본 연구에서는 수평하중을 받는 말뚝을 대상으로 응력상태에 따른 극한수평지지력의 변화추이를 분석하였으며, 이를 토대로 다양한 응력상태를 고려할 수 있는 극한수평지지력의 평가방법을 제안하였다. 이를 통해 기존의 수평지지력 평가방법에 있어 제한되었던 응력효과의 고려가 가능하게 되었으며, 지반조건 및 시공조건 등에 따른 지반응력 변화를 보다 효과적으로 반영할 수 있을 것으로 판단된다. 이를 위해 모래질 지반을 대상으로 모형토조에서 수행된 말뚝의 수평재하시험결과가 사용되었으며, 토조실험에는 다양한 범위의 응력상태가 고려되었다. 분석결과, 말뚝의 극한수평지지력은 수직응력 및 수평응력 모두에 영향을 받는 것으로 나타났으나, 수평응력에 따라 더욱 민감하게 변화하고 있음을 알 수 있었다. 극한수평지지지력이 발휘되는 변위량의 수준은 지반조건에 따라 달랐으며, 상대밀도가 50%범위에서는 상대변위량 14%내외, 86%내외에서는 18-25%정도의 상대변위량을 나타내었다. 본 연구결과에 근거하여 극한수평지지력 평가를 위한 수평토압보정계수가 제안되었으며, 제안된 평가법에 의한 예측치는 다양한 응력조건에 대해 실측치와 유사한 결과를 나타내었다.
본 연구에서는 수평하중을 받는 말뚝을 대상으로 응력상태에 따른 극한수평지지력의 변화추이를 분석하였으며, 이를 토대로 다양한 응력상태를 고려할 수 있는 극한수평지지력의 평가방법을 제안하였다. 이를 통해 기존의 수평지지력 평가방법에 있어 제한되었던 응력효과의 고려가 가능하게 되었으며, 지반조건 및 시공조건 등에 따른 지반응력 변화를 보다 효과적으로 반영할 수 있을 것으로 판단된다. 이를 위해 모래질 지반을 대상으로 모형토조에서 수행된 말뚝의 수평재하시험결과가 사용되었으며, 토조실험에는 다양한 범위의 응력상태가 고려되었다. 분석결과, 말뚝의 극한수평지지력은 수직응력 및 수평응력 모두에 영향을 받는 것으로 나타났으나, 수평응력에 따라 더욱 민감하게 변화하고 있음을 알 수 있었다. 극한수평지지지력이 발휘되는 변위량의 수준은 지반조건에 따라 달랐으며, 상대밀도가 50%범위에서는 상대변위량 14%내외, 86%내외에서는 18-25%정도의 상대변위량을 나타내었다. 본 연구결과에 근거하여 극한수평지지력 평가를 위한 수평토압보정계수가 제안되었으며, 제안된 평가법에 의한 예측치는 다양한 응력조건에 대해 실측치와 유사한 결과를 나타내었다.
In this study, ultimate lateral load capacity of piles is analyzed with consideration of lateral stress effect. Based on results obtained in this study, a method for the estimation of ultimate lateral load capacity is proposed. This makes it possible to more realistically estimate the ultimate later...
In this study, ultimate lateral load capacity of piles is analyzed with consideration of lateral stress effect. Based on results obtained in this study, a method for the estimation of ultimate lateral load capacity is proposed. This makes it possible to more realistically estimate the ultimate lateral load capacity under various stress states caused by in-situ soil condition and pile installation process. Calibration chamber test results with various soil conditions were used in the analysis. From the test results, it was found that effect of the lateral stress was greater than that of the vertical stress on the ultimate lateral load capacity of piles. It was also found that, as the relative density increases, displacements required to reach the ultimate state increases, showing relative displacements of around 14% and 18-25% for $D_R$ : 55% and 86%, respectively. Based on results obtained in this study, a methodology for the estimation of ultimate lateral load capacity of piles using correction factors was proposed. Results from proposed method matched well measured results.
In this study, ultimate lateral load capacity of piles is analyzed with consideration of lateral stress effect. Based on results obtained in this study, a method for the estimation of ultimate lateral load capacity is proposed. This makes it possible to more realistically estimate the ultimate lateral load capacity under various stress states caused by in-situ soil condition and pile installation process. Calibration chamber test results with various soil conditions were used in the analysis. From the test results, it was found that effect of the lateral stress was greater than that of the vertical stress on the ultimate lateral load capacity of piles. It was also found that, as the relative density increases, displacements required to reach the ultimate state increases, showing relative displacements of around 14% and 18-25% for $D_R$ : 55% and 86%, respectively. Based on results obtained in this study, a methodology for the estimation of ultimate lateral load capacity of piles using correction factors was proposed. Results from proposed method matched well measured results.
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문제 정의
그러나 실제의 경우, 지반응력은 다양한 상태로 존재할 수 있으며, 말뚝의 시공과정 또한 지반응력의 상당한 변화를 가져올 수 있으므로 이에 대한 분석이 요구되고 있다. 본 연구에서는 앞서 서술된 연구배경 하에 사질토 지반대상으로 말뚝의 수평지지력에 미치는 응력 상태의 영향을 분석하고자 하며, 수정된 극한수평지지력 평가 방법을 제안하고자 한다. 이와 관련된 선행연구로서 현장 타설 말뚝을 모사한 모형말뚝 및 가압토조를 이용한 수평 재하실험이 수행된 바 있으며(이준환 등 2007), 본 연구는 선행연구결과를 바탕으로 극한수평지지력 및 변위량 분석과 새로운 평가방법 등으로 구성되어 있다.
본 연구에서는 토조실험을 이용한 말뚝의 수평재하시험 결과를 통해 응력상태에 따른 극한수평지지력의 변화를 분석하였으며, 이를 고려한 지지력평가방법을 제안하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결론은 다음과 같다.
본 절에서는 재하시험을 통해 얻어진 극한수평지지력과 이에 상응하는 변위량을 통해 수평하중하의 극한변위량의 발휘특성을 보다 구체적으로 분석하고자 한다. 재하시험 별 얻어진 극한수평지지력과 함께 각각의 경우에 있어 발생된 극한변위량h)은 표 1에 나타나 있다.
실험 및 기본결과에 대한 세부적인 사항은 이준환 등(2007)에 나타나 있으므로, 본 절에서는 재하시험의 개요 및 지지력평가를 위한 핵심결과만을 나타내고자 한다. 시험에 사용된 가압토조는 직경 77cm, 높이 121cm이며, 내부에는 공기압을 통해 수직 및 수평토압의 독립적인 적용이 가능한 멤브레인이 부착되도록 하였다.
가설 설정
말뚝에 수평하중이 작용할 때 발생되는 극한 수평 토압의 깊이별 분포는 말뚝의 수평변위가 주변지반의 수동상태를 발생시키기에 충분하다는 가정하에 정의되며, 이 경우 말뚝 회전점의 위치에 따라 변화하게 된다. 말뚝의 강성 또한 극한수평지지 력을 결정짓는 중요한 요소 중 하나이다.
제안 방법
70cm이다. 모형말뚝의 변형률을 측정하기 위해서 말뚝의 전면과 후면에 변형률 게이지를 대칭으로 부착하였다. 수평재하 장치는 토조 상단면에서 10cm 위에 자체 제작된 버팀보와 함께 설치되었으며, 유압잭과 로드셀로서 구성되었다 그림 2는 실험에 사용된 토조 및 재하장치를 보여주고 있다.
본 연구결과에 근거하여, 극한수평지지력에 대한 수평 응력의 효과를 반영하기 위해 다음과 같은 수평 응력 보정계수를 도입하였다.
모형지반 조성을 위해 주문진 표준사가 이용되었으며, 강사장치를 통해 목표로 하는 임의의 상대 밀도를 조절할 수 있도록 하였다. 본 연구에서는 대표적인 기초지반 조건으로서 조밀한 상태 및 중간상태의 상대 밀도를 선택하였으며, 상대밀도 86%와 55%이 실험에 적용되었다.
본 연구의 주안점인 응력상태에 따른 수평 지지력의 변화를 살펴보기 위해 다양한 지반응력상태 및 토압 계수가 모형토조시험에 적용되었다. 적용된 응력 조건은 초기 수직 응력(S = 57, 100, 150kPa) 및 초기수평응력(功 = 40, 70, lOOkPa) 의 조합에 따라 6가지 경우이며, 적용된 토압계수Ko는 0.
서론에서 언급된 바와 같이 본 연구의 선행연구로서 가압토조 및 모형말뚝을 이용한 수평재하시험이 실시되었다. 실험 및 기본결과에 대한 세부적인 사항은 이준환 등(2007)에 나타나 있으므로, 본 절에서는 재하시험의 개요 및 지지력평가를 위한 핵심결과만을 나타내고자 한다.
본 연구에서는 앞서 서술된 연구배경 하에 사질토 지반대상으로 말뚝의 수평지지력에 미치는 응력 상태의 영향을 분석하고자 하며, 수정된 극한수평지지력 평가 방법을 제안하고자 한다. 이와 관련된 선행연구로서 현장 타설 말뚝을 모사한 모형말뚝 및 가압토조를 이용한 수평 재하실험이 수행된 바 있으며(이준환 등 2007), 본 연구는 선행연구결과를 바탕으로 극한수평지지력 및 변위량 분석과 새로운 평가방법 등으로 구성되어 있다.
모형토조시험에 적용되었다. 적용된 응력 조건은 초기 수직 응력(S = 57, 100, 150kPa) 및 초기수평응력(功 = 40, 70, lOOkPa) 의 조합에 따라 6가지 경우이며, 적용된 토압계수Ko는 0.25, 0.4, 0.7, 1.0 이 사용되었다.
대상 데이터
실험 및 기본결과에 대한 세부적인 사항은 이준환 등(2007)에 나타나 있으므로, 본 절에서는 재하시험의 개요 및 지지력평가를 위한 핵심결과만을 나타내고자 한다. 시험에 사용된 가압토조는 직경 77cm, 높이 121cm이며, 내부에는 공기압을 통해 수직 및 수평토압의 독립적인 적용이 가능한 멤브레인이 부착되도록 하였다. 모형지반 조성을 위해 주문진 표준사가 이용되었으며, 강사장치를 통해 목표로 하는 임의의 상대 밀도를 조절할 수 있도록 하였다.
토조실험에 사용된 모형말뚝은 직경 6cm 이며 길이는 90cm이나 말뚝의 실질적인 근입깊이는 70cm이다. 모형말뚝의 변형률을 측정하기 위해서 말뚝의 전면과 후면에 변형률 게이지를 대칭으로 부착하였다.
이론/모형
본 연구에서는 극한수평지지력 평가를 위해 Meyerhof et al.(1981)의 방법을 적용하였다. Meyerhof et al.
및 예측값을 나타내고 있다. 예측값을 위해서는 실무에서 보편적으로 사용되어온 Broms( 1964)방법과 더불에 5rasad and Chari(1999) 방법이 채택되어 비교분석에 사용되었다. 그림 5(a)의 경우, 수평응력 40kPa일때 수직 응력의 변화에 따른 극한수평지지력의 변화추이를 나타내고 있다.
성능/효과
(1) 말뚝의 극한수평지지력은 수직응력 및 수평응력 모두에 영향을 받는 것으로 나타났으나, 수평 응력이 변화에 따라 더욱 민감하게 변화하고 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 다양한 범위의 토압 계수를 사용하여 수행된 토조실험결과를 통해 얻을 수 있었으며, 상대밀도와 더불어 수평응력 또한 수평 말뚝설계에 고려되어야 할 중요한 요소임을 알 수 있었다.
(2) 극한수평지지지력이 발휘되는 변위량의 수준은 지반 조건에 따라 달랐으며, 상대밀도가 50% 범위에서는 상대변위량 11%내외, 86%내외에서는 15-20% 정도의 상대변위량을 나타내었다. 이러한 결과는 상대 밀도가 증가할수록 극한상태에 도달되는 말뚝 변위량 또한 증가함을 나타내고 있다.
(3) 기존의 극한수평지지력 평가방법은 정규 압밀 상태에서의 토압계수 값인 040.5범위에서는 실측치와 비교적 부합되는 결과를 나타내고 있었으나, 이외의 범위에서는 과소 혹은 과다평가의 결과를 나타내었다.
(4) 본 연구결과에 근거하여 극한수평지지력 평가를 위한 수평토압보정계수가 제안되었으며, 제안된 평가법에 의한 예측치는 다양한 응력조건에 대해 실측치와 유사한 결과를 나타내었다.
그림 5(b)의 경우, 수직응력이 lOOkPa일 때 수평 응력의 변화에 대한 극한수평지지력의 변화량을 나타내고 있다. 본 연구에서 적용된 2 가지 평가방법 모두 수평 응력의 변화량은 고려되어 있지 않기 때문에 예측치는 수평 응력과 무관하게 일정한 값을 나타내고 있으나, 실측치의 경우 수평응력이 증가함에 따라 지지력도 함께 증가함을 나타내고 있다.
이러한 결과는 다양한 범위의 토압 계수를 사용하여 수행된 토조실험결과를 통해 얻을 수 있었으며, 상대밀도와 더불어 수평응력 또한 수평 말뚝설계에 고려되어야 할 중요한 요소임을 알 수 있었다.
4)를 기준으로 상대밀도 86%에서의 값보다도 작은 변위량을 나타내고 있다. 표 1의 결과에 의하면, 극한변위량은 상대밀도와 토압 계수의 영향을 크게 받는 것으로 관찰되고 있으며 상대 밀도와 토압계수가 증가할수록 극한수평지지력 발휘에 요구되는 변위량은 증가하는 것으로 나타나고 있다. 일반적으로 역학적 의미에서의 극한상태는 응력이 기준이 되며 변위량은 고려되지 않고 있으나, 본 연구에서 얻어진 결과에 의하면 상대밀도와 토압계수가 작을 경우 극한상태에서의 변위량도 허용변위량 함께 설계에 고려되어야 함을 의미하고 있다.
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