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문제 정의
- 본 논문에서는 편심하중을 받는 대상기초의 지지력을 고찰하기 위하여 원심모형시험기를 이용모 형 실험을 수행하고, 모형실험에서 얻은 극한지지력의 값을 Meyerhof[8]의 유효면적법을 사용하여 산정한 지지력값과 비교하는 한편, 상용프로그램인 FLAC을 사용한 유한차분의 수치해석을 산정한 지지력 값과 비교하는 한편, 편심하중이 대상 기초에 미치는 영향을 연구하였다. 한편, 기초지반의 시료와 상대밀도를 변화시켜 이들이 대상기초의 지지력에 미치는 영향을 연구하였다.
- 영향을 연구하였다. 한편, 기초지반의 시료와 상대밀도를 변화시켜 이들이 대상기초의 지지력에 미치는 영향을 연구하였다.
제안 방법
- 그러나, 편심하중이 작용하는 기초구조물에 대해서는 현재까지 충분한 연구가 이루어 지고 있지 않으며 기존의 해석방법들로는 극한 평형 밥을 이용한 방법과 극한해석법을 이용하는 방법이 있으며 극한평형법을 이용한 방법으로 Meyerhof[8] 방법과 Saran[l이방법 등이 있다. Meyerhof⑻는기초에 작용하는 편심의 영향을 고려하기 위하여 유효 폭의 개념을 도입하여 해석을 하였으며, SaraMl이은 유발계수(Mobilization, m)를 고려하여 편심을 받는 기초의 극한 지지력을 해석하였다, 그 외에 Kusakabe[기은 표면기초에 strip load가 가해질 때의 극한지지력을 극한해석법으로 이용해 해석하였다.
- 5cm, 폭 4cm 크기의 강성 알루미늄 모형기초를 사용하였다. 기초의 하중은 유압식 하중재하장치를 사용하였으며 하중재하시 모형기 초의 연직침하량을 측정하기 위하여 LVDT를 사용하였다. 상재하중의 m기는 하중계(load cell)을 하중재하장치에 장착하여 하중을 측정하였다.
- 있었다. 따라서 아래의 그림 15과 같이 각각의 구속 응력에 따른 Mohr원을 도시하여 평균 내부마찰각 农哗을결정하였으며 이 값을 극한지지력 해석시 내부마찰각으로 사용하였다. 그림 15에 나타난 바와 같이 평균 내부마찰각은 如峻 느 44°이다.
- 본 연구에서는 축소된 모형을 인위적으로 가속시켜 토립자의 자중을 증가시킴으로서 현장상태의응럭을 재헌시켜 그의 거동을 관찰할 수 있는 원심모형실험기 법을 사용하였다.
- 사석의 전단강도 특성을 파악하기 위하여 압밀 배수 조건의 삼축압축시험을 실시하였으며 , 시료 조건을 결정하기 위하여 별도의 최대 . 최소 단위 중량시험을 실시하있다.
- 수행하였다. 삼축압축 시험은 압밀배수(CD Test)을 수행하였으며, 사석지반의 성형조건을 알아보기 위하여 최대 최소 건조단위 중량시험도 실시 하였다. 한편, 모형재하실험은 모형지반성형 후 원심모형시험기에서 50g상태로 가속한 후 상재 하중을 가한 실험을 수행하였다.
- 36mm) 표준망체에 잔류한 시료가 실험 수행이 가능한 최대입경으로 파악되었다. 시료의 상대밀도조건은 각각 50%와 80%조건으로 시료를 성형하여 실험을 수행하었다.
- 실험은 본 연구에 사용된 제주도내 2개의 석산에서 채취된 사석의 물리적 특성을 알아보고자 비중시험과 입도분석 시험을 실시 하였으며 사석 지반의 전단강도 특성을 알아보기 위하여 삼축압축시험을 수행하였다. 삼축압축 시험은 압밀배수(CD Test)을 수행하였으며, 사석지반의 성형조건을 알아보기 위하여 최대 최소 건조단위 중량시험도 실시 하였다.
- 실험은 상대밀도 50%, 80%의 균질한 상대 밀도를 갖는 모형지반을 형성한뒤 모형토조를 원심모형시험기의 바스켓에 설치하고 50g 중력 수준까지 원심력을 증가시켜 일정한 중력수준을 유지한 후 하중을 재하하여 기초의 하중-침하특성을 관찰하였다.
- 실험은 압밀배수조건으로 실험을 수행하였으며, 장비용량을 감안하여 각각 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 의 구속응력 조건에서 실험을 수행하였다.
- 얕은기초의 편신에 대한 영향을 알아보고자 기초에 재하되는 하중재하위치를 기초의 중심과 기초의 중심으로부터 편심을 주어 재하였으며, 모형지반의 시료의 종류와 상대밀도를 변화시켜 50 g 중력수준에서 실험을 실시하였다’
- 위하여 최대 . 최소 단위중량시험을 실시하였다. 최대단위중량시험은 KS F 2346규정에 준하여 실힘을 실시하였으며 시험결과 표 3에 나다 낸 바와 같이 사석시료의 최소건조단위중량은 134 9-1.
- 편심하중을 받는 대상기초의 지지력특성을 고찰하기 위하여 원심모형시험기를 이용 시석지반에편심하중 모형실험을 수행하고, 모형실험에서 얻은 극한지지력의 값을 극한평형법을 시용한 Meyeiiiof⑻의 유효면적법을 사용하여 산정한 지지력 값과 비교분석하는 한편, 상용프로그램인 FLAC을 사용한 유한차분의 수치해석을 통해 지지력을 산정하여 실험결과와 비교분석을 실시 하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 삼축압축 시험은 압밀배수(CD Test)을 수행하였으며, 사석지반의 성형조건을 알아보기 위하여 최대 최소 건조단위 중량시험도 실시 하였다. 한편, 모형재하실험은 모형지반성형 후 원심모형시험기에서 50g상태로 가속한 후 상재 하중을 가한 실험을 수행하였다.
- 해석시 Large Strain Mode 기법을 도입하여 구조물의 변위가 누적뇌도록 하였으며, 모형기초지반의 응릭-변형구성 관계를 탄 소성 모델인 쌍곡선모델을 사용하여 해석을 수행하였다. 한편, 모형토조는 강성의 매질을 갖는 강성 체로 모델링하여 구조물 자체에 변위가 발생하지 않도록 하였으며 모힝지반과 모형도조 사이에는 경계요소(interface 니。ment)를 두어 이들 사이에 유발되는 마찰력을 고려하였다
- 극한지지 력의 계산은 위의 식 6을 이용하였으며 내부마찰각에 따른 지지력 계수 Me 아래의 푶 8을 이용하였다. 한편, 지지력 계수를 구하기 위한 내부마찰각은 각각의 구속응력에 따른 Mohr원을 도시하여 구한 평균 내부마찰각 如四을 구하여 지지 력계수 산정 에 이용하였다
대상 데이터
- 그림 2에 보인바와 같다. 그림 2의 실험에 사용된 모형지반은 제주도내 2개의 석산에서 채취된 사석으로 조성하였으며 모형기초는 길이 20cm, 두께 2.5cm, 폭 4cm 크기의 강성 알루미늄 모형기초를 사용하였다. 기초의 하중은 유압식 하중재하장치를 사용하였으며 하중재하시 모형기 초의 연직침하량을 측정하기 위하여 LVDT를 사용하였다.
- 본 실험에서는 강원대학교 지반공학연구실에 설치된 원심모형시험기를 사용하었다, 2차원 평면변형조건의 모형거동을 모사하기 위하여 사용한 모형토조는 그림 2에 보인바와 같다. 그림 2의 실험에 사용된 모형지반은 제주도내 2개의 석산에서 채취된 사석으로 조성하였으며 모형기초는 길이 20cm, 두께 2.
- 사석지반의 전단강도 특성을 파악하기 위한 삼축압축시험은 본 실험에 사용된 시료의 경우 균등계수를 125이하의 至건을 유지하기 위하여 하나의표준망체에 잔류하는 시료를 사용하였다. 예비시험을 통하여 단부효과 등 실험수행에 영향이 없는최대입정을 조사한 결과 No.
데이터처리
- 실험결과를 나타내고 있다. 한편, 각 그림에서 1cm의 편신거리에 하중을 재하한 실험 결과는 편심 거리가 일반적인 허용범위인 B/6플 벗어나는 실험으로 수치해석상에서 기초가 회전하기 전까지의 하중값을 획득하여 회기분석을 통해 항복 하중 값을 산정하였다.
이론/모형
- 비중시험은 KS F 2308에 의한 진비중과 KS F 2504에 명시된 잔골재의 비중시험 방법을 이용하여 겉보기 비중을 동시 측정하였다
- 수치해석에서는 지반의 거동 및 토목공학 전반에 관하여 범용적으로 사용되고 있는 상용프로그램인 FLAC를 사용하였다. 해석시 Large Strain Mode 기법을 도입하여 구조물의 변위가 누적뇌도록 하였으며, 모형기초지반의 응릭-변형구성 관계를 탄 소성 모델인 쌍곡선모델을 사용하여 해석을 수행하였다.
- 편심하중하 극한지지력의 계산은 Meyerhof[8]가 제안한 유효면적법을 이용하였으며, 이 식에 편심하중을 받는 기초의 초기조건(c=0, q=0 )을 대입하면 편심하중하의 극한지지력 공식은 앞서 언급햔 식 8와 같다.
- 편심하중하의 극한지지력의 계산은 Meyerhof의 유효 면적 법을 사용하였다. 극한지지 력의 계산은 위의 식 6을 이용하였으며 내부마찰각에 따른 지지력 계수 Me 아래의 푶 8을 이용하였다.
- FLAC를 사용하였다. 해석시 Large Strain Mode 기법을 도입하여 구조물의 변위가 누적뇌도록 하였으며, 모형기초지반의 응릭-변형구성 관계를 탄 소성 모델인 쌍곡선모델을 사용하여 해석을 수행하였다. 한편, 모형토조는 강성의 매질을 갖는 강성 체로 모델링하여 구조물 자체에 변위가 발생하지 않도록 하였으며 모힝지반과 모형도조 사이에는 경계요소(interface 니。ment)를 두어 이들 사이에 유발되는 마찰력을 고려하였다
성능/효과
- 1. 사석지반의 지지력에 관한 원심모형 실험 결과 하중 - 침하량 관계의 경우 침하량이 증가함에 따라 지지력이 선형적으로 증가하며 100 t/m13 2 내외에서 항복점에 도달하는 경향을 보이며, 편심 재하 여부에 따라서 86 - 141 t/nE 항복 지지력 분포를 보이는 것으로 나타났다. 이것은 하중이 중앙에 재하될때보다 지지력이 약 23 - 30 % 정도 감소함을 나타내는데 이는 편심으로 인해 하중을 받는 유효면적의 감소에 기인하는 것으로 판단된다.
- 2. 극한평형법을 이용한 Meyerhof⑻의 유 互 면적 법으로 기초중심에 하중이 되었을 경우와 1.0 cm 편심하중 작용시 계산된 허용지지력 값은 기초중심에 재하되는 경우에 비해 편심하중이 작용하는 경우 약 48%의 지지력이 감소하는 것을 알 수 있었으며 이는 기초면적의 감소에 거의 비례하는 것으로 나타났다. 한편, 원심모형 실험결과를 통해 획득한 실험결과에 비해 기초중심에 하중이 재하되는 경우 허용지지력 값은 약 1.
- 3. 원심모형 실험결과름 상용프로그램인 FLAC에쌍곡선 모델을 적용하여 수치해석을 실시한 결과 하중재하 위치에 상관없이 약 1.2 - L3 배가량 허용지지력이 크게 산정되는 것으로 나타났다
- 4. FLAC을 사용한 수치해석결과가 원심모형 실험 결과에 비해 약간의 오차를 갖는 것은 사석 지반의 삼축압축 시험시 각각의 구속응력에대한 극한값의 산정이 재료의 Interocking 에의해 명확히 구별되지 않아 파괴시 축차 응력의 선정이 쉽지 않았으며 이러한 결과를 통해 쌍곡선 매개변수를 선정함에 있어 극한값의 기준의 선정에 따라 재료의 탄성계수를 정해주는 K값과 n값이 유동적이기 때문에 이러한 차이가 발생한 것으로 판단된다
- FLAC을 사용한 원심모형 실험결과에 대한 수치해석 결과 대체적으로 일치하고 있으나 수치해석 결과가 실험값에 비해 약간의 오차를 갖는 것은 삼축압축 실험결과에서 축변형률에 대한 축차응릭그래프에서 나타난 바와 같이 각각의 구속응력에대한 극한값의 산정이 재료의 interlocking에 의해 명확히 구별되어 있지 않아 파괴시 축차응력의 선정이 쉽지 않았으며 이리한 결과는 본 수치해석의겅우 삼축신헌 결과를 바당으로 쌍곡선 매개변수를 선정함에 있어 극한값을 어느 기준을 맞추는가에 따라 재료의 탄성계수를 결정하는 쌍곡선 파라메타 K 값과 기울기 n 값이 유동적이므로 이러한 관점에서 실험값과 수치해석상의 허용응력값의 차이가 발생되었다고 판단된다.
- 획득하였다. 결과에서 보는 바와 같이 침하량이 증가함에 따라 지지력이 선형적으로 증가하며 100 t/m, 내외에서 항복점에 도달하는 경향을 보인다. 표 7에 정리한 바와 같이 사석 지반의 경우 편심재하 여부에 따라 86-141 t/nV의 항복지지력 분포를 보이는 것으로 나타났다.
- 예비시험을 통하여 단부효과 등 실험수행에 영향이 없는최대입정을 조사한 결과 No.6(3.35mm) 표준망체를통과하고 No.8(2.36mm) 표준망체에 잔류한 시료가 실험 수행이 가능한 최대입경으로 파악되었다. 시료의 상대밀도조건은 각각 50%와 80%조건으로 시료를 성형하여 실험을 수행하었다.
- 최소 단위중량시험을 실시하였다. 최대단위중량시험은 KS F 2346규정에 준하여 실힘을 실시하였으며 시험결과 표 3에 나다 낸 바와 같이 사석시료의 최소건조단위중량은 134 9-1.377 g/cm1 분포를, 최대단위중량의 경우 1.49 9-1.504 g/cnf 분포를 보이 것으로 나타났다.
- 표 10의 허용지지력 결과에 나타낸 바와 같이 Meyerhof[9]가 제안한 유효면적법에 의한 극한지지력 산정결과 기초중앙에 하중이 재하되는것에비해 편심하중이 작용하였을때의 극한지지력이 48% 정도 감소하는 것을 알 수 있으며 이는 유효 폭이 0.04m에서 0.02m로 감소하는데 기인하는 것으로 판단된다. 한펀, 원심모형실험과의 비교 결과 상재 하중이 기초중앙에 재하되는 경우는 실험값에 비해 약 1.
- 표 11에 수치해석 결과에 나타난 바와 같이 시료의 종류 및 상대밀도와 상관없이 재하위치에 따라서 기초중앙에 하중이 재하되었을때에 비해 편심하중재하시에 허용지지력이 익; 30 % 감소하는 것으로 나타났다. 이는 원심모형 실험과 Meyerhof 의 유효면적법에 의한 결과와 같은 경향을 나타내고 있음을 알 수 있다.
- 한편, 수치해석시 편심하중이 재하되는 경우 하중이 중앙에 재하되는 경우에 비해 으扌 22 - 35 % 수준으로 허용지지력이 감소하는 경향이 나타나며 이는 원심모형 실험결과와 유사한 헝태의 거동특성을 보이는 것으로 나타났다.
- 한편, 표 11에 나타난 바와 같이 수치해석 결과가 원심모형실험에 비해 허용지지력값이 약 13 % 정도 크게 산정되었으며 이는 그림 18 - 그림 25에 나타난 바와 같이 원심모형실험에서의 하중-침하 곡선의 기울기에 비해 수치해석결과의 기울기가 약간 크게 산정되고 있음을 통해 알 수 있다
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