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[국내논문] 다층지반에 근입된 수평재하 말뚝의 회전거동 분석
Analysis of the Rotational Behavior of Piles under Lateral Loading Installed in Multi Layered Soil 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.25 no.1, 2009년, pp.55 - 64  

강병준 (연세대학교 토목환경공학과) ,  경두현 (연세대학교 토목환경공학과) ,  홍정무 (연세대학교 토목환경공학과) ,  이준환 (연세대학교 토목환경공학과)

초록
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수평하중에 대한 지지력의 발휘는 말뚝의 주요 용도 중 하나이며, 최근 초고층 건물, 송전탑, 풍력발전기 등 수평하중이 지배적인 구조물의 증가로 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Broms(1964) 이후 많은 연구자들이 수평방향 지지력 산정을 위한 방법들을 제안하여 왔으나, 각 방법별로 서로 다른 토압분포와 수평토압계수를 가정하여 설계자로 하여금 혼란을 가져을 여지를 갖고 있다. 수평지지력 산정에 주요 요소가 되는 수평토압계수는 수평하증에 의한 말뚝의 회전 거동에 영향을 받는다. Prasad와 Chari(1999)는 말뚝의 회전점을 가정하여 극한지지력을 산정하는 식을 제안하였다. 본 연구에서는 균일지반과 다층지반의 모두에서 말뚝의 회전점을 측정하였으적, 기존의 연구 결과와 비교하였다. 실험 결과 회전점 측정값과Prasad와 Chari(1999)의 예측값이 잘 일치하였으며 다층지반은 회전점의 위치를 변하게 하는 요소로 작용하는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

One of the important use of piles is to furnish lateral support and nowadays it is getting highlighted due to the increase of skyscrapers, transmission towers, wind turbines, and other lateral action dependent structures. After Broms (1964), many researchers have suggested methods for estimating lat...

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문제 정의

  • Broms에 의한 극한수평토압의 분포는 그림 1(a)와 같이 삼각형 형태로 나타나고 말뚝 선단부에 집중하중이 작용하는 것으로 가정된다. 이에 반해 Petrasovits와 Award(1972) 그리고 Meyerhof 등(1981)은 수평 하중이 작용할 때 말뚝 선단부로부터 일정 깊이 위에 회전점 가정함으로써(각 그림 1(b), (c)) 회전점 이하에서는 극한 수평토압의 역전현상이 발생한다고 간주하여 보다 실질적인 토압분포를 고려하고자 하였다. 그림 1(e)와 같이 Prasad와 Chari(1999)는 말뚝의 회전점의 깊이 a를 말뚝의 길이와 하중작용거리에 의한 다음 식으로 제안하였다.
  • 그러나 지금까지 수행된 대부분의 기존 연구들은 그 대상이 모두 균일지층 내에서의 말뚝의 거동에 국한되어 있으며, 지층 조건의 영향은 고려되어 있지 않다. 이에 본 연구에서는 다층지반조건을 고려한 모형토조실험을 통해 수평 하중에 따른 말뚝의 회전점 형성 위치를 분석하고 기존연구와 비교하고자 한다. 이를 위해 말뚝이 근입되는 모형지반을 세 층으로 나누어 각각 상이한 지반조건을 구현하였으며, 이에 따른 다층지반조건이 말뚝의 회전 점에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고자 한다.
  • 본 연구에서는 수평하중을 받는 말뚝의 수평거동 및 회전 점 분석을 위해 모형말뚝을 이용한 모형토조시험을 수행하였다. 실험에 사용된 토조는 직경 77cm, 높이 121cm이며 모형 지반이 조성되는 용기와 일정한 조건하에서 용기 내부에 건조 모래를 낙하시켜 모형지반을 조성하는 강사장치로 구성되어 있다.

가설 설정

  • 극한 수평지지력 방법은 말뚝이 관입된 해당지반의 수평토 압계수와 깊이별 유효연직응력의 관계로부터 극한상태 에서의 말뚝의 수평지지력을 산정한다. 따라서 말뚝에 수평하중이 작용할 때 발생되는 극한수평토압의 깊이 별 분포는 말뚝의 수평변위가 주변지반의 수동상태를 발생시키기에 충분하다는 가정하에 정의된다.
  • 그림 1(a)와 같이 삼각형 형태로 나타나고 말뚝 선단부에 집중하중이 작용하는 것으로 가정된다. 이에 반해 Petrasovits와 Award(1972) 그리고 Meyerhof 등(1981)은 수평 하중이 작용할 때 말뚝 선단부로부터 일정 깊이 위에 회전점 가정함으로써(각 그림 1(b), (c)) 회전점 이하에서는 극한 수평토압의 역전현상이 발생한다고 간주하여 보다 실질적인 토압분포를 고려하고자 하였다.
  • e와 a는 앞식 (1)에서와 같이 각각 하중작용거리와 지표면으로부터 말뚝 회전점까지의 거리이다. 이러한 과정은 수평 하중에 의한 말뚝 자체의 변형률이 미소하다는 가정하에 성립할 수 있다. 따라서 이러한 가정사항의 타당성을 분석하기 위해 MeyerhoR1995)가 제안한 상대강성비를 적용하여 말뚝의 강성체 거동 여부를 비교.
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참고문헌 (11)

  1. Broms, B. (1964), "Lateral resistance of piles in cohesive soils",Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol.90, (4), pp.27-63 

  2. GAI Consultant Inc. (1982), "Laterally loaded drilled pier research Vol.2", Research documentation GAI Report EL-2197, Research project 1280-1, California 

  3. Haldar, A., Chari, T. R., and Prasad, Y. V. S. N. (1997), "Experimental and analytical investigation of directly embedded steel pile foundation", Canadian Electricity Association, Montreal, Que., Research report CEA384T971 

  4. Lee, J. H., Paik, K. H., Kim, D. H. (2008), "Estimation of ultimate lateral load capacity of piles in sands", Geotechnique, (accepted) 

  5. Matlock, H., and Ripperger, E.A. (1956), "Procedures and instrumentation for tests on a laterally loaded pile", In Proceedings of the 8th Texas Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Bureau of Engineering Research, University of Texas, Special Publication 29, pp.1-39 

  6. Meyerhof, G. G. Mathur, S. K., and Valsangkar, A. J. (1981), "Lateral resistance and deflection of rigid wall and piles in layered soils", Canadian Geotechnical Journal, Vol.18 (2), pp.159-170 

  7. Meyerhof, G. G. (1995), "Behavior of pile foundations under special loading conditions: 1994 R. M. Hardy keynote address", Canadian Geotechnical Journal, Vol.32 (2), pp.204-222 

  8. Parkin, A. K. and Lunne, T. (1982), "Boundary effect in the laboratory calibration of a cone penetrometer for sand", Proc. of the 2nd European Symposium on Penetration Testing, Amsterdam, pp.761-768 

  9. Petrasovits, G. and Award, A. (1972), "Ultimate lateral resistance of a rigid pile in cohesionless soil", Proc. of 5th European Conf. on SMEF, Vol.3, pp.407-412 

  10. Prasad, Y. V. S. and Chari, T. R. (1999), "Lateral capacity of model rigid piles in cohesionless soils", Soils and Foundations, Vol.39 (2), pp.21-29 

  11. Zhang. L., Silva, F., and Grismala, R. (2005), "Ultimate lateral resistance to pile in cohesionless soils", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol.131 (1), pp.78-83 

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