두께
PC 강재 배치
a) PC 강재의 배치는 조립틀에 조립한 상태에서 확인하거나, 강재 긴장 시 확인하거나, 또는 PHC 말뚝 생산 후 선단부 및 머리부에서 확인할 수 있다.
b) 이 검사는 육안으로 가능하며 인수ㆍ인도 당사자 간의 협의에 따라 실시할 수 있다.
겉모양 및 구성
겉모양 및 구성의 검사는 모든 말뚝에 대하여 실시하고, 5.1 및 7.1의 규정에 적합하면 합격으로 한다.
치수
a) 치수 검사는 1로트의 PHC 말뚝에서 임의로 샘플링한 말뚝에 대하여 실시하고, 7.2의 규정에 적합하면 그 로트 전부를 합격으로 한다.
b) 이 검사에서 1개라도 적합하지 않을 때는 그 로트는 모든 말뚝에 대하여 검사하고, 7.2의 규정에 적합한 말뚝만 합격으로 한다.
c) 1로트의 PHC 말뚝 개수 및 샘플링 개수는 인수ㆍ인도 당사자 간의 협의에 따라 정한다.
말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 휨 강도 말뚝 몸체의 휨 균열 강도
a) 말뚝 몸체의 휨 균열 검사는 1년간 1회 실시하는데, 제조사가 제조하는 특정 지름, 특정 길이, 모든 종(A종, B종, C종)별의 제품에 대하여 실시한다. 최대 지름은 지름 600 mm 이하와 지름 700 mm 이상으로 구분하여 설정하고, 특정 지름 및 특정 길이는 시험자가 정한다. 임의 1로트의 PHC 말뚝에서 임의로 2개의 PHC 말뚝을 샘플링하여 10.2의 시험을 하고, 2개 모두 5.2의 규정에 적합하면 그 로트 전부를 합격으로 한다.
b) 2개 모두 적합하지 않으면 그 로트 전부를 불합격으로 한다. 이 검사에서 1개만 적합하지 않을 때는 그 로트에서 다시 4개를 샘플링하여 10.2의 시험을 실시하고, 4개 모두 5.2의 규정에 적합하면 최초의 불합격품을 제외하고, 그 로트 전부를 합격으로 한다. 다만, 1개라도 적합하지 않을 때는 그 로트 전부를 불합격으로 한다.
c) 1로트의 개수는 인수ㆍ인도 당사자 간의 협의에 따라 정한다.
말뚝 몸체의 휨 파괴 강도
a) 말뚝 몸체의 휨 파괴 검사는 11.5.1에서 시험한 처음의 2개 중 1개에 대하여 10.2의 시험을 실시하고, 5.2의 규정에 적합하면 그 로트 전부를 합격으로 한다.
b) 이 시험 성적서로 인수ㆍ인도 당사자 간의 검사를 대신할 수 있다.
이음 말뚝의 휨 균열 및 휨 파괴 강도
a) 이음 말뚝의 휨 균열 및 파괴 강도 시험은 10.2의 시험을 실시하고, 말뚝 몸체에 준하여 검사를 한다.
b) 이음 말뚝의 휨 균열 및 파괴 강도는 말뚝 몸체의 휨 균열 및 파괴 강도와 동등 또는 그 이상이어야 한다.
c) 이 시험 성적서로 인수ㆍ인도 당사자 간의 검사를 대신할 수 있다.
말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 축력 휨 강도 말뚝 몸체의 축력 휨 강도
a) 제품 검사는 제조사가 설정한 바깥지름의 말뚝 몸체 중 유효 프리스트레스의 크기에 따른 종(A종, B종, C종)별로 1년 간에 1개를 샘플링하고 축력 N에 대하여 10.3의 시험을 하여 그 결과가 5.3의 규정에 적합하여야 한다. 제조사가 제조하는 제품에 한정한다.
b) 이 시험 성적표로 인수ㆍ인도 당사자 간의 검사를 대신할 수 있다.
이음 말뚝의 축력 휨 강도
a) 이음 말뚝의 축력 휨 강도 시험은 10.3의 시험을 하고, 말뚝 몸체에 준하여 검사를 한다.
b) 이음 말뚝의 축력 휨 강도는 말뚝 몸체의 축력 휨 강도와 동등 또는 그 이상이어야 한다.
c) 이 시험 성적서로 인수ㆍ인도 당사자 간의 검사를 대신할 수 있다.
말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 전단 강도 말뚝 몸체의 전단 강도
a) 제품 검사는 제조사가 설정한 바깥지름의 말뚝 몸체 중 유효 프리스트레스의 크기에 따른 종(A종, B종, C종)별로 1년 간에 1개를 샘플링하여 10.4의 시험을 실시하고, 그 결과가 표 3 또는 표 A.2의 규정에 적합하여야 한다. 제조사가 제조하는 제품에 한정한다.
b) 이 시험 성적서로 인수ㆍ인도 당사자 간의 검사를 대신할 수 있다.
이음 말뚝의 전단 강도
a) 이음 말뚝의 전단 강도 시험은 10.4의 시험을 실시하고, 말뚝 몸체에 준하여 검사를 한다.
b) 이음 말뚝의 전단 강도는 말뚝 몸체의 전단 강도와 동등 또는 그 이상이어야 하며, 전단 파괴는 용접 이음부 반대쪽 전단 지간의 말뚝 몸체에서 발생되어야 한다.
c) 이 시험 성적서로 인수ㆍ인도 당사자 간의 검사를 대신할 수 있다.
말뚝 내부의 PC 강재 배치 및 말뚝 중앙부 인근 두께
a) PC 강재 배치의 검사는 10.2에서 파괴까지 재하하여 파괴된 PHC 말뚝에 대하여 실시할 수 있다. 파괴 부위에 가장 인접한 위치에서 육안으로 관찰하거나 말뚝 절단기로 횡으로 절단한 단면에서 검사하거나 비파괴 시험방법으로 검사할 수 있으며, 9.1의 규정에 적합하면 합격으로 한다.
b) 이때 PHC 말뚝의 두께는 절단한 단면 부분 또는 파괴 부위에 가장 인접한 위치에서 검사한다.
c) 이 검사는 인수ㆍ인도 당사자 간의 협의에 따라 실시할 수 있으며, 특히 말뚝의 사고 등이 발생할 경우 실시할 수 있다.
용접 이음
a) 제조사에서 실시하는 이음 말뚝에 대한 용접 이음부의 자분탐상 검사는 개별 이음 말뚝별로 실시한다.
b) 자분 모양의 분류에 따라 합격 여부를 판정하며, 합격 판정 기준은 표 7과 같다.
표 7 — 자분 모양 분류에 따른 판정 기준 자분 모양 분류 판정 선상 및 원형상 자분 모양 길이 4 mm 이하, 합격 분산 자분 모양 길이 8 mm 이하, 합격 균열에 의한 자분 모양 불합격 연속된 자분 모양 불합격 KS 인증 심사기준 설정 시 유의 사항
a) KS 인증 심사기준은 10.2 ~ 10.4의 시험 종류에 따라 각각 결정해야 한다. 심사기준에는 10.2 ~ 10.4의 시험 종류별로 5절, 10절, 11절의 품질 규정에 규정된 내용들을 구체적으로 반영한다.
b) KS 표시 인증을 위한 심사기준에는 10.2 ~ 10.4의 시험 항목에 대한 심사 체크리스트 또는 시험성적서를 설정한다.
c) 시험성적서 양식은 합리적으로 작성해야 한다. 시험성적서에는 5절 품질, 10절 시험방법, 11절 검사 방법과 관련된 규정을 준수해야 한다. 여기서, 시험성적서에는 10.2 ~ 10.4에서 제시한 시험결과를 반드시 포함해야 한다.
제품의 호칭 방법
PHC 말뚝의 호칭 방법은 프리텐션 방식 원심력 고강도 콘크리트 말뚝을 나타내는 기호 PHC, 종별(A 또는 B 또는 C), 바깥지름(mm), 길이(m), 두께(mm), 유효 프리스트레스의 크기(MPa), 머리부 또는 선단부(상 또는 하)로 나타낸다.
보기 PHC － A600 － 11 － 90 － 3.92 － 상
표시
PHC 말뚝에는 다음 사항을 표시하여야 한다.
a) 제품의 호칭(13절의 규정에 따른다.) b) 제조자명 또는 그 약호 c) 제조 연월일 또는 그 약호 (규정)
대표 바깥지름 이외의 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 휨 강도,
축력 휨 강도 및 전단 강도
적용범위
이 부속서는 본체 5.3 및 본체 5.4에서 규정하는 대표 바깥지름 400 mm, 800 mm 이외의 경우에 적용하는 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝의 휨 강도, 축력 휨 강도 및 전단 강도에 대하여 규정한다. 또한 강도설계법 및 한계상태설계법 설계 시 대응 가능하도록 하였는데, 강도설계법 및 한계상태설계법으로 설계할 때에는 표 1, 표 2 및 표 A.1을 대신하여 각각 아래에 설명한 표 A.3, 표 A.4 및 표 A.5의 내용을 사용하도록 규정한다.
PHC 말뚝의 바깥지름 및 길이
말뚝 몸체 또는 이음 말뚝의 축력 휨 강도 시험 및 전단 강도 시험에 사용하는 말뚝 몸체 또는 이음 말뚝의 바깥지름 및 길이는 다음과 같다.
a) 지름 600 mm 이하인 경우 및 지름 700 mm 이상인 경우 각각에 대하여, 제조자가 제조 가능한 PHC 말뚝 중에서 바깥지름이 최대인 제품으로 할 수 있다.
b) 길이는 축력 휨 시험에서는 8 m 이상, 전단 시험에서는 (6.0 D＋1) m 이상으로 한다. 여기에서 D는 PHC 말뚝의 바깥지름을 나타낸다.
말뚝 몸체 또는 이음 말뚝의 축력 휨 강도
a) 대표 바깥지름 400 mm, 800 mm 이외의 말뚝 몸체 시험체 또는 이음 말뚝 시험체의 바깥지름 및 길이에 대하여 본체 10.3에 규정하는 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험을 하고, 허용응력설계법의 경우 표 A.1, 강도설계법 및 한계상태설계법의 경우 표 A.4, 표 A.5에 나타내는 균열 휨 모멘트를 가했을 때, 균열이 발생해서는 안 된다. 또, 파괴 휨 모멘트는 허용응력설계법의 경우 표 A.1, 강도설계법 및 한계상태설계법의 경우 표 A.4, 표 A.5에 나타낸 값 이상이어야 한다.
b) 강도설계법 및 한계상태설계법 적용 시 축력 휨 모멘트 상관도는 A종, B종 및 C종 각각의 파괴 휨 모멘트를 최대로 유발시키는 축력 N에 대하여 작성되었다.
표 A.1 — 축력 휨 강도(허용응력설계법) 바깥 지름 종류 축력 N 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 바깥 지름 종류 축력 N 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 mm kN kNㆍm kNㆍm mm kN kNㆍm kNㆍm 300 A 1 177 84.4 122.6 700 A 5 297 965.3 1 312 B 94.2 127.5 B 1 074.2 1 366 C 99.1 130.5 C 1 138.9 1 387 350 A 1 472 126.5 181.5 900 A 7 358 1 821 2 601 B 141.3 188.4 B 2 024 2 748 C 151.1 192.3 C 2 127 2 827 450 A 2 207 256.0 361.0 1 000 A 8 829 2 446 3 502 B 290.4 379.6 B 2 736 3 697 C 305.1 389.5 C 2 882 3 810 500 A 2 649 345.3 496.4 1 100 A 10 300 3 092 4 597 B 389.5 527.8 B 3 440 4 907 C 409.1 543.5 C 3 612 5 041 600 A 3 826 594.5 839.7 1 200 A 11 770 3 885 5 852 B 673.9 886.8 B 4 319 6 272 C 713.2 909.4 C 4 578 6 471 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 전단 강도
대표 바깥지름 400 mm, 800 mm 이외의 말뚝 몸체 시험체 또는 이음 말뚝 시험체의 바깥지름 및 길이에 대하여 본체 10.4에 규정하는 전단 강도 시험을 하고, 표 A.2에 나타내는 전단 강도의 값 이상이어야 한다. 표 A.2의 값은 설계법의 종류에 상관없이 적용한다.
표 A.2 — 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 전단 강도
바깥지름 mm 종류 전단 강도 kN 바깥지름 mm 종류 전단 강도 kN 300 A B C 99.1 125.6 136.4 700 A B C 406.1 512.1 557.2 350 A B C 118.7 150.1 162.8 800 A B C 512.1 646.5 704.4 400 A B C 148.1 187.4 204.0 900 A B C 630.8 796.6 867.2 450 A B C 180.5 227.6 248.2 1 000 A B C 762.2 961.4 1 047 500 A B C 228.6 288.4 313.9 1 100 A B C 904.5 1 142 1 244 600 A B C 311.0 392.4 427.7 1 200 A B C 1 059 1 337 1 457
강도설계법 및 한계상태설계법에서 휨 강도 및 축력 휨 강도
강도설계법 및 한계상태설계법에서 휨 강도 및 축력 휨 강도는 표 A.3 ~ 표 A.5를 적용한다.
표 A.3 — 휨 강도(강도설계법 및 한계상태설계법)
바깥지름 종류 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 바깥지름 종류 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 mm kNㆍm kNㆍm mm kNㆍm kNㆍm 300 A 22.5 42.0 700 A 243.4 401.6 B 32.5 75.3 B 353.2 744.2 C 37.8 92.3 C 411.9 900.4 350 A 33.4 64.7 800 A 355.5 566.9 B 48.5 114.8 B 515.6 1 056.3 C 56.1 133.9 C 601.1 1 280.4 400 A 48.7 93.3 900 A 496.5 769.0 B 70.5 174.6 B 720.5 1 485.3 C 82.0 202.8 C 836.4 1 816.4 450 A 67.9 127.2 1 000 A 670.6 1 054.1 B 98.6 238.2 B 972.7 1 970.8 C 114.5 315.5 C 1 128.7 2 411.9 500 A 94.2 165.2 1 100 A 878.2 1 348.2 B 138.4 304.6 B 1 269.6 2 525.6 C 159.6 404.2 C 1 472.1 3 094.3 600 A 157.1 265.8 1 200 A 1 131.9 1 737.5 B 227.6 490.9 B 1 639.3 3 258.9 C 266.0 658.6 C 1 906.5 3 993.5
표 A.4 — 축력 휨 강도(강도설계법 및 한계상태설계법)
바깥 지름 종류 축력 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 바깥 지름 종류 축력 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 mm kN kNㆍm kNㆍm mm kN kNㆍm kNㆍm 400 A 1 891.5 186.3 252.6 800 A 6 583.6 1 361.7 1 796.7 B 1 662.9 191.4 268.0 B 5 753.7 1 392.4 1 887.1 C 1 543.9 193.9 274.0 C 5 339.7 1 414.5 1 932.8
참고 바깥지름 400 mm 축력 휨 상관도
바깥지름 800 mm 축력 휨 상관도
표 A.5 — 축력 휨 강도(강도설계법 및 한계상태설계법)
바깥 지름 종류 축력 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 바깥 지름 종류 축력 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 mm kN kNㆍm kNㆍm mm kN kNㆍm kNㆍm 300 A 1 242.2 85.7 119.3 700 A 5 205.3 932.0 1 236.8 B 1 087.4 87.8 125.2 B 4 549.1 953.5 1 300.2 C 1 012.5 89.2 128.7 C 4 228.0 969.5 1 332.3 350 A 1 509.7 127.9 174.8 900 A 8 132.9 1 903.4 2 506.1 B 1 323.7 131.2 184.1 B 7 113.5 1 951.1 2634.0 C 1 227.6 132.8 187.9 C 6 612.0 1 980.2 2 702.1 450 A 2 311.4 259.6 349.7 1 000 A 9 826.1 2 571.6 3 374.7 B 2 030.5 266.7 370.8 B 8 597.3 2 635.9 3 544.8 C 1 908.3 272.3 388.4 C 7 990.0 2 674.3 3 635.3 500 A 2 910.6 360.3 486.2 1 100 A 11 674.9 3 374.3 4 419.5 B 2 546.5 368.8 511.7 B 10 209.6 3 451.5 4 637.5 C 2 389.8 372.9 533.0 C 9 483.8 3 498.4 4 753.4 600 A 3 982.0 601.8 804.9 1 200 A 13 690.3 4 343.6 5 667.2 B 3 486.2 616.6 846.5 B 11 968.6 4 449.4 5 949.6 C 3 266.8 630.3 882.1 C 11 118.9 4 518.4 6 099.9
바깥지름 300 mm 축력 휨 상관도
바깥지름 350 mm 축력 휨 상관도
바깥지름 450 mm 축력 휨 상관도
바깥지름 500 mm 축력 휨 상관도
바깥지름 600 mm 축력 휨 상관도
바깥지름 700 mm 축력 휨 상관도
바깥지름 900 mm 축력 휨 상관도
바깥지름 1 000 mm 축력 휨 상관도
바깥지름 1 100 mm 축력 휨 상관도
바깥지름 1 200 mm 축력 휨 상관도
KS F 4306:2024
해 설
이 해설은 이 표준과 관련된 사항을 설명하는 것으로 표준의 일부는 아니다.
<2024년 개정> I 개정의 경위
건설부문 투자 증가, 반도체 경기회복 및 비대면 거래 증가에 따라 물류센터 증가, 주택공급 활성화 등 여러 호재에 기반하여 PHC 말뚝 수요가 늘어나 현재 국내에서는 연간 약 570만 톤의 PHC 말뚝이 사용되고 있다.
국내에서 생산되는 PHC 말뚝의 길이는 생산설비와 운반조건 등의 제한으로 인하여 일반적으로 최대 15 m까지 생산이 가능하지만 15 m 이상의 말뚝 길이가 요구될 때는 두 개 이상의 말뚝을 이어서 시공해야 한다. 말뚝 이음 시 국내에서는 대부분 용접 방식을 채택하고 있으나 현장에서 이음부에 대한 용접 균열 검사만 이루어지고 있다.
용접 이음 말뚝의 경우, 이음 말뚝의 본연의 기능인 탄성 거동과 일체화 거동에 대한 시험방법의 부재와 명확한 품질 기준이 제시되어 있지 않아 말뚝 이음의 품질 관리가 제대로 이루어지지 않는 실정이다. 그리고 기존의 허용응력설계법으로 산출된 말뚝의 축력-휨 모멘트 상관도는 힘의 평형 조건과 변형률 적합 조건이 현재의 강도설계법이나 한계상태설계법과 상이하고, 최신 KDS 규격에서 고강도 콘크리트의 특성을 고려하여 콘크리트의 응력-변형률 관계가 새롭게 바뀌었기 때문에, 이에 부합하는 축력-휨 모멘트 상관도를 새롭게 산출하고, 각 말뚝 치수별 균열 휨 모멘트 및 파괴 휨 모멘트 기준값을 새롭게 제시하였다.
이 도래 표준에서는 현장에서 가장 많이 사용되고 있는 용접 이음부에 대한 시험방법과 품질기준, 강도설계법 및 한계상태설계법에 근거한 축력-휨 모멘트 상관도를 제시하기 위하여 개정에 이르게 되었다.
2024년의 주요 개정점은 아래와 같다. 1 적용범위
허용응력설계법뿐만 아니라 강도설계법 및 최근의 한계상태설계법에 의한 설계에 대응할 수 있도록 하며, 이음 말뚝에 대하여 규정한다.
2 인용표준
인용표준의 폐지에 따른 대체 규격을 제시하며, 새로 인용하는 표준을 추가한다.
3 품질
3.1 강도설계법 및 한계상태설계법의 휨 강도 및 축력 휨 강도 설정
모든 지름의 말뚝에 대한 균열 휨 모멘트와 파괴 휨 모멘트에 대한 기준값을 계산하여 해설 표 1과 같이 설정하였다. 또한 대표 말뚝 바깥지름 400 mm와 800 mm에 대한 균열휨 모멘트와 파괴 휨 모멘트를 계산하여 해설 표 2와 같이 설정하였다.
해설 표 1 — 균열 휨 모멘트 및 파괴 휨 모멘트(강도설계법 및 한계상태설계법)
바깥지름 종류 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 바깥 지름 종류 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 mm kNㆍm kNㆍm mm kNㆍm kNㆍm 300 A 22.5 42.0 700 A 243.4 401.6 B 32.5 75.3 B 353.2 744.2 C 37.8 92.3 C 411.9 900.4 350 A 33.4 64.7 800 A 355.5 566.9 B 48.5 114.8 B 515.6 1 056.3 C 56.1 133.9 C 601.1 1 280.4 400 A 48.7 93.3 900 A 496.5 769.0 B 70.5 174.6 B 720.5 1 485.3 C 82.0 202.8 C 836.4 1 816.4 450 A 67.9 127.2 1 000 A 670.6 1 054.1 B 98.6 238.2 B 972.7 1 970.8 C 114.5 315.5 C 1 128.7 2 411.9 500 A 94.2 165.2 1 100 A 878.2 1 348.2 B 138.4 304.6 B 1 269.6 2 525.6 C 159.6 404.2 C 1 472.1 3 094.3 600 A 157.1 265.8 1 200 A 1 131.9 1 737.5 B 227.6 490.9 B 1 639.3 3 258.9 C 266.0 658.6 C 1 906.5 3 993.5
해설 표 2 — 축력 휨 강도(강도설계법 및 한계상태설계법)
바깥 지름 종류 축력 N1 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 바깥 지름 종류 축력 N1 균열 휨 모멘트 파괴 휨 모멘트 mm kN kNㆍm kNㆍm mm kN kNㆍm kNㆍm 400 A 1 891.5 186.3 252.6 800 A 6 583.6 1 361.7 1 796.7 B 1 662.9 191.4 268.0 B 5 753.7 1 392.4 1 887.1 C 1 543.9 193.9 274.0 C 5 339.7 1 414.5 1 932.8 4 용접 이음
용접부의 전단 강도, PHC 말뚝의 선단부에 새로 부착되는 철물의 재질 및 용접 이음을 규정하였다. 말뚝의 모양에서 제조 후 새로 부착한 선단부의 철물 등은 말뚝의 길이에 포함되지 않게 하여 혼돈을 피하였다.
5 재료
표준 서식에 맞게 기술하였으며, 문구 수정과 KS F 2544 표준의 폐지에 따른 대체 표준을 제시하였다.
6 양생
제조자는 양생 시 콘크리트 배합, 양생 방법 등을 명확하게 규정하고, 관리 데이터를 보존하도록 명문화하였다.
7 이음부 및 이음 말뚝
a) 이음 시 이음 철물을 용접해야 하는 점, PC 너트에 새로운 철물(예를 들면, 선단 지반 굴착용 비트 등)을 부착하는 경우, 어떠한 새로운 철물도 PC 너트에 볼트로 부착하는 것은 금지하는 사항을 규정하였다.
b) 이음 말뚝은 용접 이음을 원칙으로 한다. 2본 이음 말뚝[본체 그림 1 c)]의 경우, 하부 말뚝의 상단과 상부 말뚝의 하단을 용접 이음한다. 3본 이상의 이음 말뚝[본체 그림 1 d)]의 경우, 하부 말뚝의 상단과 중부 말뚝의 하단, 중부 말뚝의 상단과 상부 말뚝의 하단을 각각 용접 이음한다. 4본 이상의 이음 말뚝의 경우, 하부 말뚝의 상단과 첫째 중부 말뚝의 하단, 첫째 중부 말뚝의 상단과 그 다음 중부 말뚝의 하단을 순차적으로 각각 용접 이음하고, 마지막에는 최종 중부 말뚝의 상단과 상부 말뚝의 하단을 용접 이음한다. 여기서, 각 용접 이음부의 상단과 하단에는 용접 이음 철물[본체 그림 1 h)와 i)]이 부착되어 있어야 한다. 용접 이음부의 상세는 본체 그림 1 j)에 예시하였다.
8 시험방법
이음 말뚝에 대한 시험방법을 규정하였다. 또한 말뚝 몸체 및 이음 말뚝의 시험방법으로 축력 휨 강도 시험 및 전단 강도 시험의 시험방법, 검사 방법, 품질 기준을 제시하여 말뚝 몸체뿐만 아니라 이음 말뚝의 품질 관리가 제대로 이루어지게 하였다.
9 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험
정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험에는 상하식, 반전식, 수평식이 있으며, 이 표준에서는 상하식, 반전식에 대하여 규정하였다.
10 검사 방법
말뚝 내부의 PC 강재 배치 및 말뚝 중앙부 인근 두께의 검사는 파괴 부위에 가장 인접한 위치에서 말뚝 절단기로 횡으로 절단한 단면에서 검사하거나 비파괴 시험방법으로 검사가 가능하도록 하였다.
11 정ㆍ부 교대 반복 재하 축력 휨 강도 시험에서 축력 N의 단일화
본체 10.3 및 해설 2.3.3 말뚝 몸체의 축력 휨 강도(본체의 4.3) 부분 중 축력-휨 모멘트 상관도에서 A종, B종 및 C종 각각의 파괴 휨 모멘트가 거의 같아지는 축력의 에 해당하는 축력을 N으로 하였다.
12 콘크리트 압축 강도 시험방법
a) PHC 말뚝 생산제품과 동일한 과정으로 양생한 공시체를 KS F 2454에서 제시하는 방법에 따라 압축 강도 시험을 실시한다.
b) 1회 시험에 필요한 공시체는 3개 제작하며 호퍼에서 토출되는 중간 부분의 콘크리트 흐름 중 3개소에서 채취한 시료로 제작한다.
c) 1일 1회 시험을 실시하며 3개 공시체에서 측정한 콘크리트 압축 강도 값의 최소치가 78.5 MPa 이상이거나 PHC 말뚝의 장기허용압축하중 발현에 필요한 소요 압축 강도 이상이어야 한다.
d) 콘크리트 압축 강도 시험에서는 축방향 변형률을 측정할 것을 권장하며, 이를 통하여 응력-변형률 관계를 확인할 수 있다. 또한 제조자는 제조사 자체 시험 성적서 양식을 구비하여야 한다.
e) 콘크리트 공시체는 제품이 아니지만 PHC 말뚝 제품에서 매우 중요한 특성 요소이므로 검사 항목으로 설정하였으나, 필수 검사 항목은 아니다.
13 부속서 개정
본체 5.3, A.3의 표 A.1, A.5의 표 A.4 ~ 표 A.5의 축력-모멘트 상관도 작성 시 다음의 사항을 고려하였다.
a) 축력 휨 모멘트 상관도에서 A종, B종 및 C종 각각의 파괴 휨 모멘트가 최대가 되는 축력을 N으로 하였다. 축력을 고려한 경우의 균열 휨 모멘트(Mcr)는 식(0.1)에 따라 산출하였다.
Mcr = Ze (0.1) 여기에서
Ze ：PHC 말뚝의 환산 단면 계수(mm3)
Ae ：PHC 말뚝의 환산 단면적(mm2) ce ：유효 프리스트레스(MPa) A종 3.92(MPa) B종 7.85(MPa) C종 9.81(MPa)
bu ：콘크리트의 휨 인장 강도(MPa), 0.63
N ：축력(kN)
b) 축력을 고려한 경우의 파괴 휨 모멘트는 다음에 서술하는 가정에 기초하여 계산하였다.
1) PHC 말뚝의 단면은 파괴에 이르기까지 평면을 유지하는 것으로 한다.
2) 압축측 콘크리트 변형률이 압축 변형률 cu = 0.002 9에 도달했을 때 PHC 말뚝은 휨 파괴를 일으키는 것으로 한다.
3) 콘크리트의 응력-변형률 곡선은 식(0.2)를 적용한 해설 그림 1과 같이 가정한다.
(0.2)
4) PC 강재의 응력-변형률 곡선을 해설 그림 2와 같이 가정한다.
해설 그림 1 — 콘크리트의 응력-변형률 곡선
해설 그림 2 — PC 강재의 응력-변형률 곡선
<2019년 개정>
이번 개정에서는 이 표준에서 인용하고 있는 일부 표준의 폐지 후 국제표준 부합화에 따른 해당 인용표준으로의 대체 및 관련 내용 삽입, 국문 및 영문 제목 수정, 일부 문구 및 용어의 수정 및 교정 내용 등을 포함하며, 특별한 기술적 내용의 개정 사항은 없다. 주요 개정 내용은 다음과 같다.
1 2019년의 주요 개정 사항
a) PHC 말뚝의 종류 A, B, C에 대하여 SI 단위와 더불어 현장에서 많이 쓰는 단위를 본체의 주석에 표현하였다.
b) PHC 말뚝의 용접부 이음부 강도와 관련하여 이음방법에 대한 정확한 명칭과 표준 이음 방식이 아닌 경우에 대하여 균열 휨 모멘트 및 파괴 휨 모멘트의 규정을 언급하였다.
c) PHC 말뚝의 검사 방법 중 콘크리트 압축 강도 및 이음부의 용접부 휨 균열 및 파괴 강도, 말뚝 내부의 PC 강재 배치 및 중앙부 인근 말뚝 두께, 이음말뚝의 말뚝 기본 성능에 대하여 구체적으로 서술하였다.
d) 기술적인 내용의 변경 없이 문구의 수정이 실시되었으며, 일부 오타를 바로잡아 표준의 완성도를 높였다.
<2003년 개정> 1 제정 및 개정의 경위
이 규격은 1983년에 제정되어 1988년에 개정이 이루어졌다. 이 규격에 해당하는 PHC 말뚝은 우리나라에서는 1992년부터 사용되기 시작하였으며 ① 타입 중 파손이 적고, ② 큰 축력에 견딜 수 있는 등의 특징으로 그 수요가 증가하여, 현재는 콘크리트 말뚝의 대부분을 차지하기에 이르렀다.
이번 개정은 국제 단위 사용 및 규격서의 서식 변경에 따라 개정하였으며 기술적 변경 사항은 없다. 따라서 아래에서는 1998년 개정 내용을 설명하기로 하였다. 1998년 개정은 바깥지름 1 100 mm 및 바깥지름 1 200 mm를 PHC 말뚝으로 규격화하는 것에 주안을 두고, 아울러 규격 내용 전반의 재검토를 하였다.
1998년의 주요 개정점은 아래와 같다.
a) “종래 단위 및 수치”를 국제 단위계인 “SI 단위 및 수치”로 변경하였다. 또, 변경에 있어서는 환산 계수를 9.81로 하여 규격값을 정하였다.
b) 바깥지름 1 100 mm 및 1 200 mm를 호칭 추가하여 규격에 삽입하였다.
c) PC 강재에 대해서는 종래에는 KS D 3505(PC 강봉)를 사용 재료로서 인용 규정하고 있으나 KS D 3509가 ISO의 규격 체계와 정합을 도모하고, 이형 강봉을 분리하여 새로 KS D 7049(가는 지름 이형 PC 강봉)으로서 제정되었다. 이 때문에 이 규격에서도 사용 재료로서 KS D 7049를 새로 추가하였다.
d) 철근에 대해서는 KS D 3552(철선)이 개정되어 보통 철선의 일부 개정과 용접 철망용 철선을 추가함에 따라 “KS D 3552의 보통 철선”의 규정을 “KS D 3552의 보통 철선(SWM－B 및 SWM－F) 또는 용접 철망용 철선(SWM－P)”으로 고쳤다.
e) 굳지 않은 콘크리트에 포함되는 염화물 이온(Cl－)량에 대해서는 종래의 “0.30 kg/m3이하”를 “0.20 kg/m3 이하”로 변경하였다.
f) 말뚝 몸체의 축력 휨 강도 및 전단 강도에 대해서는 종래에는 대표 바깥지름(400 mm 또는 700 mm)에서 시험을 하도록 규정하였으나 이번 개정에서는 대표 바깥지름을 400 mm, 800 mm로 변경하고, 또 제조자가 소유하고 있는 제조 설비에 따라서는 이들의 대표 바깥지름의 말뚝을 제조 불가능한 경우가 있으므로, 이 경우를 고려하여 대표 바깥지름 이외의 경우의 말뚝 몸체의 축력 휨 강도 및 전단 강도를 부속서로서 추가하였다.
2 규정 항목의 개정점 및 내용 설명 2.1 적용범위(본체의 1.)
PHC 말뚝은 주로 축방향 하중을 받는 말뚝, 축방향 하중과 동시에 휨 모멘트를 받는 말뚝으로 사용되는 점을 고려하여 규정되었다.
2.2 종류(본체의 3.)
PHC 말뚝의 바깥지름 1 100 mm, 1 200 mm의 호칭을 추가하였고 유효 프리스트레스의 크기에 따라 A종, B종 및 C종으로 구분한다.
A종은 주로 취급 중의 균열 방지를 고려하여 정하고, B종, C종은 주로 큰 휨을 받는 경우나 타입 중에 발생하는 말뚝 선단에서의 반사 인장 응력에 따른 균열 방지를 고려하여 정하고 있다.
유효 프리스트레스는 콘크리트의 탄성 변형, 콘크리트의 크리프, 콘크리트의 건조 수축 및 PC 강재의 릴랙세이션을 고려하여 다음 식에 따라 계산할 수 있다.
- 프리스트레스 도입 직후의 PC 강재의 인장 응력도 pt(MPa)
pt = 여기에서
pi ：PC 강재의 초기 인장 응력도(MPa)
Ap ：PC 강재의 단면적(mm2) Ac ：콘크리트의 단면적(mm2)
n ：프리스트레스 도입 시의 PC 강재와 콘크리트의 탄성계수 비
- 콘크리트의 크리프 및 건조 수축에 의한 PC 강재의 인장 응력도의 감소량
p (MPa)
p = 여기에서
cpt：프리스트레스 도입 직후의 프리스트레스(MPa)
cpt = n ：PC 강재와 콘크리트의 탄성계수 비 ：콘크리트의 크리프 계수 s ：콘크리트의 건조 수축도 Ep ：PC 강재의 탄성계수(MPa)
- PC 강재의 릴랙세이션에 의한 인장 응력도의 감소량
r(MPa)
r= o( pt－2 p ) 여기에서
o ：PC 강재의 순 릴랙세이션, 다만 PC 강재가 온도의 영향을 받는 경우에는 그 점을 고려하여야 한다.
- PC 강재의 유효 인장 응력도 pe(MPa)
pe= pt－ p － r • 유효 프리스트레스 ce(MPa) ce =
또한 계산에 사용하는 콘크리트의 탄성계수, 크리프 계수 및 건조 수축도, PC 강재의 탄성계수 및 릴랙세이션 등의 수치는 PHC 말뚝의 제조 방법의 차이나 PC 강재의 종류에 따라 다르므로, 일률적으로 규정하는 것은 불가능하므로, 관련 서적이나 실험 결과를 참고로 하여 규정할 수 있다.
[해설 참고] 유효 프리스트레스 측정 시험 I PHC 말뚝의 유효 프리스트레스는 콘크리트의 탄성 변형, 건조 수축 및 크리프에 의한 응력 감소와 PC 강재의 릴랙세이션에 의한 응력 감소의 관계에서 구한다. PC 강재의 변형률은 PHC 말뚝에 매입된 PC 강재의 적어도 2개에 대하여 미리 만들어 진 콘크리트 노치부의 PC 강재의 응력을 풀고, 그 곳에 부착된 와이어 변형 게이지 등으로 측정한다. 콘크리트의 수축량은 콘택트 게이지 등으로 측정하고, 그 측정 시기는 PC 강재의 변형률 측정과 같은 시기로 한다.
PHC 말뚝은 제조에 사용되는 강재 및 제작 방법은 일률적이 아니므로, 응력 손실에 다소 차이가 있다. 재료 및 제작 방법이 결정된다면 각각의 종류의 유효 프리스트레스를 실험으로 확인해 두는 것이 필요하다.
이 시험은 유효 프리스트레스의 근사값을 측정하는 방법이지만, 실적도 많고 실용상 지장이 없어 적용한다.
1. 공시체의 제작 요령 1.1 잔류 변형룔 측정용 공시체
a) 공시체 길이 4 000 mm 이상으로 한다(바깥지름에 대해서는 규정하지 않는다).
b) 측정 장소의 치수 축방향 길이 100 mm × 원둘레 방향 폭 70 mm 정도로 한다.
c) 측정 장소의 간격 동일 PC 강재(축 철근)의 경우는 500 mm 이상으로 한다.
d) 측정 장소를 채우는 물질 2차 양생 시에 PC 강재를 보호하기 위해서 모르타르 등 고온에 견디고, 벗기기 쉬운 재료를 채운다.
e) 콘택트 게이지 포인트 게이지 포인트는 공시체 제작시에 매입하고, 포인트 베이스는 소정 간격으로 이동하지 않도록 형틀에 고정한다.
f) 기타 측정 기기에 대해서는 특별히 규정은 하지 않으나, 콘택트 게이지에 대해서는 정밀도가
이상, 측정 길이 100 mm ~ 300 mm 정도가 좋다.
A게이지(해설 참고 그림 1 참조)는 탄성 수축을 측정하므로 동일 단면으로 하지 않는다.
또 응력 해방의 방법은 블레이드 커터를 사용하지만, 그 밖의 방법으로서 가스용 기구로 절단하는 경우는 열의 영향을 고려하여 측정단에서 100 mm 떨어진 위치에서 강봉을 절단할 수 있도록 콘크리트부에 구멍(50 mm × 50 mm)을 미리 성형하여 둔다.
1.2 건조 수축 측정용 공시체
a) 공시체 치수 지름, 길이 그 밖의 치수에 대해서는 특별히 규정하지 않으나, 가능하면 잔류 변형률 측정용 공시체와 동일 단면으로 한다.
b) 제작 방법 제품과 같은 원심력으로 다짐 성형한다.
c) 배근 무근으로 한다. 1.3 콘크리트 탄성 계수 측정용 공시체
a) 공시체 치수 지름, 길이 그 밖의 치수에 대해서는 특별히 규정하지 않는다.
b) 제작 방법 제품과 같은 원심력으로 다짐 성형한다.
c) 배근 무근으로 한다. 단위: mm 해설 참고 그림 1 — 변형률 측정 위치
부호 A……와이어 변형 게이지 최초 긴장 시의 변형 및 1차 양생 후의 프리스트레스 도입에 의한 수축 변형률을 측정한다. 한 곳에 대해 대칭 위치 2장으로 하고, 상압 증기 양생에 견디도록 코팅한다.
부호 W……강재 잔류 변형률 측정 장소 와이어 변형 게이지를 측정 장소 내 강재에 부착하고, 강재의 잔류 변형률을 측정한다. 한 곳에 대해 대칭 위치 2장으로 한다.
W1……1차 양생 후 W2……2차 양생 후 W3……재령 6개월 후 W4……재령 1년 후
부호 CG……콘택트 게이지 원둘레 2곳에 설치, 탈형 시 및 각 재령에서의 콘크리트의 수축 변형률을 측정한다.
2. 공시체의 계측 2.1 더미 게이지
길이 400 mm, 단면 100 mm × 100 mm의 콘크리트 블록의 길이 방향 중심부에 잔류 변형률 공시체와 동일 강재를 매입, 블록 길이 방향 중앙부에 측정 장소를 만들어 두고, 강재에 각 계측용과 마찬가지로 와이어 변형 게이지를 부착하여 더미 게이지로 사용한다.
a) 정착 길이 콘크리트 말뚝 공시체에 대하여 정착 길이를 확인하고, 측정 장소 간격 설정을 위한 자료로 한다. 보기를 들면, 측정 장소 W1의 응력 해방에 의하여 측정 장소 W2 내 강재가 전혀 영향을 받지 않는 측정 장소 간격이 필요하다.
b) 와이어 변형 게이지 게이지 A로 신장 변형률, 게이지 W1 ~ W4에서 응력 해방에 따른 압축 변형률을 측정하고 있기 때문에 이를 위해 강재에 게이지를 부착한 후 긴장하여 신장 변형률을 측정하고, 또 강재를 긴장하여 일정 응력으로 유지하면서 게이지를 부착하여 응력을 0으로 되돌려 압축 변형률을 측정하고, 이 2개의 측정에서 신장 변형률과 압축 변형률의 차가 작아지는 게이지의 사용법을 습득한다.
c) 게이지 A의 코팅 게이지 A는 상압 증기 양생에 충분히 견딜 수 있는 코팅을 실시한다.
2.2 측정 방법과 요령
a) 측정은 가능한 한 온도차가 없는 조건에서 한다.
b) 시험 강재의 공시체를 사용하여 인장 시험을 하고, 응력~변형률 곡선을 구하고, 정해진 긴장 하중에서의 변형률 값을 확인해 둔다.
c) 1공시체의 각 시험 강재의 긴장 하중은 A게이지로 측정하고, 그 편차가 최소가 되도록 조정해 둔다.
d) 잔류 변형률 측정 시에 응력 해방 순서는 W1-1, W1-2로 한다(이하 W2 ~ W4와도 같다). 응력을 해방하는데 앞서, 측정 장소 내 강재에 게이지 W1을 부착, 충분히 고착시킨다. 응력 해방은 측정 장소 끝(W1 또는 W2와 반대측 측정 장소 끝)으로부터 정해진 거리에서 절단하고, 강재 주변의 콘크리트를 제거하고, 강재의 구속을 충분히 해방한 후, 게이지의 변형률을 판독한다. 절단은 신중히 하고, 게이지에 큰 진동 등이 가해지지 않도록 주의한다.
또한 측정 장소 W1부의 응력 해방 시에 측정 장소 W2부에의 영향이 전혀 없는 것을 확인할 필요가 있다. 이 때문에 게이지 W1을 부착할 때 동시에 측정 장소 W2 내 강재에도 게이지 W2-1 및 W2-2를 부착해 두고, W1의 해방과 동시에 W2의 변형률을 체크하여 변화가 없는 것을 확인한다.
W1에 대하여 측정 종료 후 게이지 W2는 제거, 측정 장소 W2 내에 모르타르 등을 채우고 2차 양생을 한다.
e) 각 측정 시기는 (i) 1차 양생 후, (ii) 2차 양생 후, (iii) 재령 6개월 후, (iv) 재령 1년 경과 후를 표준으로 한다.
해설 표 1 — 전응력 손실률(%) 양생 방법 구분 A B C 고온 고압 증기 양생 16 ~ 30 19 ~ 35 22 ~ 40 상압 증기 양생 15 ~ 21 19 ~ 26 22 ~ 30
[해설 참고] 유효 프리스트레스 측정 시험 II PHC 말뚝의 유효 프리스트레스의 확인은 측정 시험 I의 방법으로 종래부터 실시되었으나, 시험에 정밀도를 요하고, 복잡하므로 이 측정 시험 II는 I보다 간이적으로 가능한 점 등에서 유효 프리스트레스 간이 측정 시험으로 사용되고 있다.
이 시험은 유효 프리스트레스의 개략값을 측정할 수 있으므로 보조적으로 사용한다.
1. 공시체의 제작 요령
a) PC 강재의 가공 절단 예정 위치의 PC 강재를 앤본드 가공한다. 또 원심력 성형 중에 앤본드 가공재가 벗겨지지 않도록 주의한다.
b) 앤본드 가공 구간은 나선형 철근을 벗기는 편이 가공하기 쉬우나, 그때는 윤근 등을 부착하여 결속하고 철근망을 보강한다.
2. 공시체의 측정 방법과 요령
a) 변형 게이지의 부착 변형 게이지의 부착은 해설 참고 그림 2와 같이 한다. 블레이드 커터로 절단할 때 변형 게이지를 보호하기 위해서 방수제를 도포하고, 또 비닐 테이프로 씌운다.
단위: mm 해설 참고 그림 2 — 공시체의 제작
b) 블레이드 커터에 의한 절단 공시체에 자중에 따른 휨 모멘트가 커지지 않도록 여러 지점에서 롤러대로 지지하고, 공시체를 회전시키면서 블레이드 커터로 절단한다.
c) 각 측정 시기 각 측정 시기는 (i) 1차 양생 후, (ii) 2차 양생 후, (iii) 재령 6개월 후, (iv) 재령 1년 후를 표준으로 한다.
d) 유효 프리스트레스의 산출 말뚝 몸체 절단에 의한 콘크리트 표면의 변형률은 측정 수 12점 중 최댓값, 최솟값을 제외한 10점의 평균값으로 한다. 유효 프리스트레스의 산출은 다음 식에 따른다.
ce＝Ecㆍ 여기에서
Ec ：미리 원심력 성형 공시체에 따른 압축 시험에 따라 구한 탄성 계수(MPa)
：평균 변형률 2.3 품질(본체의 4.) 2.3.1 겉모양(본체의 4.1)
“해로운 흠, 균열 등의 결점”에 대해서는 상세한 규정을 만들지 않으나, 사내 규격 등에 구체적으로 정해 두어야 한다.
2.3.2 몸체의 휨 강도(본체의 4.2)
몸체의 휨 강도는 본체 표 1과 같고, 파괴 휨 모멘트는 균열 휨 모멘트는 A종의 경우 1.5배, B종의 경우 1.8배, C종의 경우 2.0배로 하여 정하였다.
2.3.3 몸체의 축력 휨 강도(본체의 4.3)
a) 축력 휨 모멘트 관계도에서 A종, B종 및 C종 각각의 파괴 휨 모멘트가 거의 같아지는 축력을 N4로 하고 축력 N4의 ,
및 에 상당하는 축력을 N1, N2 및 N3으로 하였다.
대표 바깥지름에서의 균열 휨 모멘트 및 파괴 휨 모멘트를 본체 표 2에 나타냈다. 본체의 축력 휨 강도는 위의 축력을 고려한 경우의 균열 모멘트 및 파괴 휨 모멘트의 값을 판독하고, 바깥지름 및 종류별로 해설 표 2에 나타냈다.
축력 휨 관계도 대신에 주요점의 축력과 휨 강도를 수치로 나타낸 것은 축력 휨 시험 시에서의 하중을 명확히 하고, 시험을 쉽게 하기 위함이다.
축력을 고려한 경우의 균열 휨 모멘트(Mcr)는 다음 식에 따라 산출하였다.
Mcr = Ze 여기에서
Ze ：PHC 말뚝의 환산 단면 계수(mm3)
Ae ：PHC 말뚝의 환산 단면적(mm2) ce ：유효 프리스트레스(MPa) A종 3.92(MPa) B종 7.85(MPa) C종 9.81(MPa)
bu ：콘크리트의 휨 인장 강도(MPa), 다만 N = 0일 때의 Mcr에 본체 표 1에 표시된 값에 대입하여 구한 값
N ：축력(kN)
또 축력을 고려한 경우의 파괴 휨 모멘트는 다음에 서술하는 가정에 기초하여 계산하였다.
1) PHC 말뚝의 단면은 파괴에 이르기까지 평면을 유지한다.
2) 동일 원둘레상에 균등하게 배치된 PC 강재는 등단면적의 얇은 두께의 강관으로 본다.
3) 압축측 콘크리트의 변형률이 압축 변형률 cu = 0.003에 도달했을 때 PHC 말뚝은 휨 파괴를 일으킨다.
4) 콘크리트의 응력-변형률 곡선을 해설 그림 1과 같이 가정한다.
5) PC 강재의 응력-변형률 곡선을 해설 그림 2와 같이 가정한다.
6) 단면의 중립축이란 콘크리트의 압축 변형률이 0이 되는 면을 말한다.
해설 표 2 — 몸체의 축력 휨 강도(허용응력설계법)
F 4306：2003 KS F 4306:2024 KS F 4306:2024 기호 설명 기호 설명 기호 설명 축력 휨 관계도 축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m N 축력 N4
축력, 휨 모멘트 관계도에서 A, B, C종 각각의 파괴 휨 모멘트가 거의 같아지는 축력
M 휨 모멘트 N0 축력 0 M0 휨 모멘트 0 Nmin 최소 축력 N3 N4 × 의 하중 Mcr 균열 휨 모멘트 Nmax 최대 축력 N2 N4 × 의 하중 Mu 파괴 휨 모멘트 N1 N4 × 의 하중 MUmax 최대 파괴 휨 모멘트 바깥지름 mm 종류 Nmin ~ M0 N0 ~ M N1 ~ M N2 ~ M N3 ~ M N4 ~ M N ~ Mumax Nmax ~ M0 N Mu N Mcr Mu N Mcr Mu N Mcr Mu N Mcr Mu N Mcr Mu N Mcr Mu N M0 kN kNㆍm kN kNㆍm kNㆍm kN kNㆍm kNㆍm kN kNㆍm kNㆍm kN kNㆍm kNㆍm kN kNㆍm kNㆍm kN kNㆍm kNㆍm kN kNㆍm 300 A 306.1 0 0 24.5 37.3 392.4 44.1 77.5 784.8 64.7 105.9 1 177 84.4 122.6 1 570 104.0 123.6 1 481 100.1 125.6 3 480 0 B 572.9 34.3 61.8 54.0 95.2 74.6 117.7 94.2 127.5 113.8 123.6 1 276 99.1 128.5 3 425 C 778.9 39.2 78.5 58.9 106.9 79.5 123.6 99.1 130.5 118.7 123.6 1 189 100.1 130.5 3 384 350 A 358.1 0 0 34.3 52.0 490.5 64.7 111.8 981.0 96.1 156.0 1 472 126.5 181.5 1 962 157.0 182.5 1 806 147.2 183.4 4 214 0 B 677.9 49.0 88.3 79.5 140.3 109.9 173.6 141.3 188.4 171.7 181.5 1 564 147.2 189.3 4 148 C 974.1 58.9 117.7 89.3 159.9 119.7 184.4 151.1 192.3 － 180.5 1 438 149.1 194.2 4 089 400 A 496.4 0 0 54.0 81.4 588.6 97.1 163.8 1 177 139.3 223.7 1 766 182.5 259.0 2 354 224.6 263.9 2 116 208.0 266.8 5 259 0 B 893.7 73.6 132.4 116.7 201.1 158.9 249.2 202.1 269.8 244.3 262.9 1 944 214.8 272.1 5 178 C 1 278 88.3 176.6 130.5 234.4 173.6 266.8 215.8 277.6 259.0 262.9 1 799 218.8 280.6 5 139 450 A 597.4 0 0 73.6 110.8 735.8 134.4 228.6 1 472 195.2 312.9 2 207 256.0 361.0 2 943 317.8 366.9 2 595 288.4 370.8 6 429 0 B 1 165 107.9 194.2 168.7 291.4 229.6 353.2 290.4 379.6 346.3 366.9 2 348 302.1 380.6 6 314 C 1 560 122.6 245.2 183.4 329.6 244.3 375.7 305.1 389.5 365.9 366.9 2 204 305.1 390.4 6 282 500 A 749.5 0 0 103.0 155.0 882.9 183.4 304.1 1 766 263.9 421.8 2 649 345.3 496.4 3 532 425.8 517.0 3 276 402.2 518.0 8 124 0 B 1 423.4 147.2 264.9 227.6 392.4 309.0 483.6 389.5 527.8 469.9 521.9 2 983 419.9 531.7 7 984 C 1 890 166.8 333.5 247.2 447.3 328.6 518.0 409.1 543.5 489.5 523.8 2 812 423.8 544.4 7 948 600 A 998.6 0 0 166.8 250.2 1 275 309.0 522.9 2 551 452.2 723.0 3 826 594.5 839.7 5 101 737.7 828.9 4 499 670.0 860.3 11 100 0 B 1 926 245.2 441.4 388.5 671.0 530.7 823.1 673.9 886.8 816.2 828.9 4 123 707.3 888.8 10 960 C 2 654 284.5 569.0 427.7 765.2 570.9 877.0 713.2 909.4 － 828.0 3 825 713.2 909.4 10 840
해설 표 2 — 몸체의 축력 휨 강도(허용응력설계법)(계속)
바깥지름 mm 종류 Nmin ~ M0 N0 ~ M N1 ~ M N2 ~ M N3 ~ M N4 ~ M N ~ Mumax Nmax ~ M0 N Mu N Mcr Mu N Mcr Mu N Mcr Mu N Mcr Mu N Mcr Mu N Mcr Mu N M0 kN kNㆍm kN kNㆍm kNㆍm kN kNㆍm kNㆍm kN kNㆍm kNㆍm kN kNㆍm kNㆍm kN kNㆍm kNㆍm kN kNㆍm kNㆍm kN kNㆍm 700 A 1 362 0 0 264.9 397.3 1 766 498.3 832.9 3 532 731.8 1 151 5 297 965.3 1 312 7 063 1 199 1 283 5 868 1 041 1 326 14 490 0 B 2 485 372.8 671.0 606.3 1 034 840.7 1 282 1 074.2 1 366 － 1 278 5 415 1 090 1 366 14 340 C 3 575 441.4 882.9 673.9 1 185 906.4 1 355 1 138.9 1 387 － 1 246 4 970 1 096 1 392 14 160 800 A 1 755 0 0 392.4 588.6 1 962 692.6 1 143 3 924 991.8 1 579 5 886 1 292 1 855 7 848 1 592 1 927 7 419 1 526 1 934 18 320 0 B 3 115 539.6 971.2 839.7 1 446 1 140 1 796 1 440 1 967 1 740 1 962 6 872 1 591 1 992 18 140 C 4 444 637.6 1 275 935.9 1 679 1 235 1 936 1 534 2 027 1 832 1 962 6 328 1 601 2 031 17 920 900 A 2 122 0 0 539.6 809.3 2 452 966.3 1 598 4 905 1 394 2 226 7 358 1 821 2 601 9 810 2 248 2 700 9 252 2 151 2 704 22 770 0 B 3 742 735.8 1 324 1 165 2 009 1 595 2 516 2 024 2 748 2 453 2 736 8 542 2 232 2 777 22 400 C 4 957 833.8 1 668 1 264 2 277 1 696 2 679 2 127 2 827 2 558 2 750 8 088 2 255 2 833 22 240 1 000 A 2 601 0 0 735.8 1 104 2 943 1 306 2 159 5 886 1 876 3 004 8 829 2 446 3 502 11 770 3 016 3 638 11 120 2 889 3 644 27 390 0 B 4 786 1 030 1 854 1 598 2 750 2 167 3 403 2 736 3 697 3 304 3 676 10 200 3 001 3 737 27 000 C 6 455 1 177 2 354 1 745 3 143 2 314 3 633 2 882 3 810 3 451 3 681 9 519 3 016 3 814 26 730 1 100 A 2 859 0 0 932.0 1 398 3 434 1 652 2 821 6 867 2 372 3 943 10 300 3 092 4 597 13 730 3 812 4 790 13 260 3 772 4 794 32 430 0 B 5 136 1 324.4 2 384 2 030 3 646 2 735 4 538 3 440 4 907 4 147 4 838 11 500 3 792 4 937 31 440 C 6 792 1 521 3 041 2 218 4 163 2 916 4 846 3 612 5 041 4 310 4 850 10 480 3 770 5 042 31 090 1 200 A 3 299 0 0 1 177 1 766 3 924 2 080 3 555 7 848 2 982 4 983 11 770 3 885 5 852 15 700 4 787 6 145 15 550 4 826 6 145 37 980 0 B 5 900 1 668 3 002 2 552 4 598 3 435 5 754 4 319 6 272 5 203 6 237 13 180 4 765 6 324 36 810 C 8 014 1 962 3 924 2 834 5 331 3 706 6 208 4 578 6 471 5 450 6 282 12 300 4 856 6 476 36 450
비고 N4∼M에서 Mcr란 중의 하나는 Mcr ≧ Mu의 경우이다.
변형률 응력 KS F 4306:2024 KS F 4306:2024
해설 그림 1 — 콘크리트의 응력-변형률 곡선
인장 강도 항복점 응력 변형률
해설 그림 2 — PC 강재의 응력-변형률 곡선
또한 파괴 축력 휨 관계도의 작성 시에는 N = 0일 때의 Mu가 본체의 표 1 및 표 2에 나타나는 값을 주는 PC 강재량을 구하여 만들었다. 각 바깥지름별 축력 휨 관계도를 해설 그림 3 ~ 해설 그림 14에 나타낸다.
축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m
해설 그림 3 — 바깥지름 300 mm 축력 휨 관계도
축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m
해설 그림 4 — 바깥지름 350 mm 축력 휨 관계도
축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m
해설 그림 5 — 바깥지름 400 mm 축력 휨 관계도
휨 모 멘 트 M kN∙m 축 방향력 N kN
해설 그림 6 — 바깥지름 450 mm 축력 휨 관계도
해설 그림 7 — 바깥지름 500 mm 축력 휨 관계도
휨 모 멘 트 M kN∙m 축 방향력 N kN 축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m
해설 그림 8 — 바깥지름 600 mm 축력 휨 관계도
해설 그림 9 — 바깥지름 700 mm 축력 휨 관계도
해설 그림 10 — 바깥지름 800 mm 축력 휨 관계도
해설 그림 11 — 바깥지름 900 mm 축력 휨 관계도
축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m 축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m
해설 그림 12 — 바깥지름 1 000 mm 축력 휨 관계도
해설 그림 13 — 바깥지름 1 100 mm 축력 휨 관계도
축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m 축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m
해설 그림 14 — 바깥지름 1 200 mm 축력 휨 관계도
b) 말뚝 몸체의 축력 휨 강도는 종래는 대표 바깥지름으로 시험을 하도록 규정하였으나, 제조자가 소유하고 있는 제조 설비에 따라서는 이들의 대표 바깥지름의 말뚝을 제조 불가능한 경우가 있으므로, 이 경우를 고려하여 대표 바깥지름 이외의 말뚝 몸체의 축력 휨 강도를 규정하고 부속서로서 추가하였다. 다만 이것은 제조자가 대표 바깥지름의 말뚝을 제조할 수 있는 설비(형틀을 포함)를 소유하고 있는 것과 관계없이, 현재 일시적으로 제조 설비가 미비할 때, 또는 제조 실적이 없는 것을 이유로 하여 대표 바깥지름 이외의 시험을 하는 경우를 의도하여 규정한 것이 아니며, 어디까지나 제조자가 대표 바깥지름의 말뚝을 제조하는 설비를 소유하고 있지 않은 경우에 적용할 수 있도록 예외 조치로서 규정한다.
2.3.4 말뚝 몸체의 전단 강도(본체의 4.4)
대표 바깥지름에서의 전단 강도를 본체 표 3에 나타냈다.
또 대표 바깥지름을 적용하지 않는 경우는 해설 2.3.3 b)에 나타내는 이유와 같고, 부속서에 따라 시험을 하고, 부속서 표 2에 나타내는 전단 강도 이상이어야 한다.
전단 강도의 계산은 일반적으로 다음 식에 따라 구해진다.
Q＝ ＝ 여기에서 Q ：전단 강도(N) t ：PHC 말뚝의 두께(mm)
I ：중심축에 관한 콘크리트 환산 단면 2차 모멘트(mm4)
I＝ r0 ：PHC 말뚝의 외측 반지름(mm) r ：PHC 말뚝의 내측 반지름(mm)
S0 ：중심축 이상의 단면 중심축에 대한 환산 단면 1차 모멘트(mm3)
S0＝
：사인장 균열을 일으킬 때의 전단 응력(MPa)
ce ：유효 프리스트레스(MPa) ：0.5 t ：콘크리트의 인장 강도(5.39 MPa)
또한 PHC 말뚝이 지표면 근처의 단단한 층을 뚫고 시공되는 경우에는 전단력에 대해서 구조상 안전을 확인할 필요가 있다.
2.3.5 이음부의 휨 강도(본체의 4.5)
이음부의 휨 강도는 몸체의 휨 강도와 동등 이상인 것이 원칙이지만, 이음부는 이음 철물 등으로 보강되어 있고, 강성도 높고 몸체의 균열 휨 모멘트에 대해서 안전하므로 여기에서는 파괴 휨 모멘트만을 대상으로 하고 있다.
2.4 구조(본체의 5.) 2.4.1 선단부의 구조(본체의 5.1)
선단부에 대해서는 해설 참고 그림 3에 나타냈으나, 종래 있었던 펜슬형은 거의 생산되지 않으므로 삭제하였다. 지질 및 공법에 따라서 적절한 것을 사용한다.
일반적으로 타입 공법에서는 평단 또는 요철형의 폐쇄형, 여러 가지 갱내 굴착 공법에는 개방형, 프리보링 공법에는 폐쇄형과 개방형의 선단부가 사용되고 있다.
개방형
폐쇄형
해설 참고 그림 3 — 말뚝 선단부의 모양 2.4.2 머리부의 구조(본체의 5.2)
머리부의 구조도 말뚝 시공법에 따라서 여러 가지가 고안되었다. 특히 타입 공법에서는 머리부 파손에 대해서 충분히 안전한 구조로 할 필요가 있다.
2.5 모양, 치수 및 치수의 허용차(본체의 6.)
2.5.1 모양(본체의 6.1)
여러 가지 매입 공법의 보급에 의해서 공법에 적합한 선단부의 철물 등을 상부 말뚝 또는 중간 말뚝에 부착되는 경우도 있으므로 제조 후 새로 부착된 선단부의 철물 등은 말뚝 길이에 포함되지 않도록 규정하였다.
2.5.2 치수 및 치수의 허용차(본체의 6.2)
바깥지름에 대해서는 300 mm, 350 mm 400 mm, 450 mm, 500 mm, 600 mm, 700 mm, 800 mm, 900 mm, 1 000 mm, 1 100 mm 및 1 200 mm가 규격화되었다.
바깥지름 350 mm의 PHC 말뚝에서는 길이가 14 m 이상이 되면 취급 중에 균열이 생길 우려가 있으므로, 유효 프리스트레스가 작은 A종에서는 바깥지름 300 mm와 같이 최대 길이를 13 m로 하였다.
또 제조, 취급, 운반 및 시공 설비 등에서 대형이 보급되었고, 이음 개소를 가능한 한 작게 하고, 시공 능률의 향상을 도모하기 위해서 최대 길이를 15 m로 하였다.
본체 표 5에는 치수 측정 위치가 기술되지 않았으므로, 그 보기를 해설 참고 그림 4에 나타낸다.
바깥지름
두께
이음부
A부 A부 상세 해설 참고 그림 4 — 치수 측정 위치
또한 휨 모멘트의 계산에 사용하기 위한 PHC 말뚝의 질량은 본체의 표 6에 나타냈다.
2.6 재료(본체의 7.) 2.6.1 시멘트(본체의 7.1)
일반적으로 포틀랜드 시멘트가 사용되지만, 목적에 따라서 각종 시멘트를 사용하는 경우도 있으므로, 이들 종류를 추가하고, 품질이 이들과 동등 이상이 되도록 하였다.
2.6.2 골재(본체의 7.2)
알칼리 골재 반응 억제 대책의 일환으로 KS F 2545에 따라 무해하다고 판정되는 골재를 사용하는 방법 외에 “무해하지 않다.”고 판정되는 골재를 사용하는 경우에는 저알칼리형 포틀랜드 시멘트에 의해서 억제하는 방법, 혼합 시멘트에 의해서 억제하는 방법 및 콘크리트의 알칼리 총량의 규제에 따른 방법도 동등하게 취급하기로 한다. 그러나 PHC 말뚝은 고강도 콘크리트이고, 골재의 품질은 중요하므로 종래와 같이 하였다.
KS F 2527(콘크리트용 골재)에 규정된 고로 슬래그 골재는 알칼리 골재 반응에 의한 열화 사례가 없으므로 무해하다고 보고 알칼리 실리카 반응성 시험을 하지 않아도 사용할 수 있도록 하였다.
또 굵은 골재의 최대 치수에 대해서는 토목학회 콘크리트 표준 시방서에 따르면 제품 최소 두께를 넘어서는 안 된다는 규정이 있고, 이에 준하여 최소 벽 두께의 말뚝 지름 300 mm, 두께 60 mm의 PHC 말뚝에 대하여 구해 보면 24 mm가 되나, 그 차이는 미미하므로 굵은 골재의 최대 치수는 25 mm로 규정하였다.
또 잔골재로서 바닷모래의 사용에 대해서는 염분 함유량이 많은 만큼, PC 강재의 방청 면적률이 커지는 경향이나 방청제의 사용 효과가 있는 점, 또 염분 농도의 관리 방법이 중요한 과제인 점이 지적되었다. PHC 말뚝은 프리스트레스트 콘크리트 제품이므로 PC 강재의 부식 문제, 또 바닷모래의 염분 농도 관리의 어려움으로 인하여 잔골재로서 바닷모래를 사용하지 않는 것이 바람직하지만, 골재 사정에 따라서 바닷모래를 어쩔 수 없이 사용하는 경우는 다음 사항에 대하여 엄격한 관리가 가능하도록 세심한 주의를 기울일 필요가 있다.
a) 골재의 염분 함유량에 대해서는 골재 보관 장소의 어느 위치에서 샘플링해도 문제가 없도록 사내 규격에 기초하여 충분히 관리한다.
b) 바닷모래 중의 염분 제거는 충분한 능력을 가진 설비로 세척 등으로 실시한다.
c) 굳지 않은 콘크리트에 포함되는 염화물 이온(Cl－)량은 0.30 kg/m3 이하가 되도록 관리한다.
d) 방청제를 사용하는 경우는 KS에 적합하도록 하고, 콘크리트 품질에 악영향을 주지 않아야 한다.
2.6.3 물(본체의 7.3)
기름ㆍ산ㆍ염류ㆍ유기물 등의 유해량을 포함하는 물을 사용하면 시멘트의 응결, 경화가 방해받는 경우가 있으므로, 물의 성질에 대하여 의심이 있는 경우는 그 물을 사용한 모르타르 또는 콘크리트와 깨끗한 물을 사용한 모르타르 또는 콘크리트의 강도를 비교하여 사용의 가부를 결정한다.
2.6.4 강재(본체의 7.4)
a) PC 강재(본체의 7.4.1) PC 강재는 종래부터 KS D 3505(PC 강봉)을 사용하도록 규정하고 있으나, ISO의 규격 체계와 정합을 도모하고, 이형 강봉을 분리하여 새로이 KS D 7049(가는 지름 이형 PC 강봉)으로서 제정되었으므로, 이번에 새로이 추가하였다. 최근 고온 시의 릴랙세이션을 개선한 PC 강재가 개발되었고, 사용 실적, 장래의 기술적 개발 등을 고려하여 그 기계적 성질이 이들과 동등 이상인 것도 사용하도록 하였다.
b) 철근(본체의 7.4.2) PHC 말뚝은 주철근인 PC 강재 외에 축방향 철근ㆍ나선형 철근ㆍ이음부의 보강 철근 등의 보조용 철근이 사용되므로, 이들 철근에 대하여 정하였다.
또 KS D 3552(철선)이 개정됨에 따라 보통 철선(SWM－F) 및 용접 철망 철선(SWM－F)의 규정을 추가하였다.
c) 강판(본체의 7.4.3) PHC 말뚝의 이음부는 말뚝 몸체와 동등 이상의 강도가 필요하고 및 축력을 확실히 전달하는 구조이어야 하므로, 이들 강판에 대하여 정하였다.
2.6.5 혼화 재료(본체의 7.5)
“플라이 애시, 팽창재, 화학 혼화제 및 방청제를 사용하는 경우에는 다음 규격에 적합한 것을 사용한다.”로 하고, 각각의 규격을 나타냈다.
또 혼화 재료를 사용하는 경우는 장기 안정성 등의 품질을 확인하고, 그 사용 방법을 충분히 검토하고 사용하여야 한다.
2.7 제조 방법(본체의 8.)
2.7.1 PC 강재 및 철근(본체의 8.1)
a) PHC 말뚝의 축방향에 배치하는 PC 강재 및 축방향 철근의 합계 단면적에 따른 철근비를 0.4 % 이상으로 한다. 철근비가 작으면, PHC 말뚝에 균열이 발생하고 나서 파괴에 이르기까지의 여유가 없고, 균열과 동시에 파괴가 되어 구조체로서의 의미를 가지지 않게 되므로 균열의 발생에서 파괴에 이르기 까지의 안전율을 1.5 이상으로 생각하여 대응하는 철근비를 정하였다.
또 말뚝의 휨 강도에 방향성이 없어야 하므로 PC 강재의 사용 개수는 6개 이상으로 하고, 동심원 상에 균등하게 배치하도록 정하였다.
b) 나선형 철근의 선지름은 제품의 현황을 생각하여 바깥지름의 크기에 따라서 정하였다. 다만 전단 보강이 특히 필요한 경우는 규격 이상으로 선지름과 피치를 고려하여 보강해야 한다.
c) PC 강재 및 나선형 철근의 피복은 원심력에 의해서 콘크리트가 밀집하여 다져진 곳에서부터 15 mm 이상으로 하였다.
d) PC 강재와 나선형 철근의 고정은 점 용접에 의해서 PC 강재와 나선형 철근을 용접하는 방법과, 점 용접에 의해서 나선형 철근망을 먼저 제작해 두고, 그 내부에 PC 강재를 삽입하는 방법이 사용된다. 이와 같은 철근망의 제작에는 일반적으로 자동용접기가 사용되고 있으므로, 나선형 철근의 피치는 정확히 편성된다. 어떤 경우에도 PC 강재의 단부는 헤드 가공 또는 나사 가공이 되어 있고, 각각의 PC 강재는 동심원상의 정확한 위치에서 정착 쇠붙이에 부착되어 긴장되므로 길이 방향으로도 바른 위치가 유지된다. 보강을 위해 PHC 말뚝 머리부 등에 삽입하는 축방향 철근은 바른 위치에 배치하고 결속선 등으로 나선 철근에 확실히 고정할 필요가 있다.
2.7.2 콘크리트(본체의 8.2)
a) 고온 고압 증기 양생(이하 오토클레이브 양생이라 함.) 또는 고성능 감수제 및 고강도 혼화재를 혼입한 콘크리트를 사용하는 방법 등에 의해서, 콘크리트 강도의 조기 발현이 가능해지고, 제품과 동일 양생한 공시체의 압축 강도가 정해진 양생 완료 시에서 78.5 MPa 이상의 콘크리트의 품질이 보증 가능하게 되어 있으므로 이와 같이 정하였다.
또 압축 강도 시험에 대해서는 제품 그 자체의 강도를 파악하여야 하므로, 원심 공시체에 의한 시험방법을 규정하였다.
b) 재료의 계량 오차는 물 및 시멘트가 1 % 이내, 혼화재가 2 % 이내, 혼화제 및 골재는 3 % 이내가 되도록 관리되어야 한다.
c) 믹서의 종류에 중력식 믹서와 강제 교반 믹서가 있으나, 강제 교반 믹서는 중력식 믹서에 비해 혼합성이 뛰어나고, 단시간에 균질의 콘크리트 제조가 가능하므로, 콘크리트의 품질 및 제조 능률상 사용이 바람직하다.
d) 콘크리트 중에 어느 정도 이상의 염화물이 포함되어 있으면 강재가 녹이 스는 경향이 있고, PC 강재는 비교적 가늘어 녹이 발생했을 때, 그 영향이 크다.
따라서 굳지 않은 콘크리트에 포함되는 염화물 이온(Cl－)량에 대해서는 PHC 말뚝이 PC 강재를 사용한 고강도 콘크리트 제품인 점, 제조 과정에서 오토클레이브 양생을 하는 경우가 있는 점 등을 감안하여 종래의 “0.30 kg/m3 이하”를 “0.20 kg/m3 이하”로 개정하였다.
[해설 참고] pH값 PHC 말뚝이 내구성을 유지하기 위해서는 PC 강재 또는 철근이 부식되어서는 안 된다. 콘크리트 중의 PC 강재 또는 철근은 콘크리트가 중성화한 경우는 부식되기 쉽다. 중성화되지 않은 일반적인 콘크리트에서는 유리된 칼슘이나 나트륨 등의 이온, 주로 칼슘 이온에 의해서 통상은 pH값이 12를 약간 상회하는 값이 된다. pH값이 다른 수산화칼슘 용액 중에 철근을 침적하고, 그 자연 전극 전위 및 부식량에 대한 연구 결과에 따르면 pH
11에서는 전극 전위의 강하가 적고, pH < 10에서는 강하가 현저한 점이 보고되고 있다. 또 부식량도 이에 병행하여 pH
11에서는 부식이 확인될 정도이고, pH = 10 ~ 11에서는 약간 부식 경향에 있고, pH < 10에서는 현저한 점이 보고되었다. 따라서 PHC 말뚝의 콘크리트의 pH값은 11.5 이상을 사용하도록 한다.
또한 pH값의 측정은 KS M 0011(수용액의 pH 측정 방법)에 따르지만, 시료는 본체 8.2 b)에서 압축 강도 시험에서 사용한 공시체에서 굵은 골재를 제외한 모르타르부를 꺼내어 이것을 KS A 5101(시험용 체)에 규정하는 망체의 호칭 치수 90 m의 망체를 전량 통과하는 크기까지 분쇄한다. 얻어진 분체를 사용하고, 고형분 농도 10 %(질량 퍼센트)의 현탁액을 만들고, 1시간 이상 교반한 후, pH 측정용 시료로 한다. 시험은 콘크리트 원료(시멘트, 골재, 물, 혼화 재료)가 바뀌거나, 시방 배합이 바뀌는 경우에 실시하고, 확인한다.
2.7.3 성형(본체의 8.3)
a) 바깥지름, 종류별 PC 강재의 긴장력, 콘크리트의 투입 방법, 투입량 및 회전 속도와 시간은 사내 규격 등으로 구체적으로 정하고, 작업 현장에 철저히 주지시키는 대책이 강구되어야 한다.
b) 성형은 PHC 말뚝 시공 시에 문제를 일으킬 가능성이 있으므로, 본체와 같이 정하고 있다. 따라서 그들과 말뚝 몸체와의 부착 정밀도에 대해서는 사내 규격에서 구체적으로 정하고 있고, PHC 말뚝의 탈형 검사 시에 이들 검사를 할 필요가 있다.
2.7.4 양생(본체의 8.4)
현재 PHC 말뚝의 양생에는 여러 가지 방법이 있고, 새로운 방법 개발도 예상되므로, 양생에 대하여 세부적으로 규정하는 것은 곤란하여, 본체에서는 품질에 악영향을 미치지 않는 방법으로 양생하도록 규정하였다. 그러나 제조자는 어떠한 방법을 취한다 해도 사내 규격에서 콘크리트의 배합, 양생 방법 등을 명확히 규정하고, 관리 데이터를 정비해 둘 필요가 있다.
현재 일반적으로 사용되는 방법에 대해서 서술하면 다음과 같다.
a) 상압 증기 양생 후에 오토클레이브 양생을 하는 방법
b) 고성능 감수제 및 고강도 혼화재를 혼입한 콘크리트를 사용하여 상압 증기 양생을 하는 방법
상압 증기 양생에는 피트 방식으로 하는 경우와 일정 온도로 유지된 양생실을 제품이 순환하는 방식이 있고, 각각 아래와 같은 주의가 필요하다.
피트 방식의 경우는
a) 증기는 양생실의 온도가 균등하게 오르도록 통과시켜야 한다.
b) 양생실의 온도를 올리는 방법은 1시간당 20 ℃ 이하의 비율로 하고, 최고 온도는 90 ℃로 한다.
c) 양생실에서 꺼낼 때에는 양생실의 온도를 서서히 내리고, 그 온도가 바깥 공기와 큰 차이가 없어야 한다.
순환 방식의 경우는 양생실의 최고 온도는 90 ℃로 한다.
오토클레이브 양생은 고압 가마(오토클레이브)를 사용하여 수화 반응을 급속히 진행시켜 초기에 고강도를 얻는 방법으로 다음과 같이 3단계로 실시한다.
a) 온도와 압력을 상승하는 기간 b) 고압에서 고온 가열하는 기간 c) 압력과 온도를 내리는 기간
통상 가마 내 온도는 170 ℃ ~ 200 ℃ 정도이다. 또한, 오토클레이브 양생 종료 후 꺼낼 때는 제품에 급격한 온도 변화를 주지 않도록 주의가 필요하다. PHC 말뚝의 양생 조건의 보기를 나타내면 해설 그림 16과 같다.
탈형 프리스트레스 도입 오토클레이브 증기 양생
해설 그림 16 — PHC 말뚝의 오토클레이브 양생 조건의 보기
2.7.5 프리스트레스 도입 방법(본체의 8.5)
a) 콘크리트에 균등한 프리스트레스를 주기 위해서는 동시에 긴장되는 PC 강재 간에 불균형이 없어야 하고, 또 PC 강재는 긴장이 풀어지지 않도록 고정 장치에 헤드 또는 나사로 양 끝을 고정하여야 한다.
b) PC 강재는 긴장 작업 중에 절단될 위험이 없어야 한다. 이를 위해서는 작업 중의 허용 인장 응력도를 그 파괴 강도에 대해서 낮게 해 둘 필요가 있다.
또 정착 후의 응력도가 지나치게 높아 항복점 가까이가 되면 릴랙세이션에 의한 긴장력의 감소가 심해지므로, 정착 후의 응력도를 항복점에 대해서 어느 정도 낮게 억제하여야 한다.
이러한 이유에서 긴장 작업 직후의 PC 강재의 인장 응력도는 인장 강도의 0.7배 이하 또는 항복점의 0.8배 이하 중 작은 값으로 정하기로 한다.
또 긴장 작업 중에 PC 강재의 인장 응력도는 인장 강도의 0.75배 이하 또는 항복점의 0.85배 이하 중 작은 값의 범위 내로 할 필요가 있다. 다만 그 경우는 긴장 응력의 감소에 관한 자료를 준비해 두어야 한다.
또 호칭명이 13 mm 이하의 전조 나사 가공 PC 강봉에서는 전조 나사 가공에 의한 단면적의 감소를 고려하여, 위 값의 95 %로 하였다. 따라서 전조 나사 가공 PC 강봉의 긴장 작업 직후의 인장 응력도는 인장 강도의 0.665배 이하 또는 항복점의 0.76배 이하 중 작은 값으로 정한다.
c) PC 강재의 정착 장치를 급격히 완화하면 이음 철물을 변형시키거나, 콘크리트에 충격을 주어 PC 강재와 콘크리트의 부착을 해할 우려가 있으므로 정착 장치를 서서히 느슨하게 하고 프리스트레스를 도입하여야 한다.
d) 프리스트레스 도입 시 콘크리트가 갖추어져 있어야 하는 요건은 다음과 같다.
1) 도입 응력을 완전히 지지할 수 있는 강도를 가질 것.
2) 도입된 응력의 과도한 응력 감퇴 없이 유지하고 필요한 유효 프리스트레스를 확보할 수 있을 것.
2.7.6 이음부(본체의 8.6)
a) PHC 말뚝의 이음 구조는 몸체와 동등 이상의 휨 강도를 가지도록 정하고 있다. 이음부 구조는 각 제조자가 연구하고 있으나, 일반적으로 PHC 말뚝 단부에 이음 철물을 만들어 용접하여 잇는 구조가 일반적이다.
b) 이음부를 통하여 프리스트레스를 균등하게 콘크리트에 전달하고 이음부의 휨 강도를 확보하기 위해 PC 강재의 단부는 이음 철물에 확실하게 고정되어 있어야 한다. 일반적으로 PC 강재는 헤드 또는 너트로 이음 철물에 정착되어 있다.
c) 실적에서 일반적으로 PHC 말뚝 단면 직각도의 오차는 20분 이내이다. 이 정도면 말뚝 기초로서 특별히 문제가 되지 않으므로, 이음부의 단면 직각도가 20분 이내이면 실용상 직각으로 본다.
d) 이음 단부 바깥지름 허용차를 본체 표 5의 비고 3에 규정하였다. 이음부의 강도를 충분히 확보하기 위해서 본체 표 5에 정하는 말뚝 몸체의 허용차보다 엄격히 정한다.
2.8 시험방법(본체의 9.) 2.8.1 휨 강도 시험(본체의 9.1)
a) 본체 그림 2에 나타낸 재하 방법에 사용하는 받침재로서는 해설 그림 17과 같은 둥근 강이 통상 사용되고 있다. 특히 바깥지름 900 mm ~ 1 200 mm에 대해서는 해설 그림 18과 같은 받침재를 사용한다.
단위: mm PHC 말뚝의 바깥지름 l a b c d 300 ~ 600 330 120 45 32 100 700, 800 400 150 50 40 120 900 ~ 1 200 450 170 55 44 130
해설 그림 17 — 하중점 및 지지점에 사용하는 받침재(둥근강을 사용하는 보기)
단위: mm PHC 말뚝의 바깥지름 A B R t 900 500 이상 120 이상 450 16 이상 1 000 500 1 100 550 1 200 600
비고 지간이 긴 경우에는 한쪽의 지지점을 가동 지지하는 것이 좋다.
해설 그림 18 — 하중점 및 지지점에 사용하는 철물의 보기
(PHC 말뚝 바깥지름 900 ~ 1 200 mm의 경우)
바깥지름이 크고, 길이가 짧은 경우의 휨 시험에서는 재하점 또는 지지점에서 국부 파괴[링 압괴-해설 그림 19 a) 참조]를 일으키고, 시험이 도중에 불가능해지는 경우가 있으므로, 미리 지지점에 해설 그림 19 b) 또는 그림 19 c)에 나타내는 방법으로 보강해 둘 필요가 있다.
횡단면 종단면 a) 국부 파괴 b) PHC 말뚝의 휨 시험 c) PHC 말뚝의 휨 시험
해설 그림 19 — 재하점 또는 지지점 보강 예
본체의 재하 방법에서 휨 시험을 할 때에 전단력에 의한 영향이 커지는 경우는 다음과 같은 방법을 강구한다.
1) 본체 그림 2의 재하 방법의 지간 L1을 보다 길게 한다(해설 그림 20 참조).
또한 이 경우의 휨 모멘트의 계산은 하중 P와 본체 표 6에 표시된 PHC 말뚝의 질량을 사용하여 다음 식에 따라 계산한다.
해설 그림 20 — 본체 그림 2의 지간
예
M＝ 여기에서 M ：휨 모멘트(kNㆍm)
W ：PHC 말뚝의 질량(kN), PHC 말뚝의 질량은 PHC 말뚝의 단위 용적 질량을 25.5 kN/m3, 를 3.14로 하고, 다음 식에 의하여 산출하고, KS A 3251-1(데이터의 통계적인 해석 방법 — 제1부: 데이터의 통계적 기술)에 따라 소수점 이하 둘째자리에서 끝맺음한다.
W = w t (D－t)L 여기에서 W ：PHC 말뚝의 질량(kN)
w ：PHC 말뚝의 단위 용적 질량(kN/m3)
D ：바깥지름(m) t ：두께(m) L ：길이(m)
L1 ：PHC 말뚝의 지간(m), 기왕의 시험 결과에 따르면 L1
6D＋1.0 m(재하점 간)로 하면 A종, B종 및 C종 모두 전단 능력에 따른 영향이 작다고 되어 있다.
L ：PHC 말뚝의 길이(m) P ：하중(kN)
2) 길이가 다른 2개의 PHC 말뚝을 접속하여 이음 말뚝으로 하고, 그 전체 길이에 대한 을 지간으로 한다.
3) 본체 그림 2의 재하 방법으로 시험할 수 있는 길이의 것을 별도로 제조하고, 시험 말뚝으로 한다.
휨 시험에 사용하는 시험기는 제조자가 제품의 규격 적합성을 판정하기 위해서 제품 품질을 정확히 파악하고, 그 결과에서 품질 관리를 적정하게 할 수 있는 중요한 검사 설비이다. 이 때문에 본체 9.1 a), 9.2 a) 및 9.3에 시험기의 규정을 만들었다.
b) 본체 9.1 a)에서 나타내는 식에 따라서, PHC 말뚝이 파괴할 때까지 시험기가 나타낸 하중의 최대값에서 파괴 휨 모멘트를 구한다.
c) 본체 9.1 a)에 따라서, 이음부에 최대 휨 모멘트가 생기도록 이음부를 지간 중앙에 두고 시험을 한다. 다만 시험 가능한 정해진 길이로 절단한다.
2.8.2 축력 휨 강도 시험(정·부 교대 반복 휨 강도 시험)(본체의 9.2)
a) 축력을 도입하는 방식에는 PHC 말뚝의 중공부를 이용하고, 긴장재를 중공부에 삽입하여 힘을 가하는 방식과 PHC 말뚝의 외부에서 힘을 가하는 방법이 있다. 장치의 면에서는 전자가 간단하고, 이 방식에 의한 축력 재하를 한다.
또한 말뚝 몸체의 축력 휨 시험 시의 PHC 말뚝의 지간 L1은 재하 방법의 통일을 도모하기 위해서 7 m를 표준으로 하였다. 또 긴장재는 강봉식과 와이어 로프식이 있다.
정·부 교대 반복 방법에는 반전식과 상하식 및 수평식이 있으나, 축력 재하용 긴장재를 PHC 말뚝 내부에 삽입하는 경우의 대표 보기를 해설 그림 21 및 해설 그림 22에 나타낸다.
해설 그림 21 — 축력 휨 강도 시험방법(반전식의 보기)
해설 그림 22 — 축력 휨 강도 시험방법(상하식의 보기)
해설 그림 21은 반전식의 보기이다. 처음에 말뚝 몸체의 위쪽 방향에서 재하하고, 하중을 제거한 후 말뚝 몸체를 롤러에 의하여 반전하고, 다시 위쪽 방향에서 재하하여 1사이클의 반복 휨 시험을 종료한다.
해설 그림 22는 상하식의 보기이다. 처음에 말뚝 몸체의 위쪽 방향에서 재하하고, 하중을 제거한 후 말뚝 몸체의 아랫 방향에서 재하하여 1사이클의 반복 휨 시험을 종료한다.
b) 실험에서는 아래에 따른다.
1) 축력 N의 재하는 센터홀 잭 등에 의하여 긴장재에 정해진 하중을 주고, PHC 말뚝 양 끝면에 너트로 정착시킨다. 시험 중의 긴장재의 축력 변동에 대해서는 기왕의 시험에 따르면 그 축력의 변동이 축력의 ±5 % 이내에 머문다. 따라서 이 정도의 축력 변동이라면 시험 정밀도에 영향을 주지 않으므로, 긴장재에 정해진 하중을 준 후, 센터홀 잭을 제거하고 시험한다.
또한 강봉식의 경우는 와이어 변형 게이지로 축력 변동을 측정한다.
2) 축력 N1, N2 및 N3의 크기 등에 대해서는 해설의 2.3.3에서 서술하고 있다.
축력 휨 시험은 큰 축력이 걸려 있으므로, 파괴 시에 압축측의 콘크리트가 날리므로, 안전에 충분히 배려하여야 한다.
3) 반복 하중 P의 반복 횟수는 PHC 말뚝의 사용 상태를 고려하여 정한다. 반복 횟수 10사이클은 매그니튜드 7의 지진에 상당한다. 반복 하중 P는 축력 N이 주어진 상태에서의 균열 휨 모멘트 및 파괴 휨 모멘트 각각의 을 만드는 값인데, 대표 바깥지름별로 반전식 경우의 값을 참고로 해설 표 3에 나타낸다.
해설 표 3 — 균열 휨 모멘트 및 파괴 휨 모멘트(M = 7일 경우)(허용응력설계법)
비고 반복 하중은 0.5 kN 단위로 정리하였다.
A. 정의 재하(반전 방식)의 경우에서의 휨 모멘트 계산식
a) PHC 말뚝의 자중에 의한 상대 휨량
w =
max＋ y
여기에서 w ：자중에 의한 상대 휨량(m) max ：PHC 말뚝의 중앙점 휨량(m) max =
y ：PHC 말뚝의 지지점에서의 돌출부 부분의 휨량(m)
y = L ：PHC 말뚝의 길이(m)
C ：PHC 말뚝의 지지점에서의 돌출부 길이(m) C = 0.5 m
w ：PHC 말뚝의 단위 길이당 질량(kN/m)
E ：PHC 말뚝의 탄성 계수 = 39 200 000(kN/m2)
：PHC 말뚝의 단면 2차 모멘트 = D0 ：바깥지름(m) Di ：안지름(m) b) 재하 하중에 의한 상대 휨량
p =
Pmax ×
Py
여기에서 p ：재하 하중 P에 따른 상대 휨량(m) Pmax ：PHC 말뚝 중앙점 휨량 Pmax=
Py ：PHC 말뚝 지지점에서 돌출부의 휨량(m)
Py= a ：지지점에서 재하점까지의 거리(m) L1 ：지간(m) P ：재하 하중(kN)
c) 축력 휨 시험에서 상대 휨량을 고려한 경우, PHC 말뚝에 발생하는 휨 모멘트
M＝ 여기에서 M ：휨 모멘트(kNㆍm) P ：하중(kN) W ：PHC 말뚝의 질량(kN) N ：축력(kN)
여기에서 축력-휨 모멘트 관계도에서 축력 N1, N2, N3과 그에 대응하는 균열 휨 모멘트(Mcr) 및 파괴 휨 모멘트(Mu)의 을 식(7)의 N 및 M에 대입하여 PHC 말뚝의 대표 바깥지름 400 mm 및 800 mm에 대하여 시험 하중을 구한 결과를 해설 표 3에 나타낸다.
B. 부의 재하(밀어올림 하중)의 경우에서의 휨 모멘트의 계산식
a) PHC 말뚝의 자중에 의한 상대 휨량 w= max＋ y 여기에서 w ：자중에 의한 상대 휨량(m) max ：PHC 말뚝의 중앙점 휨량(m) max =
y ：PHC 말뚝의 재하점에서의 돌출부의 휨량(m)
y = L ：PHC 말뚝의 길이(m)
C ：PHC 말뚝의 재하점에서의 돌출부 길이(m)
w ：PHC 말뚝의 단위 길이당 질량(kN/m)
E ：PHC 말뚝의 탄성 계수 = 39 200 000(kN/m2)
I ：PHC 말뚝의 단면 2차 모멘트 = D0 ：바깥지름(m) Di ：안지름(m) l ：재하 지간 = 1.0 m b) 재하 하중에 의한 상대 휨량 p = Pmax＋ Py 여기에서 p ：재하 하중 P에 의한 상대 휨량(m) Pmax ：PHC 말뚝의 중앙점 휨량 Pmax =
Py ：PHC 말뚝 지지점에서 돌출부의 휨량(m)
Py = a ：지지점에서 재하점까지의 거리(m) L1 ：지간(m) P ：재하 하중(kN)
C ：PHC 말뚝의 지지점에서 돌출부의 길이(m)
l ：재하 지간 = 1.0 m
c) 축력 휨 시험에서 상대 휨량을 고려한 경우, PHC 말뚝에 발생하는 휨 모멘트
－M＝ 여기에서 M ：휨 모멘트(kNㆍm) P ：하중(kN) W ：PHC 말뚝의 질량(kN) N ：축력(kN) l ：재하 지간 = 1.0 m
d) 정·부 교대 반복의 영향을 확인하기 위해서 이 시험을 하기로 하였다.
2.8.3 전단 강도 시험(본체의 9.3)
a) 말뚝 몸체의 전단 강도 시험에 사용하는 대표 바깥지름은 본체 4.4에 명기하였다.
전단 강도 시험에서 공시 말뚝에서 절단하여 하는 경우에는 그 절단하는 위치는 공시 말뚝 단부의 이음 철물에서 계측하여 (4.5 ~ 6.0) D＋1.0 m의 위치로 한다. 다만 대표 바깥지름 이외의 전단 강도 시험의 공시 말뚝 길이는 작은 지름이라도 정착 길이가 충분히 취해지도록 6D＋1 m로 하였다.
또한 전단 시에는 프리스트레스의 정착 길이를 작게 하고 균열을 방지하기 위해서 전단면의 양측에 밴드를 걸고, 전동톱 등으로 절단한다. 전단 지간 1.0D는 본체 그림 4에 나타낸 재하 방법으로 전단 지간을 여러 가지 변화시켜 시험을 한 결과에 따라 결정된 값이다. 또 바깥지름 400 mm의 시험 시에는 해설 그림 23과 같이 PHC 말뚝의 단면 변형의 영향을 방지하기 위해서 종래와 같이 지간을 부착한 채로 할 수 있으나, 바깥지름 800 mm의 시험 시에는 해설 그림 24와 같이 밴드를 부착하고 밴드에 직접 재하하고 지지시킨다. 이 밴드에 직접 재하하는 방법은 바깥지름 400 mm의 시험에 사용할 수 있다.
해설 그림 23 — 전단 강도 시험방법의 보기(바깥지름 400 mm의 보기)
해설 그림 24 — 전단 강도 시험방법의 보기(바깥지름 800 mm의 보기)
2.9 검사 방법(본체의 10.) 2.9.1 겉모양 및 모양(본체의 10.2)
겉모양 및 모양에 대해서는 육안에 의하여 전수 검사를 한다.
2.9.2 치수(본체의 10.3)
치수는 주로 형틀의 정밀도에 따라 좌우되는 일이 많고, 관리가 충분하면 치수의 변동은 적으며 또 두께는 이음 철물이 하나의 표준이 되므로 전수 검사를 하지 않고 샘플링 검사에 의해 그 목적을 달성할 수 있도록 규정하였다. 이 경우의 샘플링 검사는 1로트의 PHC 말뚝에서 임의의 2개의 PHC 말뚝을 샘플링하고, 2개 모두 본체 표 3의 규정에 적합하면 합격으로 하였다. 다만 1로트의 개수는 해설의 2.9.3 a)를 참고할 수 있다.
2.9.3 말뚝 몸체 및 이음부의 휨 강도(본체의 10.4)
a) 말뚝 몸체의 균열 검사에서 1로트의 개수는 거래 수량, 종류, 시험 실적 등을 고려하여 인수ㆍ인도 당사자 간에 정하지만, 일단 기준으로서는 다음의 정도이다.
바깥지름 300 ~ 400 mm 1 000개 바깥지름 450 ~ 600 mm 700개 바깥지름 700 ~ 1 200 mm 500개
b) 말뚝 몸체의 파괴 검사는 균열 검사를 하기 위해서 샘플링한 처음 2개 중 1개의 말뚝에 대하여 실시하도록 하였다. 그 동안의 실적 결과 등에서 균열 검사에 합격하면 규정의 파괴 휨 모멘트는 충분히 확보할 수 있다. 따라서 사내 검사의 시험 성적서가 있으면 직접 인수ㆍ인도 당사자 간의 파괴 검사를 하지 않아도 된다.
2.9.4 말뚝 몸체의 축력 휨 강도(본체의 10.5)
축력 휨 시험에서 파괴 상황은 휨 압축 파괴이고, 프리스트레스가 큰 PHC 말뚝은 콘크리트 압축 강도의 영향이 크다.
해설 그림 25 ~ 해설 그림 30에 축력 휨 강도 시험 결과의 실적을 나타낸다.
축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m
해설 그림 25 — 축력 휨 강도 시험 결과의 실적(바깥지름 400 mm A종 N3)
축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m
해설 그림 26 — 축력 휨 강도 시험 결과의 실적(바깥지름 400 mm B종 N3)
축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m
해설 그림 27 — 축력 휨 강도 시험 결과의 실적(바깥지름 400 mm C종 N3)
축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m
해설 그림 28 — 축력 휨 강도 시험 결과의 실적(바깥지름 800 mm A종 N3)
축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m
해설 그림 29 — 축력 휨 강도 시험 결과의 실적(바깥지름 800 mm B종 N3)
축 방향력 N kN 휨 모 멘 트 M kN∙m
해설 그림 30 — 축력 휨 강도 시험 결과의 실적(바깥지름 800 mm C종 N3)
1) 형식 검사 설계한 PHC 말뚝이 규격값을 만족하는지를 확인하기 위한 검사로, 정기적으로 하는 검사는 아니다. 이 검사는 제조자가 하거나 외부에 의뢰할 수 있다.
형식 검사는 대표 바깥지름 400 mm와 800 mm 및 부속서의 2.에 나타낸 말뚝 바깥지름의 축력 N1, N2 및 N3에 대하여 A종, B종 및 C종에서 2개씩 각각의 바깥지름에 대하여 시험을 하고, 그 시험 성적서를 보관하도록 하였다.
2) 제품 검사 이 검사는 정기적으로 실시한다.
제품 검사는 대표 바깥지름 400 mm와 800 mm 및 부속서의 2.에 나타내는 말뚝 바깥지름에 대하여 1년에 1개를 샘플링하고, 휨 모멘트가 거의 최대가 되는 축력 N3에 대하여 실시하도록 하였다.
이 시험 성적서를 가지고 인수ㆍ인도 당사자 간의 검사에 대신할 수 있도록 하였다. 일반 하부 구조의 설계 시에 큰 휨 모멘트를 받는 위치에는 말뚝의 이음부를 만들지 않으며 이음 구조는 용접부의 목두께 강도에 대해서도 충분히 검토되어 있고, 일반적으로 이음부의 내력이 말뚝 몸체의 내력보다 크므로 이음부의 축력 휨 시험은 하지 않아도 되도록 하였다.
2.9.5 말뚝 몸체의 전단 강도(본체의 10.6)
말뚝 몸체의 전단 강도에 대해서는 본체 10.4의 말뚝 몸체의 축력 휨 강도와 같이 형식 검사에서 대표 바깥지름 400 mm와 800 mm 및 부속서의 2.에 나타내는 말뚝 바깥지름의 A종, B종 및 C종에 대하여 2개씩의 시험을 하고, 그 시험 성적서를 가지고 있으면 그 후의 제품 검사는 대표 바깥지름 400 mm와 800 mm 및 부속서의 2.에 나타내는 말뚝 바깥지름의 프리스트레스가 최소인 PHC 말뚝으로 1년간에 각각 1개를 샘플링하고 시험을 하도록 하였다.
PHC 말뚝의 전단 강도는 해설 2.3.4와 같이 프리스트레스가 작은 쪽이 콘크리트 인장 강도의 영향이 크다. 따라서 프리스트레스의 최소 PHC 말뚝에 대하여 시험을 하도록 하였다.
이 시험 성적서를 가지고 인수ㆍ인도 당사자 간의 검사를 대신할 수 있도록 하였다. 일반 하부 구조의 설계 시에 큰 휨 모멘트를 받는 위치에는 말뚝의 이음부를 만들지 않으며 이음 구조는 용접부의 목두께 강도에 대해서도 충분히 검토되어 있고, 일반적으로 이음부의 내력이 말뚝 몸체의 내력보다 크므로 이음부의 축력 휨 시험은 하지 않아도 되도록 하였다.
해설 그림 31에 전단 강도 시험 결과의 실적을 나타낸다.
바깥지름 400 mm A종 바깥지름 800 mm A종
해설 그림 31 — 전단 강도 시험 결과의 실적
2.9.6 배근(본체의 10.7)
PC 강재 및 철근 배치의 검사는 휨 시험 등에서 파괴까지 실시한 제품이면 쉽게 검사를 할 수 있으므로 이와 같이 규정하였다.
또 PHC 말뚝의 두께에 대해서는 PHC 말뚝 중앙에서도 규정대로인지를 확인하기 위해서 이 검사를 하도록 하였다.
2.10 제품의 호칭 방법(본체의 11.)
보기 PHC－A－500－11에서 PHC는 ⓟretensioned spun ⓗigh strength ⓒoncrete piles의 프리텐션 방식 고강도 콘크리트 말뚝의 약호이고, A는 A종을 의미한다. 500은 말뚝 바깥지름(mm)을, 11은 길이(m)를 표시한다.