본 연구는 암반에 근입된 현장타설말뚝의 화강암과 콘크리트의 부착면에서의 전단거동을 이해하려는 데 있다. 암반에 근입된 현장타설말뚝의 전단거동을 실내에서 실험하기 위해서는 현장에서의 전단거동을 모델링 해야 한다. 따라서, 말뚝의 축방향 대칭성을 고려해 암반에 근입된 전단면을 2차원으로 모델링함으로써 일정수직강성도(conctant normal stiffness; CNS) 조건의 전단시험을 실시할 수 있다. 본 논문에서는 국내 화강암을 대상으로 거칠기, 암의 강도, 응력경계조건 등을 고려하여 암-콘크리트 접촉부에 대한 일정수직강성도 전단시험을 수행하였다. 실험결과 각 변수(요철부의 경사각 및 높이, 수직강성도)에 따른 전단특성(첨두전단강도, 전단응력, 수직응력)은 물론 팽창현상(dilation) 등을 관찰할 수 있었다. 시험결과에 따르면 첨두 전단강도는 요철부의 경사각이 증가할수록, 그리고 수직강성도가 증가할 수록 증가하는 것으로 나타났으며, 팽창량은 요철부의 각도가 클수록 수직강성도가 작을수록 크게 나타났다.
본 연구는 암반에 근입된 현장타설말뚝의 화강암과 콘크리트의 부착면에서의 전단거동을 이해하려는 데 있다. 암반에 근입된 현장타설말뚝의 전단거동을 실내에서 실험하기 위해서는 현장에서의 전단거동을 모델링 해야 한다. 따라서, 말뚝의 축방향 대칭성을 고려해 암반에 근입된 전단면을 2차원으로 모델링함으로써 일정수직강성도(conctant normal stiffness; CNS) 조건의 전단시험을 실시할 수 있다. 본 논문에서는 국내 화강암을 대상으로 거칠기, 암의 강도, 응력경계조건 등을 고려하여 암-콘크리트 접촉부에 대한 일정수직강성도 전단시험을 수행하였다. 실험결과 각 변수(요철부의 경사각 및 높이, 수직강성도)에 따른 전단특성(첨두전단강도, 전단응력, 수직응력)은 물론 팽창현상(dilation) 등을 관찰할 수 있었다. 시험결과에 따르면 첨두 전단강도는 요철부의 경사각이 증가할수록, 그리고 수직강성도가 증가할 수록 증가하는 것으로 나타났으며, 팽창량은 요철부의 각도가 클수록 수직강성도가 작을수록 크게 나타났다.
The purpose of this paper is to make an understanding of fundamental mechanism of shear behaviour between rock and concrete interfaces in the pile socketed into granite. The interface of pile socketed in rock can be modeled in laboratory tests by resolving the axi-symmetric pile situation into the t...
The purpose of this paper is to make an understanding of fundamental mechanism of shear behaviour between rock and concrete interfaces in the pile socketed into granite. The interface of pile socketed in rock can be modeled in laboratory tests by resolving the axi-symmetric pile situation into the two dimensional situation under CNS(constant normal stiffness) direct shear condition. In this paper, the granite core samples were used to simulate the interface condition of piles socketed in granite in our country. The samples were prepared in the laboratory to simulate field condition, roughness(angle and height), stress boundary condition, and then tested by CNS direct shear tests. This paper describes shearing behaviour of socket piles into domestic granite through the analysis of CNS test results. It was found out that the peak shear strength increases with the angle of asperity and CNS value, and also the dilation increases with the angle of asperity but decreases with the CNS value.
The purpose of this paper is to make an understanding of fundamental mechanism of shear behaviour between rock and concrete interfaces in the pile socketed into granite. The interface of pile socketed in rock can be modeled in laboratory tests by resolving the axi-symmetric pile situation into the two dimensional situation under CNS(constant normal stiffness) direct shear condition. In this paper, the granite core samples were used to simulate the interface condition of piles socketed in granite in our country. The samples were prepared in the laboratory to simulate field condition, roughness(angle and height), stress boundary condition, and then tested by CNS direct shear tests. This paper describes shearing behaviour of socket piles into domestic granite through the analysis of CNS test results. It was found out that the peak shear strength increases with the angle of asperity and CNS value, and also the dilation increases with the angle of asperity but decreases with the CNS value.
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문제 정의
지배하는 중요한 요소이다. 그러므로 본시험은 화강암과 콘크리트 접촉부의 전단거동에 대한 거칠기의 영향을 검토할 수 있도록 계획되었다. 그동안 Pells 등(1980), Horvath 등(1983), Kulhawy 등(1993), Seidel 등(2001), Gu(2001), 이명환 등(2003)등 여러 연구에서 현장타설말뚝의 암반근입부의 거칠기에 대한 측정 및 분석이 이루어졌으며 이들 결과의 대부분은 암반 근입부의 거칠기는 변화가 매우 크고, 거칠기 정도는 전단저항력의 영향에 매우 중요하다는 결론에 이르고 있다.
본 논문의 목적은 국내 화강암반에 근입 된 현장 타설 말뚝의 전단거동을 이해하기 위한 것이다. 따라서 현장에서 채취한 화강암 편을 국내 현장 타설 말뚝 굴착공벽의 거칠기 특성을 반영하여 절단한 후 콘크리트를 타설하여 만든 시편에 대해 CNS 전단시험을 실시하여 화강암에 근입된 현장타설말뚝의 전단 거동을 분석해 보았다.
이러한 경향은 현장 타설 말뚝의 전단거동에 중요한 역할을 하는 것으로 일정 수직응력조건으로 전단 되는 암사면의 경우와의 차이를 보여주는 것이다. 만약 동일한 시편조건에서 암사면을 모사(CNS=0)하여 전단 시켰을 경우를 가정하면 전단응력은 FQA04 이하의 수준에서 전단되었을 것이다. 따라서 현장타설말뚝의 전단 강도는 동일한 조건에서의 암사면에서의 전단 강도보다 훨씬 크게 나타나고 치수효과에 영향을 받는다.
제안 방법
전단거동을 이해하기 위한 것이다. 따라서 현장에서 채취한 화강암 편을 국내 현장 타설 말뚝 굴착공벽의 거칠기 특성을 반영하여 절단한 후 콘크리트를 타설하여 만든 시편에 대해 CNS 전단시험을 실시하여 화강암에 근입된 현장타설말뚝의 전단 거동을 분석해 보았다.
화강암 절단면과 콘크리트의 부착 면의 전단시험은 CNS 전단시험 장비를 이용하여 수행되었다. 이 장비는 1990년도에 모나쉬 대학에서 제작된 것으로 크기는 높이 4m, 길이 4m 정도이다.
본 시험은 변위 제어 방식(0.5mm/min)으로 수행되었으며, 이 값은 시험하는 동안의 과잉간극수압의 영향을 배제하도록 결정되었다.
국내의 타설 콘크리트의 배합강도는 약 30MPa이며 최대 약 36MPa까지 이용되고 있다. 따라서 실험에 이용될 암의 강도는 콘크리트의 강도, 36MPa을 기준으로 3종류(26MPa 이흐h 26MPa 이상 36MPa 이화, 36MPa 이상)로 구분하였다. 실험에 이용된 암은 자연 상태에서 코아링(coring)된 화강암으로 선산과 광주 지역에서 채취한 암석이며 이들에 대해 일축압축강도와 필요한 물성시험을 수행하였다.
많았다. 한편, 본 시험은 암과 콘크리트 접촉면에서의 전단거동을 살펴보는 것이 주 목적이므로 암에서만 전단이 되도록 콘크리트의 압축강도는 양생 일정에 따라 50MPa~60MPa 정도로 유지하도록 콘크리트의 배합설계를 조정하였다.
시험에 적용한 화강암 절단면의 거칠기는 평균적인 돌기의 각도(거칠기 면의 수평면에 대한 각도)를 rough(15。), medium(10°), smooth(5。)로 모사하였다. 이러한 평균 각도는 국내의 현장 타설 말뚝에서 직접 측정하여 분석한 거칠기 분류(rough, medium, smooth)를 참고(이명환 등, 2003)하였다.
따라서 본 연구에서 전단시험의 경계조건은 국내 현장 타설 말뚝의 평균조건을 고려하여 초기 수직응력 (initial normal stress; INS)은 250kPa로 고정하고, CNS는 평균 값 320kPa/mm를 기준으로 100kPa/mm와 960kPa/mm로 변화시켜 적용하였다.
각각의 시험 조건은 표 1과 같은데 전체적으로 시험 조건은 암석의 일축 압축강도에 따라 3부류로 구분할 수 있다. 표 1에서와 같이 전반적인 시험결과의 경향이 유사하므로 여기에서는 첫 번째 부류(일축 압축 강도M 26MPa)의 시험결과에 대해서만 고찰하였다. 상세한 시험 결과는 파일테크 등(2002)을 참고할 수 있다.
현장에서 채취한 화강암 편을 국내 현장타설말뚝 굴착공 벽의 거칠기 특성을 반영하여 절단 한 후 콘크리트를 타설해 만든 15개의 시편에 대해 CNS 전단 시험을 실시함으로써 화강암에 근입된 현장타설말뚝의 전단 거동을 분석해 본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
따라서 실험에 이용될 암의 강도는 콘크리트의 강도, 36MPa을 기준으로 3종류(26MPa 이흐h 26MPa 이상 36MPa 이화, 36MPa 이상)로 구분하였다. 실험에 이용된 암은 자연 상태에서 코아링(coring)된 화강암으로 선산과 광주 지역에서 채취한 암석이며 이들에 대해 일축압축강도와 필요한 물성시험을 수행하였다.
본 연구에서는 총 15개의 CNS 전단시험이 실시되었다. 각각의 시험 조건은 표 1과 같은데 전체적으로 시험 조건은 암석의 일축 압축강도에 따라 3부류로 구분할 수 있다.
대상 데이터
그동안 Pells 등(1980), Horvath 등(1983), Kulhawy 등(1993), Seidel 등(2001), Gu(2001), 이명환 등(2003)등 여러 연구에서 현장타설말뚝의 암반근입부의 거칠기에 대한 측정 및 분석이 이루어졌으며 이들 결과의 대부분은 암반 근입부의 거칠기는 변화가 매우 크고, 거칠기 정도는 전단저항력의 영향에 매우 중요하다는 결론에 이르고 있다. 따라서 본 논문에서는 CNS 전단 시험시 국내 현장 타설 말뚝의 거칠기 특성을 반영하기 위하여 국내 여러 현장에서 거칠기 형상을 조사하여 통계분석한 자료(이명환 등, 2003)를 CNS 전단시험에 이용하였다.
분리형 전단 박스는 각각 암과 콘크리트를 설치할 수 있도록 되어있고, 이의 크기는 600mmx200mm, 높이는 135mm이다. 하부상자의 깊이는 60mm로 콘크리트를 설치하고, 상부상자는 50mm로 암석시료를 설치하도록 고안되었다.
전술한 강도 수준 및 거칠기 조건에 시험 경계 조건을 고려하여 최종적으로 CNS 전단시험의 경우의 수를 총 15개로 선정하였다. 이들 시편에 대한 공학적 특성을 표 1에 요약하였다.
이들 시편에 대한 공학적 특성을 표 1에 요약하였다. 국내의 여러 지역에서 많은 암 편을 준비하여 이 중 적절한 시편을 시험 시편으로 최종 선정하였기 때문에 물성 시험은 강도 그룹 위주로 실시하였다. 표 2에는 시험에 이용된 15개 시편의 CNS 전단 시험 조건을 나타내었다.
이론/모형
이러한 평균 각도는 국내의 현장 타설 말뚝에서 직접 측정하여 분석한 거칠기 분류(rough, medium, smooth)를 참고(이명환 등, 2003)하였다. 평균각도를 기준으로 현의 단위길이(chord length)를 16mm로 설정한 후 Seidel(1993)의 방법에 따라 거칠기의 단면을 생성한 후 절단하여 시험에 이용하였다. 그림 4는 시험에 적용된 거칠기의 단면을 보여주고 있다.
성능/효과
1) 시편의 크기는 길이 600mm, 너비 200mm, 높이 135 nun까지 조립할 수 있다.
4) 단상 및 주기적인 하중과 변위의 작동이 가능하다.
5) 수직응력에 대한 하중조절을 위해전단 변위에에 따른 강성도의 조정이 자동적으로 이루어진다.
6) 전단 하중의 자동조절 장치는 변위 제어 및 하중 제어가 가능하다. 본 시험은 변위 제어 방식(0.
(1) 암의 거칠기 단면이 불규칙한 형태이고, 암코아의 단면에 미세 균열을 포함하고 있어 전단 거동 자체가 규칙적인 단면(regular proHle)에서와 같은 분명하지는 않았지만 전체적인 경향은 일관된 흐름을 주고 있었다. 이러한 현상은 오히려 현장 조건을 나타낸다고 할 수 있다.
(2) 화강암 시편의 일정 수직 강성도(CNS) 전단시험 결과, 첨두 전단 강도는 요철부의 경사각이 증가할수록, 그리고 CNS가 증가할수록 증가하고, 또한 요철부의 평균경사각과 CNS가 클수록 파괴 시 전단 응력과 수직응력 이 커지는 것으로 나타나 암반에 근입된 현장 타설 말뚝의 전단거동을 이해할 수 있었다.
(3) 현장타설 말뚝의 전단거동에 중요한 역할을 하는 전단 변위에 따라 팽창 현상 및 이에 따른 수직 응력의 증가 현상을 관찰할 수 있었으며, 이로 인한 전단 거동은 암반사면의 전단거동과 차이가 있음을 알 수 있었다. 일반적으로 팽창 현상은 요철부의 각도가 클수록 CNS 가 작을수록 크게 나타났다.
후속연구
그러나 이 설계법은 호주 멜번(Melboume)의모나쉬 대힉fMonash University) 연구팀에서 지난 20여 년간 멜번의 주요 기반암인 이 암(일축압축강도 2MPa~ 15MBa)을 대상으로 연구 개발된 방법으로, 국내에서 이를 실용화시키기 위해서는 대상 암반보다 강도가 비교적 크고 암종이 다른 국내 주요 기반암(화강암 또는 화강 편마암 등)에 대한 적용성 연구가 필요하다.
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