선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 변단면을 가지는 단일 현장타설말뚝의 거동 특성을 평가하기 위해, 현장시험 사례 분석 및 3차원 유한요소(finite element, FE)해석을 수행하였으며, 말뚝 내의 3차원적인 발생응력을 바탕으로 수평응력을 산정하였다. 또한, 지중부 말뚝에서 발생하는 소성힌지의 위치를 변단면 부근으로 이동시키기 위해, 주요 영향인자를 고려하여 지반조건에 따른 최적 기둥-말뚝 직경비를 제안하였다.
- 본 절에서는 단일 현장타설말뚝의 변단면 거동 특성을 보다 상세히 평가하고 유한요소해석 모델링의 정확성을 검증하기 위해, 현장시험 결과와 3차원 유한요소해석(FEM)을 통한 결과를 비교분석하였다. 본 해석에서는 지반 상용 3차원 유한요소해석 프로그램인 PLAXIS 3D Foundation(Ver.
- 본 절에서는 지반-말뚝의 상호작용을 고려한 유한요소해석 프로그램인 PLAXIS를 이용하여 단일 현장타설말뚝의 기둥과 말뚝 직경이 다른 변단면 구조의 영향을 상세히 분석하고자 하였다. 본 해석에 적용된 조밀한 사질토 지반 및 말뚝 물성은 Table 2와 같다.
- 이에 본 연구에서는 변단면을 가지는 단일 현장타설말뚝의 거동 특성을 평가하기 위해, 현장시험 사례를 분석함과 동시에 말뚝과 지반의 3차원적인 상호작용을 적절히 모사할 수 있도록 일련의 3차원 유한요소(finite element, FE)해석을 수행하였으며, 이를 통해 말뚝 내의 3차원적인 발생응력을 바탕으로 수평응력을 산정하였다. 또한, 지중부에서 발생하는 소성힌지의 위치(구조적 취약부)를 지상부의 변단면 부근으로 유도함으로써 단일 현장타설말뚝의 유지보수가 용이해질 수 있는 개선된 설계법을 제시하고자, 주요 영향인자를 고려한 단일 현장타설말뚝의 최적 기둥-말뚝 직경비를 제안하였다.
- 이에 본 절에서는 최적 기둥-말뚝 직경비를 산정하여 단일 현장 타설말뚝의 최적 변단면 조건의 제시하고자 하였다. 이를 위해 지반조건(조밀한 사질토, 느슨한 사질토, 견고한 점성토, 연약한 점성토), 말뚝 세장비, 철근비 등 여러 인자를 고려하여 해석을 수행하였다.
- 따라서 말뚝의 수평거동 분석을 위해서는 말뚝 재료만을 고려한 해석이 아닌 지반-말뚝의 상호작용을 고려한 해석을 수행해야 하며, 말뚝 거동 평가 시 말뚝 재료가 파괴되는 극한상태보다 탄성거동 또는 소성거동을 보이는 단계까지를 고려하는 것이 중요하다. 이에 수치해석과 현장시험을 비교한 결과, 본 연구에서 적용한 수치해석방법은 단일 현장타설말뚝의 거동을 어느 정도 적절히 예측하고 있다고 판단되었으며, 따라서 4장에서는 PLAXIS를 이용하여 현장시험으로는 상세히 고려하기 어려웠던 단일 현장타설말뚝의 변단면에 대한 영향을 상세히 평가를 하고자 한다.
제안 방법
- (1) Response2000을 이용하여 단일 현장타설말뚝 재료의 단면 및 물성변화에 따른 moment-curvature 관계를 구하고 이를 통해 균열 모멘트를 산정한다.
- (2) FB-Multipier를 이용하여 수평하중을 받는 단일 현장타설말뚝의 각 하중에 따른 최대 휨모멘트를 산정하고, 이를 통해 하중-최대 휨모멘트 관계식을 구한다.
- (2) 단일 현장타설말뚝의 최적 기둥-말뚝 직경비(Dc.max/Dp)를 제안하기 위해, 기둥-말뚝 직경비(Dc/Dp)와 수평 균열하중비 (F/FDc=Dp)의 관계를 분석하였다. 분석 결과, 변단면에서 파괴가 일어나는 최적 기둥 직경(Dc.
- 8과 같이 3차원적인 말뚝 내 응력을 산정할 수 있다. 따라서 본연구에서의 말뚝 내 응력을 적분하는 방법을 사용하였다. 말뚝 내부의 응력은 말뚝 내 Gauss 절점에서의 발생응력을 사용하였으며, 이러한 방법을 통하여 수평하중을 받는 말뚝의 입체적인 응력을 파악할 수 있다.
- 본 해석에서는 재료의 자중을 고려한 초기 응력분포를 산정하였으며, 초기 단계(initial step)이후, 말뚝에 가해지는 수평하중은 말뚝 두부에 단계별 증가하중으로 모델링하였다. 또한 말뚝의 근입에 의한 주변지반의 응력변화나 말뚝에 발생하는 잔류 하중(residual-force) 등을 수치해석으로 해석하기 위해서는 많은 시간이 필요하므로, 본 연구에서는 말뚝의 근입효과는 고려하지 않았다.
- 시험말뚝 중, RC5~RC8 말뚝은 변단면 특성을 고려하기 위한 말뚝으로 적용되었으며, RC5와 RC6 말뚝의 기둥 직경(Dc)은 850mm로 말뚝 직경보다 작은 변단면 구조를 가지고 있다. 또한, RC7과 RC8 말뚝은 수평하중 작용 시 최대 휨모멘트가 발생하는 소성힌지 위치 (1~3Dp)에 두께 12mm(부식 2mm 고려) 및 길이 3.0m의 강관케이싱을 시공하여 소성힌지 발생지점을 지상부로 유도할 수 있도록 하였다. 이를 통하여 기둥 직경의 변화 및 강관 케이싱 보강에 따른 변단면 특성을 구현하여 단일 현장타설말뚝의 수평거동을 분석하였다.
- 본 연구에서는 변단면을 가지는 단일 현장타설말뚝의 거동 특성을 평가하기 위해, 현장시험 사례 분석 및 3차원 유한요소(finite element, FE)해석을 수행하였으며, 말뚝 내의 3차원적인 발생응력을 바탕으로 수평응력을 산정하였다. 또한, 지중부 말뚝에서 발생하는 소성힌지의 위치를 변단면 부근으로 이동시키기 위해, 주요 영향인자를 고려하여 지반조건에 따른 최적 기둥-말뚝 직경비를 제안하였다. 본 연구를 통하여 얻어진 결론은 다음과 같다.
- 이에 본 연구에서는 변단면을 가지는 단일 현장타설말뚝의 거동 특성을 평가하기 위해, 현장시험 사례를 분석함과 동시에 말뚝과 지반의 3차원적인 상호작용을 적절히 모사할 수 있도록 일련의 3차원 유한요소(finite element, FE)해석을 수행하였으며, 이를 통해 말뚝 내의 3차원적인 발생응력을 바탕으로 수평응력을 산정하였다. 또한, 지중부에서 발생하는 소성힌지의 위치(구조적 취약부)를 지상부의 변단면 부근으로 유도함으로써 단일 현장타설말뚝의 유지보수가 용이해질 수 있는 개선된 설계법을 제시하고자, 주요 영향인자를 고려한 단일 현장타설말뚝의 최적 기둥-말뚝 직경비를 제안하였다.
- 해석에 적용한 재료 정수는 대표적인 조밀한 사질토 지반 물성을 토대로 산정하였다. 말뚝과 지반 사이의 경계면(interface)에는 PLAXIS에서 제공하는 접촉요소(contact element)를 사용하여 지반과 말뚝 사이의 미끄러짐(slip behavior) 및 말뚝의 가력 반대방향에서 발생할 수 있는 인장력에 의한 지반-말뚝 분리현상(gap behavior)을 모델링하였다. 경계면의 각 요소는 3D quadrilateral 8-node 요소에 의해 구성되었다.
- 7은 해석에서 사용된 대표적인 유한요소 메쉬 및 경계조건을 보여주고 있다. 메쉬의 전체적인 크기는 말뚝의 거동이 경계면의 영향을 받지 않도록 하기 위하여, 넓이 방향은 말뚝 경계로부터 말뚝 직경(D)의 10배(10D), 깊이 방향은 말뚝 선단부로부터 말뚝 길이(L)의 0.5배(0.5L)를 적용하였다(Wallace et al., 2002). 해석에 적용된 요소(element)는 15개의 절점으로 구성된 쐐기(wedge) 요소이며, 총 절점 수는 약 17,500개이다.
- 0을, 반대의 경우는 0을 사용한다. 본 연구에서는 PLAXIS에서 제공하는 일반적인 범위의 값 (사질토 0.7, 점성토 0.5)을 적용하였다.
- 본 절에서는 Fig. 4와 같이, 인천 00지역에서 전경수 등(2009)에 의해 수행된 6본의 단일 현장타설말뚝(RC3~RC8)의 수평재하시험 사례를 토대로 변단면 단일 현장타설말뚝의 거동 특성을 분석하였다. Fig.
- 수치해석에서는 말뚝 및 지반물성을 토대로 한 초기 응력상태를 구현하기 위해 원지반 상태(initial condition)를 고려하는 것이 필요하며, 따라서 초기 평형상태(initial equilibrium state)의 산정이 매우 중요하다. 본 해석에서는 재료의 자중을 고려한 초기 응력분포를 산정하였으며, 초기 단계(initial step)이후, 말뚝에 가해지는 수평하중은 말뚝 두부에 단계별 증가하중으로 모델링하였다. 또한 말뚝의 근입에 의한 주변지반의 응력변화나 말뚝에 발생하는 잔류 하중(residual-force) 등을 수치해석으로 해석하기 위해서는 많은 시간이 필요하므로, 본 연구에서는 말뚝의 근입효과는 고려하지 않았다.
- 이를 통하여 기둥 직경의 변화 및 강관 케이싱 보강에 따른 변단면 특성을 구현하여 단일 현장타설말뚝의 수평거동을 분석하였다. 시험말뚝에 적용된 수평하중은 각 하중단계마다 15분간 지속하여 발생하는 수평변위를 확인하였으며, 이 때 수평하중의 크기는 말뚝별로 최대 300~500kN으로서 말뚝 재료의 파괴가 일어나기까지의 극한하중이 아닌 탄성거동을 넘어 소성거동이 나타나는 하중 범위까지를 적용하였다. 심부 구속철근에 대한 영향은 Fig.
- 시험말뚝에 적용된 수평하중은 각 하중단계마다 15분간 지속하여 발생하는 수평변위를 확인하였으며, 이 때 수평하중의 크기는 말뚝별로 최대 300~500kN으로서 말뚝 재료의 파괴가 일어나기까지의 극한하중이 아닌 탄성거동을 넘어 소성거동이 나타나는 하중 범위까지를 적용하였다. 심부 구속철근에 대한 영향은 Fig. 4(a)와 같이 횡방향 철근 배근간격을 달리하여 이에 따른 거동특성을 분석할 수 있도록 하였으며, 이에 RC3, RC5, RC7 말뚝의 경우 HD16을 300mm 간격으로 나선형태로 적용하였으며, RC4, RC6, RC8 말뚝은 65mm 간격으로 철근을 배근하였다. 대상 지반은 8m 깊이까지 잔류토 및 실트질 모래로 구성되어 있으며, 그 하부에는 풍화토층이 존재한다.
- 이에 본 절에서는 최적 기둥-말뚝 직경비를 산정하여 단일 현장 타설말뚝의 최적 변단면 조건의 제시하고자 하였다. 이를 위해 지반조건(조밀한 사질토, 느슨한 사질토, 견고한 점성토, 연약한 점성토), 말뚝 세장비, 철근비 등 여러 인자를 고려하여 해석을 수행하였다. 해석에 적용된 단일 현장타설말뚝은 말뚝 직경(Dp)이 2,000mm, 기둥 길이(Lc) 10m이며, 지반 및 말뚝재료 물성은 앞선 Table 2와 같다.
- 0m의 강관케이싱을 시공하여 소성힌지 발생지점을 지상부로 유도할 수 있도록 하였다. 이를 통하여 기둥 직경의 변화 및 강관 케이싱 보강에 따른 변단면 특성을 구현하여 단일 현장타설말뚝의 수평거동을 분석하였다. 시험말뚝에 적용된 수평하중은 각 하중단계마다 15분간 지속하여 발생하는 수평변위를 확인하였으며, 이 때 수평하중의 크기는 말뚝별로 최대 300~500kN으로서 말뚝 재료의 파괴가 일어나기까지의 극한하중이 아닌 탄성거동을 넘어 소성거동이 나타나는 하중 범위까지를 적용하였다.
- 해석에 적용된 요소(element)는 15개의 절점으로 구성된 쐐기(wedge) 요소이며, 총 절점 수는 약 17,500개이다. 지반과 말뚝 부근에서는 두 재료간의 큰 강성차이 및 수평하중으로 인해 전단 변형이 예상되므로 조밀한 메쉬를 사용하였고, 말뚝으로부터 거리가 멀어질수록 메쉬의 밀도를 감소시켰다. 본 유한요소해석에서 말뚝은 탄성모델(linear-elastic)을 적용하였으며, 토사층은 Mohr-Coulomb모델을 사용하였다.
- 최적 기둥-말뚝 직경비 조건을 산정하기 위해, Fig. 10과 같이 기둥-말뚝 직경비(Dc/Dp)와 수평 균열하중비(F/FDc=Dp)의 관계를 분석하였다. 이 때, F는 기둥의 직경이 감소함에 따라 변단면을 가지는 단일 현장타설말뚝의 수평 균열하중을 의미하며, FDc=Dp는기둥과 말뚝의 직경이 동일한 단일 현장타설말뚝의 수평 균열하중을 나타낸다.
- 대상 지반은 8m 깊이까지 잔류토 및 실트질 모래로 구성되어 있으며, 그 하부에는 풍화토층이 존재한다. 해석 시 적용된 물성은 일반적인 콘크리트 물성과 현장 지반조사결과(N치) 및 기존문헌에 제시되어 있는 값을 토대로 대표적인 값을 산정하였다. 6본의 시험말뚝의 제원 및 현장 지반조건은 Table 1에 나타내었다.
대상 데이터
- 4와 같이, 인천 00지역에서 전경수 등(2009)에 의해 수행된 6본의 단일 현장타설말뚝(RC3~RC8)의 수평재하시험 사례를 토대로 변단면 단일 현장타설말뚝의 거동 특성을 분석하였다. Fig. 4(a)와 같이, 본 시험에 적용된 말뚝 6본은 실트질 모래 및 풍화토로 구성된 지반에 근입되어 있고, 말뚝 직경(Dp) 1,000mm, 기둥 직경(Dc) 850mm 또는 1,000mm, 말뚝 길이 11m~12m이며, 기둥 길이는 4m로 모두 동일하다. 시험말뚝 중, RC5~RC8 말뚝은 변단면 특성을 고려하기 위한 말뚝으로 적용되었으며, RC5와 RC6 말뚝의 기둥 직경(Dc)은 850mm로 말뚝 직경보다 작은 변단면 구조를 가지고 있다.
- 4(a)와 같이 횡방향 철근 배근간격을 달리하여 이에 따른 거동특성을 분석할 수 있도록 하였으며, 이에 RC3, RC5, RC7 말뚝의 경우 HD16을 300mm 간격으로 나선형태로 적용하였으며, RC4, RC6, RC8 말뚝은 65mm 간격으로 철근을 배근하였다. 대상 지반은 8m 깊이까지 잔류토 및 실트질 모래로 구성되어 있으며, 그 하부에는 풍화토층이 존재한다. 해석 시 적용된 물성은 일반적인 콘크리트 물성과 현장 지반조사결과(N치) 및 기존문헌에 제시되어 있는 값을 토대로 대표적인 값을 산정하였다.
- 4(a)와 같이, 본 시험에 적용된 말뚝 6본은 실트질 모래 및 풍화토로 구성된 지반에 근입되어 있고, 말뚝 직경(Dp) 1,000mm, 기둥 직경(Dc) 850mm 또는 1,000mm, 말뚝 길이 11m~12m이며, 기둥 길이는 4m로 모두 동일하다. 시험말뚝 중, RC5~RC8 말뚝은 변단면 특성을 고려하기 위한 말뚝으로 적용되었으며, RC5와 RC6 말뚝의 기둥 직경(Dc)은 850mm로 말뚝 직경보다 작은 변단면 구조를 가지고 있다. 또한, RC7과 RC8 말뚝은 수평하중 작용 시 최대 휨모멘트가 발생하는 소성힌지 위치 (1~3Dp)에 두께 12mm(부식 2mm 고려) 및 길이 3.
- 이를 위해 지반조건(조밀한 사질토, 느슨한 사질토, 견고한 점성토, 연약한 점성토), 말뚝 세장비, 철근비 등 여러 인자를 고려하여 해석을 수행하였다. 해석에 적용된 단일 현장타설말뚝은 말뚝 직경(Dp)이 2,000mm, 기둥 길이(Lc) 10m이며, 지반 및 말뚝재료 물성은 앞선 Table 2와 같다. 또한, 최적 기둥-말뚝 직경비를 산정하기 위한 변수조건은 Table 3과 같다.
- , 2002). 해석에 적용된 요소(element)는 15개의 절점으로 구성된 쐐기(wedge) 요소이며, 총 절점 수는 약 17,500개이다. 지반과 말뚝 부근에서는 두 재료간의 큰 강성차이 및 수평하중으로 인해 전단 변형이 예상되므로 조밀한 메쉬를 사용하였고, 말뚝으로부터 거리가 멀어질수록 메쉬의 밀도를 감소시켰다.
- 본 유한요소해석에서 말뚝은 탄성모델(linear-elastic)을 적용하였으며, 토사층은 Mohr-Coulomb모델을 사용하였다. 해석에 적용한 재료 정수는 대표적인 조밀한 사질토 지반 물성을 토대로 산정하였다. 말뚝과 지반 사이의 경계면(interface)에는 PLAXIS에서 제공하는 접촉요소(contact element)를 사용하여 지반과 말뚝 사이의 미끄러짐(slip behavior) 및 말뚝의 가력 반대방향에서 발생할 수 있는 인장력에 의한 지반-말뚝 분리현상(gap behavior)을 모델링하였다.
이론/모형
- 지반과 말뚝 부근에서는 두 재료간의 큰 강성차이 및 수평하중으로 인해 전단 변형이 예상되므로 조밀한 메쉬를 사용하였고, 말뚝으로부터 거리가 멀어질수록 메쉬의 밀도를 감소시켰다. 본 유한요소해석에서 말뚝은 탄성모델(linear-elastic)을 적용하였으며, 토사층은 Mohr-Coulomb모델을 사용하였다. 해석에 적용한 재료 정수는 대표적인 조밀한 사질토 지반 물성을 토대로 산정하였다.
- 본 해석에서는 단일 현장타설말뚝의 재료 파괴가 발생할 때의 균열 휨모멘트 및 균열하중을 산정하기 위한 말뚝 단면해석 프로그램 Response 2000과 변단면 효과를 정확히 구현하기 위한 FB-Multipier (Ver. 4, 2012) 프로그램을 동시에 사용하였다. 이 때, 균열 휨모멘트와 균열하중은 단일 현장타설말뚝 재료의 파괴 시 가지는 고유한 값으로서, 이를 산정하기 위한 해석과정은 다음과 같다.
- 본 절에서는 단일 현장타설말뚝의 변단면 거동 특성을 보다 상세히 평가하고 유한요소해석 모델링의 정확성을 검증하기 위해, 현장시험 결과와 3차원 유한요소해석(FEM)을 통한 결과를 비교분석하였다. 본 해석에서는 지반 상용 3차원 유한요소해석 프로그램인 PLAXIS 3D Foundation(Ver. 2.2, 2008)을 사용하였다. 해석에 사용된 지반 및 말뚝 물성은 현장조건과 동일하게 적용하였다.
성능/효과
- (1) 단일 현장타설말뚝의 변단면 특성을 평가하기 위한 현장시험 사례 분석 및 3차원 유한요소해석 결과, 변단면을 가지는 단일 현장타설말뚝은 말뚝-기둥의 강성 차이로 인하여 변단면에서 응력이 크게 변하는 것을 알 수 있었다. 이를 통해, 변단면 단일 현장타설말뚝의 구조적 취약부는 최대 휨모멘트 위치가 아닌 변단면으로 이동하기 때문에 소성힌지도 지중부 말뚝이 아닌 지상부 기둥으로 충분히 유도될 수 있는 것으로 판단되었다.
- 사질토 지반의 경우, Fig. 11(a) 및 (b)와 같이 최적 단면 조건은 지반강성(조밀한 사질토, 느슨한 사질토)에 따라 큰 차이가 없는 것으로 나타났으며, 말뚝 세장비의 영향은 장말뚝(L=30m)의경우, 기둥과 말뚝이 동시에 균열파괴가 발생되는 기둥 직경비(Dc.max/Dp)가 0.84로서 0.85인 단말뚝(L=10m)보다는 작으나 그 편차가 크지 않은 것으로 나타났다. 또한, 기둥과 말뚝의 철근량이 동일할 경우, 기둥과 말뚝이 동시에 균열파괴 되는 기둥직경비의 크기(Dc.
- 또한, Fig. 9(b)와 같이, 하중을 받는 변단면 단일 현장타설말뚝에서는 변단면 부근에 가장 큰 응력이 집중되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 변단면을 가지는 단일 현장타설말뚝에서는 최대 휨모멘트 위치로 정의되는 소성힌지의 위치가 지표면 근처로 충분히 이동할 수 있을 것으로 판단된다.
- Fig. 11(c) 및 (d)와 같이, 점성토 지반에서는 지반강성(견고한 점성토, 연약한 점성토)에 따라 최적 기둥-말뚝 직경비가 사질토 지반보다 다소 차이가 있는 것으로 나타났으며, 변단면 적용에 따른 효과가 발현되기 위해서는 견고한 점성토보다 연약한 점성토에서 직경비가 더욱 작아야 됨을 알 수 있다. 또한, 견고한 점성토에 서는 말뚝 세장비에 따른 최적 기둥-말뚝 직경비 구간의 영향이 사질토에서만큼 크지 않은 것으로 나타났다.
- 5는 단일 현장타설말뚝 6본(RC3~RC8)의 수평하중-말뚝 두부(지표면)의 수평변위 관계를 나타낸다. RC3과 RC4 말뚝과 같이 말뚝 직경과 기둥 직경이 동일하고 소성힌지 부분에 추가적인 보강이 없는 일반적인 형태의 경우, 하중 350kN(수평변위 약 70~90mm 부근)에서 소성거동이 일어났음을 알 수 있었으며, 심부 구속철근이 조밀하게 시공된 RC4가 RC3보다 큰 하중을 지지할 수 있으나 그 영향은 크지 않는 것으로 나타났다.
- 9(a)와 같이 심도별 수평응력을 산정하였다. 기둥과 말뚝의 직경이 동일한 경우와는 달리, 변단면단일 현장타설말뚝에서는 변단면 부근(지표면)에서 응력의 변화가 큰 것을 알 수 있었다. 이는 기둥의 직경이 감소함에 따라 기둥의 강성이 감소하게 되어 구조적으로 변단면이 가장 취약하기 때문인 것으로 판단된다.
- 9(b)와 같이, 하중을 받는 변단면 단일 현장타설말뚝에서는 변단면 부근에 가장 큰 응력이 집중되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 변단면을 가지는 단일 현장타설말뚝에서는 최대 휨모멘트 위치로 정의되는 소성힌지의 위치가 지표면 근처로 충분히 이동할 수 있을 것으로 판단된다.
- 95와 비교하면 다소 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 따라서, 연약한 점성토에서는 최적 기둥-말뚝 직경비를 적용할 경우 세장비의 영향이 존재함을 알 수 있었으며, 최근 국내서남해안의 연약 점성토 지반에 변단면 단일 현장타설말뚝의 시공이 이루어지고 있음을 고려할 때 최적 기둥-말뚝 직경비를 적용할시 세심한 주의가 필요할 것으로 판단된다. 한편, 점성토에 적용된 단일 현장타설말뚝의 최적 기둥-말뚝 직경비는 철근비에 대한 영향이 사질토보다는 크지만 그 차이는 미소한 것으로 나타났다.
- 11(c) 및 (d)와 같이, 점성토 지반에서는 지반강성(견고한 점성토, 연약한 점성토)에 따라 최적 기둥-말뚝 직경비가 사질토 지반보다 다소 차이가 있는 것으로 나타났으며, 변단면 적용에 따른 효과가 발현되기 위해서는 견고한 점성토보다 연약한 점성토에서 직경비가 더욱 작아야 됨을 알 수 있다. 또한, 견고한 점성토에 서는 말뚝 세장비에 따른 최적 기둥-말뚝 직경비 구간의 영향이 사질토에서만큼 크지 않은 것으로 나타났다. 그러나 연약한 점성토에 근입되어 있는 장말뚝의 경우, 기둥-말뚝의 변단면 부근에서 균열파괴가 발생되는 최적 기둥-말뚝 직경비(Dc.
- 85인 단말뚝(L=10m)보다는 작으나 그 편차가 크지 않은 것으로 나타났다. 또한, 기둥과 말뚝의 철근량이 동일할 경우, 기둥과 말뚝이 동시에 균열파괴 되는 기둥직경비의 크기(Dc.max/Dp)는 철근비(As/A)와 관계없이 거의 일정한 것으로 나타났다. 여기서 A는 말뚝 단면적이며, As는 철근의 총 단면적을 의미한다.
- max/Dp)를 제안하기 위해, 기둥-말뚝 직경비(Dc/Dp)와 수평 균열하중비 (F/FDc=Dp)의 관계를 분석하였다. 분석 결과, 변단면에서 파괴가 일어나는 최적 기둥 직경(Dc.max)은 기둥-말뚝 직경비와 수평 균열하중비 관계 곡선의 변곡점임을 알 수 있었다. 사질토 지반의 경우, 최적 기둥-말뚝 직경비는 지반강성 및 세장비에 큰 영향없이 0.
- 6은 현장시험의 수평하중-말뚝두부(지표면) 변위 결과값과 수치해석을 통한 예측값을 비교하여 도시한 것이다. 비교 결과, 전반적으로 초기 탄성단계(약 200~300kN)를 넘어 소성단계로 갈수록 수치해석을 통해 산정된 수평하중-변위 곡선 결과가 현장시험 결과보다 지지력을 다소 크게 예측하는 것으로 나타나, 수치해석을 이용한 해석은 지지력을 과대평가하는 것을 알 수 있었다. 특히, Fig.
- max)은 기둥-말뚝 직경비와 수평 균열하중비 관계 곡선의 변곡점임을 알 수 있었다. 사질토 지반의 경우, 최적 기둥-말뚝 직경비는 지반강성 및 세장비에 큰 영향없이 0.85 정도로 일정하게 나타났다. 하지만, 점성토 지반에서의 최적 기둥-말뚝 직경비는 장말뚝일 경우 0.
- (1) 단일 현장타설말뚝의 변단면 특성을 평가하기 위한 현장시험 사례 분석 및 3차원 유한요소해석 결과, 변단면을 가지는 단일 현장타설말뚝은 말뚝-기둥의 강성 차이로 인하여 변단면에서 응력이 크게 변하는 것을 알 수 있었다. 이를 통해, 변단면 단일 현장타설말뚝의 구조적 취약부는 최대 휨모멘트 위치가 아닌 변단면으로 이동하기 때문에 소성힌지도 지중부 말뚝이 아닌 지상부 기둥으로 충분히 유도될 수 있는 것으로 판단되었다.
- 케이싱으로 소성힌지 부분(최대 휨모멘트 위치)을 보강한 RC7과 RC8의 경우, 수평하중-변위 그래프의 초기 기울기가 다른 시험 말뚝(RC3~RC6)과 비슷하지만, 하중 200kN이 넘어 소성단계로 진입할수록 점차 변단면을 가지는 시험말뚝(RC5 및 RC6)과 비슷한 기울기를 보이는 것으로 나타났다. 또한 작용하중에 따른 말뚝의 수평지지력은 일반적인 형태의 단일 현장타설말뚝(RC3, RC4)보다 다소 높은 500kN에 이르지만, 탄성거동을 넘어 소성거동 단계를 보이는 시점이 다른 시험말뚝에 비해 분명하게 나타나지 않았다.
- 따라서, 연약한 점성토에서는 최적 기둥-말뚝 직경비를 적용할 경우 세장비의 영향이 존재함을 알 수 있었으며, 최근 국내서남해안의 연약 점성토 지반에 변단면 단일 현장타설말뚝의 시공이 이루어지고 있음을 고려할 때 최적 기둥-말뚝 직경비를 적용할시 세심한 주의가 필요할 것으로 판단된다. 한편, 점성토에 적용된 단일 현장타설말뚝의 최적 기둥-말뚝 직경비는 철근비에 대한 영향이 사질토보다는 크지만 그 차이는 미소한 것으로 나타났다.
후속연구
- 8로 나타나 세장비에 따라 다소 편차가 존재함을 알 수 있었다. 따라서 단일 현장타설말뚝의 변단면을 적용할시 세장비에 대한 세심한 주의가 필요할 것으로 판단되었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.