Development of Expandable Steel Pipe Piles to Improve Bearing Capacity

지지력 향상을 위한 확장형 강관말뚝에 관한 연구

Expandable steel pipe piles have been developed to ensure stability and reduce construction costs during underground floor remodeling and extension work. Expandable steel pipe piles are more economical and stable than micropiles. Extensible steel pipe pile is a method of improving the performance of steel pipes by expanding steel pipes underground. In this paper, the changes in buckling strength according to the shape of steel pipes in an extended steel pipe pile were identified, a numerical analysis model was developed to determine the expended part effect of bumps due to steel pipe expansion, and the optimal steel pipe expansion was calculated through material tests. The larger the expansion diameter of the steel pipe and the greater the number of expanded part, the greater the buckling strength. Numerical results showed that the number of expanded part has a greater effect on buckling strength than the expansion rate. When the expansion rate is more than 1.2 times, it can be seen that as the number of expanded part increases, the effect of increasing buckling strength increases significantly. It was also noted that the expanded part effect of the bumps occur significantly when the extension angle is less than 45° and the expansion rate is 1.3 times higher. When the steel pipe is failure, the expanded rate is 20 to 32%, averaging 25.4%. Through the material test, it was analyzed that it is desirable to limit the maximum expansion rate for performing steel pipes to 16%.

기존의 뜬구조공법의 문제점을 개선하여 지하층 리모델링, 증축 시 안정성 확보와 공사비 절감이 가능한 공법을 개발하기 위하여 일반적인 마이크로파일에 비해 경제적이고 안정성 높은 확장형 강관말뚝을 개발하였다. 확장형 강관말뚝은 지중에서 강관을 확장하여 강관의 성능을 향상하는 공법으로 본 논문에서는 확장형 강관말뚝의 강관 형상에 따른 좌굴강도의 변화를 파악하고, 수치해석 모델을 개발하여 강관확장으로 인한 요철부의 턱효과를 규명하고, 재료시험을 통하여 최적 강관 확관량을 산정하였다. 강관의 확장 직경이 클수록 확관 턱 개수가 많을수록 좌굴강도가 커짐을 알 수 있었으며, 수치해석 결과에 따르면 확관률보다 확관 턱 개수가 좌굴강도에 큰 영향을 미침을 알 수 있었으며, 확관률는 1.2배 이상일 때, 확관 턱 개수는 증가할수록 좌굴강도 증가 효과가 크게 발생함을 알 수 있었다. 또한, 확장 각도가 45° 이하이고, 확관률이 1.3배 이상일 때 요철부의 턱효과가 크게 발생하는 것을 알 수 있었다. 강관이 파단되는 항복 시, 신율은 20~32%로 평균 25.4% 수준으로 확인되어 그 이상 변형은 강관의 성능을 발휘할 수 없었다. 재료시험을 통해 강관의 성능을 발휘하기 위한 최대 확관량은 항복 시 최저값으로 확인된 신율 20%에 안전측 80%를 고려하여 16%로 제한하는 것이 바람직한 것으로 분석되었다.