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수평재하에 따른 복합말뚝의 거동분석
Analysis of Composite Pile Behavior under Lateral Loadings 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.13 no.3, 2012년, pp.1396 - 1404  

황택진 (동의대학교 토목공학과)

초록
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복합말뚝은 서로 다른 재질을 사용하여 말뚝을 구성하는 말뚝으로 상부는 강관말뚝 하부는 콘크리트 말뚝으로 구성된 말뚝을 선 굴착 공법으로 시공하였다. 말뚝에는 7쌍의 변형률계와 경사계를 설치하여 말뚝의 수평재하시험 중 말뚝에 작용하는 응력과 변위를 측정하였다. 측정된 계측치는 여러 가지 이론적 공식을 이용하여 분석 비교하는 역 해석을 수행하였다. 분석결과 공식들로부터 예측한 말뚝에 작용하는 응력은 실제 측정된 값보다 크게 평가 되었으며, 말뚝상부에 응력이 크게 측정되다가 말뚝깊이에 따라 급격하게 감소하는 경향을 보였다. 측정된 응력은 모두 말뚝재질의 응력을 초과 하지 않아 복합말뚝의 설계개념을 검증할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A composite pile consisted of a concrete lower part with a steel tubular pile at upper part was installed by pre-drilling method. Seven pairs of strain gauges and inclinometer were attached on the pile in order to measure stresses and displacement along the pile during the lateral loading test. The ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 국내에 적용되고 있는 상부의 강관 말뚝과 하부의 기성콘크리트 말뚝으로 구성되어 있는 복합말뚝에 대한 수평거동을 파악하기 위하여 현장수평재하 시험을 수행하였다. 재하시험 수행 중 말뚝의 거동을 파악하기 위하여 말뚝 본체에 일정한 간격으로 변형률계를 설치하였고 수평재하 시험 시 말뚝의 깊이에 따른 수평변위을 파악하기 위하여 말뚝에 경사계를 설치하였다.

가설 설정

  • 말뚝을 탄성지반에 지지한 보(Beam)라고 가정한 극한 지반반력법에서 지반의 대표적인 물성치인 수평지반반력계수가 전체지반에 일정한 것으로 가정하여 해를 구하였다. 적용되는 수평지반반력계수는 도로설계기준 해설(2008)에 제시 되어있는 방법 중 지반의 변형계수로부터 산정하였다.
  • 상부지반의 표준 관입치를 15로 가정하여 구한 수평지반반력계수는 2.55kg/cm3 이다.
  • 그림 8은 수평재하 시험을 모사한 유한요소 해석 단면이다. 지반은 탄소성으로 가정하고 말뚝은 빔(Beam)요소로 모델링하였다. 적용한 물성치는 표 3과 같다.
  • Chang 방법은 Reese 방법을 기본으로 말뚝과 지반을 균질하게 가정하여 다양한 지층으로 구성된 지층을 하나의 스프링으로 모형화 한다. 해석적 방법을 위해서는 말뚝은 단면이 일정하여야 하고, 말뚝두부가 15mm 변위가 허용 침하량으로 가정하여 말뚝의 수평 지지력을 구한다. Chang 방법은 해석적 방법이므로 말뚝 깊이에 따른 모멘트, 변위, 전단력의 분포를 계산할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
복합말뚝이란? 복합말뚝(Composite Pile)이라 함은 2개 이상의 이질의 말뚝 재료로 구성된 말뚝을 말한다. 오래전부터 항만 구조물에 적용한 복합말뚝의 형태로는 상부 콘크리트 말뚝에 수면하부의 나무 말뚝으로 연결하여 수면상부로 노출된 나무말뚝의 부식문제를 해결하기 위해 적용한바 있으며 이러한 복합말뚝의 적용은 말뚝의 기능향상 목적이 우선이지만 부수적으로 경제적인 효과도 상당히 크다[9,14].
오래전부터 항만 구조물에 적용한 복합말뚝의 형태는? 복합말뚝(Composite Pile)이라 함은 2개 이상의 이질의 말뚝 재료로 구성된 말뚝을 말한다. 오래전부터 항만 구조물에 적용한 복합말뚝의 형태로는 상부 콘크리트 말뚝에 수면하부의 나무 말뚝으로 연결하여 수면상부로 노출된 나무말뚝의 부식문제를 해결하기 위해 적용한바 있으며 이러한 복합말뚝의 적용은 말뚝의 기능향상 목적이 우선이지만 부수적으로 경제적인 효과도 상당히 크다[9,14].
Chang 방법의 해석적 방법은 어떻게 구하는가? Chang 방법은 Reese 방법을 기본으로 말뚝과 지반을 균질하게 가정하여 다양한 지층으로 구성된 지층을 하나의 스프링으로 모형화 한다. 해석적 방법을 위해서는 말뚝은 단면이 일정하여야 하고, 말뚝두부가 15mm 변위가 허용 침하량으로 가정하여 말뚝의 수평 지지력을 구한다. Chang 방법은 해석적 방법이므로 말뚝 깊이에 따른 모멘트, 변위, 전단력의 분포를 계산할 수 있다.
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참고문헌 (19)

  1. Korea Society of Civil Engineers, Road Design Basis explanations, 2008. 

  2. Korean Geotechnical Society, Foundation of Structure Design Basis, 2003. 

  3. Ishida et al, "Static Horizontal Loading Test of Steel and Concrete Composite Pile Group", Summaries of Technical Papers of Annual Meeting Architectural Institute of Japan, Architectural Institute of Japan, 2002, pp.591-598 

  4. Bhushan, K., Haley, S. C., and Fong, P. T., "Lateral Load Tests on Drilled Piers in stiff Clays", J. Geotech. Eng. Div. ASCE, Vol. 105, No. GT 8. August 1979, pp.969-985. 

  5. Bowels, J.E., "Foundation analysis and design, 4th edition", McGraw Hill Book Company, New York,1988, pp.131-143. 

  6. Brinch Hansen, J., "The Ultimate Resistance of Rigid Piles Against Transversal Forces", Danish Geotechnical Institute (Geoteknisk Institut) Bull. No.12, Copenhagen, 1961, pp.5-9 

  7. Broms, B., "The Lateral Resistance of Piles in Cohesive Soils," J. Soil Mech. Found. Div., ASCE, Vol. 90, No. SM2, March 1964a, pp.27-63. 

  8. Broms, B., "The Lateral Resistance of Piles in Cohesionless Soils," J. Soil Mech. Found. Div., ASCE, Vol. 90, No. SM3, May 1964b, pp.123-156 

  9. FHWA, Manual on Design and Construction of Driven Pile Foundation, FHWA-DP-66-1, Federal Highway Administration, Washington, DC (available at the Construction Group Library), 1986. 

  10. Hetenyi, M. Beams on Elastic Foundation. University of Michigan Press, Ann ARbor, 1946. 

  11. Matlock, H. "correlations for Design of Laterally Loaded Piles in Soft Clay," Proceeding, Offshore Technology Conference, Houston, Texas, Paper No. 1204, 1970. pp. 557-594. 

  12. Pando, M., Filz, G., Dove, J. and Hoppe, E., 2002, "Axial and Lateral Load Performance" TRB 82nd Annual Meeting in Janualry 2003 pp.61-70. 

  13. Mindlin, R.D. "Force at a Pointin the Interior of a Semi-infinite Solid," physics, Vol. 7, No. 5, May, 1936, pp. 195-202 

  14. NAVFAC Foundations and Earth Structures, Design Mannual 7.2, Department of the Navy, Alexandria, VA, May 1982. 

  15. Poulos, H.G., "Behavior of Laterally Loaded Piles: I-Single Piles," J.Soil Mech. Found. Div., ASCE, Vol. 97 No. SM 5, 1971a, pp.711-731. 

  16. Poulos, H.G., "Behavior of Laterally Loaded Piles: II-Pile Groups," J.Soil Mech. Found. Div., ASCE, Vol. 97 No. SM 5, 1971b, pp.733-751. 

  17. Poulos, H.G., "Anaysis of Pile Groups Subjected to Vertical and Horizontal Loads," Augt. Geomechanics J., Vol., G4, No. 1, 1974, pp.26-32. 

  18. Reese, L.C. and Matlock, H., "Non-dimensional Solutions for Laterally Loaded piles with Soil Modulus Assumed Proportional to Depth," Proceedings 8th Texas Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Austin, TX, 1957, pp.1-41. 

  19. Reese, L.C., Cox, W.R., and Koch, F.D. "Analysis of Laterally Loaded Piles in Sand," Proceedings, VII Annual Offshore Technology Conference, Houston, TX, Vol. 2, Paper No. 2312, 1974, pp. 473-484. 

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