형상비 및 지반특성에 따른 교대 강관파일의 변위특성에 대한 해석적 연구 Analytical Investigation on the Deflection Characteristics of Steel Piles in Bridge Abutment for Aspect Ratio and Ground Properties원문보기
연약지반에서 측방 유동에 의해 주변 지반에 큰 변형을 일으키며 이로 인하여 말뚝기초에 손상을 입히게 된다. 이러한 경우 설치된 말뚝을 수동말뚝이라 하며 편재하중이 작용하게 되고 이로 인해 측방토압을 받게 되며 측방변위가 발생하여 상부구조물에 영향을 미치게 된다. 그러나 국내의 경우 이러한 말뚝과 교대 변위간의 관계에 대한 예측 및 메커니즘에 대한 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 교대이동에 대한 해석을 위해 입체, 판 및 프레임 요소를 복합적으로 해석할 수 있는 연성 3차원 유한요소해석 프로그램을 개발하였다. 개발된 연성해석 프로그램을 이용하여 연약지반상 형상비(두께-지름비, t/D비)를 변수로 한 교대강관파일의 변형특성을 명확히 하였다.
연약지반에서 측방 유동에 의해 주변 지반에 큰 변형을 일으키며 이로 인하여 말뚝기초에 손상을 입히게 된다. 이러한 경우 설치된 말뚝을 수동말뚝이라 하며 편재하중이 작용하게 되고 이로 인해 측방토압을 받게 되며 측방변위가 발생하여 상부구조물에 영향을 미치게 된다. 그러나 국내의 경우 이러한 말뚝과 교대 변위간의 관계에 대한 예측 및 메커니즘에 대한 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 교대이동에 대한 해석을 위해 입체, 판 및 프레임 요소를 복합적으로 해석할 수 있는 연성 3차원 유한요소해석 프로그램을 개발하였다. 개발된 연성해석 프로그램을 이용하여 연약지반상 형상비(두께-지름비, t/D비)를 변수로 한 교대강관파일의 변형특성을 명확히 하였다.
The surrounding ground was much transformed by the lateral movement on the soft ground, and consequently the stake basis was damaged. In this case the installed stake is ratted the passive stake, and is actively being researched. When the unevenly distributed load was applied on the stake, and thus ...
The surrounding ground was much transformed by the lateral movement on the soft ground, and consequently the stake basis was damaged. In this case the installed stake is ratted the passive stake, and is actively being researched. When the unevenly distributed load was applied on the stake, and thus the lateral ground pressure was operated, and then the lateral movement was occurred, and consequently the structure is influenced. However, prediction and mechanism for the relationship of piles and abutment deformation is not sufficient. In this paper, coupled three-dimensional finite element analysis, which can be described solid, plate and frame elements at the same time, is developed by the authors. The lateral movement of bridge abutment for the aspect ratio of steel piles on soft clay is clarified by using developed numerical analysis.
The surrounding ground was much transformed by the lateral movement on the soft ground, and consequently the stake basis was damaged. In this case the installed stake is ratted the passive stake, and is actively being researched. When the unevenly distributed load was applied on the stake, and thus the lateral ground pressure was operated, and then the lateral movement was occurred, and consequently the structure is influenced. However, prediction and mechanism for the relationship of piles and abutment deformation is not sufficient. In this paper, coupled three-dimensional finite element analysis, which can be described solid, plate and frame elements at the same time, is developed by the authors. The lateral movement of bridge abutment for the aspect ratio of steel piles on soft clay is clarified by using developed numerical analysis.
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문제 정의
즉, 외력을 받고 있는 교대, 강관파일 및 지반을 동시에 구현할 수 있는 연성해석(Coupled analysis)방법이 요구된다.肅刀 본 연구에서는 지반과 교대, 강관파일을 동시에 고려할 수 있는 3차원 탄소성 유한요소 해석기법을 개발하였다. 그리고 개발된 해석기법을 이용하여 연약지반상 교대 강관파일의 변형특성을 해석하였다.
가설 설정
<그림l(c)>는 해석 대상인 강관파일의 제원을 보이고 있다. 하중조건은 지반 속의 말뚝에 작용하는 측방토압, 상판의 자중, 배면 토압 및 자중이 교대에 측면에서 작용한 것을 가정하였다. 해석시 강관파일에 작용하는 측방토압은 다음 식(1)과 식(2)를 이용하여 산정하였다.
제안 방법
肅刀 본 연구에서는 지반과 교대, 강관파일을 동시에 고려할 수 있는 3차원 탄소성 유한요소 해석기법을 개발하였다. 그리고 개발된 해석기법을 이용하여 연약지반상 교대 강관파일의 변형특성을 해석하였다. 또한, 형상비인 두께-외경비 (t/D) 및 연약지반의 종류에 따른 강관파일의 변형특성을 명확히 파악하였다.
해석시 강관파일은 3차원 프레임 요소를 사용하여 모델링 하였다. 그리고 교대와 지반은 20절점 입체요소를 적용하여 해석을 수행하였다. 해석모델의 요소분할은<그림 2>에 나타내었다.
그리고 개발된 해석기법을 이용하여 연약지반상 교대 강관파일의 변형특성을 해석하였다. 또한, 형상비인 두께-외경비 (t/D) 및 연약지반의 종류에 따른 강관파일의 변형특성을 명확히 파악하였다.
또한, 형상비인 두께-외경비(t/D) 및 연약지반의 종류에 따른 강관파일의 변형특성을 명확히 파악하였으며 그 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 지반과 구조물을 동시에 고려할 수 있는 연성 3차원 탄소성 유한요소 해석기법을 이용하여 연약지반상 교대 강관파일의 변형 특성을 해석하였다. 또한, 형상비인 두께-외경비(t/D) 및 연약지반의 종류에 따른 강관파일의 변형특성을 명확히 파악하였으며 그 결과는 다음과 같다.
해석모델의 요소분할은<그림 2>에 나타내었다.<그림 2>에 보인바와 같이 3차원 프레임요소 및 입체요소를 적용하여 모델링하였으며 해석시 경계조건은 지반 및 강관파일 하단을 고정하였다.<표 2>는 해석모델의 경계조건을 나타내고 있다.
연약지반은 Soft clay, Midium clay 및 Hard clay로 구분하여 해석을 수행하였으며 해석시 각 지반에 따른 제성질은에 보인바와 같다.
사용하였다. 해석시 강관파일은 3차원 프레임 요소를 사용하여 모델링 하였다. 그리고 교대와 지반은 20절점 입체요소를 적용하여 해석을 수행하였다.
대상 데이터
본 연구에서는에 보이는 바와 같이 교량의 교대와 강관파일, 연약지반을 대상으로 해석을 수행하였다.
이론/모형
강관파일 해석시 저자에 의해 개발된 연성 해석프로그램을 사용하였다. 해석시 강관파일은 3차원 프레임 요소를 사용하여 모델링 하였다.
성능/효과
그리고 t/D비가 증가함에 따라 변위량은 점차 증가함을 알 수 있으며 감소비는에 보이는 바와 같이 약 3% 정도임을 알 수 있다.
나타내고 있다. 해석결과 Soft clay에서 최대변형이 발생하였으며 Hard clay에서 변형량이 상대적으로 최소임을 알 수 있다. 그러나 t/D 비가 증가함에 따라 Soft clay는 급속히 최대 변위 량이 감소하였으나 Medium 및 Hard clay의 변위 감소량을 상대적으로 낮음을 알 수 있다.
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