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기둥-말뚝의 상호작용을 고려한 단일 현장타설말뚝의 철근비 분석
Analysis of Steel Reinforcement Ratio for Bent Pile Structures Considering Column-Pile Interaction 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.26 no.2, 2014년, pp.181 - 188  

김재영 (연세대학교 사회환경시스템공학부) ,  정상섬 (연세대학교 사회환경시스템공학부) ,  김장호 (연세대학교 사회환경시스템공학부)

초록
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이 연구에서는 기존의 가상고정점 모델을 통한 단일 현장타설말뚝 설계를 보완하고자, 등가 지반면 스프링 모델을 바탕으로 한 기둥과 말뚝의 상호작용을 고려한 해석법을 제시하였으며, 이를 토대로 주요 영향인자에 따라 말뚝의 최소철근비 적용성을 분석하였다. 나아가, 기둥과 말뚝 조건을 고려하여 말뚝에 철근비별 적용 가능한 한계깊이를 제안하였다. 이 연구 결과, 기둥-말뚝의 상호작용을 고려한 해석은 가상고정점 모델 해석에서 전체 모델링 해석으로 넘어가는 중간단계의 비교적 정확하고 경제적인 설계법임을 알 수 있었으며, 이 해석법을 통해 최소철근비 적용성을 평가한 결과, 말뚝의 최대 휨모멘트는 말뚝재료의 균열모멘트 이내에서 모두 발생하는 것으로 나타나 말뚝에는 최소철근비(0.4%)를 적용하여도 만족하는 것을 알 수 있었다. 이를 토대로, 현장사례를 통해 철근비별 적용 가능한 한계깊이($L_{As=x%}$)를 제안하였으며, 정규화된 철근비별 적용 가능한 한계깊이 ($L_{As=x%}/L_P$)는 정규화된 말뚝길이($L_P/D_P$)에 따라 선형적으로 감소하여 일정한 값에서 수렴함을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, an interactive analysis considering column-pile interaction is performed on the basis of an equivalent base spring model for supplementing virtual fixed point design of bent pile structures. Through this analytical method, the application of the minimum steel reinforcement ratio of th...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이는 휨모멘트가 크지 않은 일정심도 이하에서는 적은 철근비를 적용함으로써 말뚝 및 구조물의 안전성을 확보하는 동시에 철근량을 감소시켜 경제적인 시공이 가능함을 나타낸다. 따라서, 지반조건 및 말뚝조건 등 단일 현장타설말뚝의 여러 조건을 정규화하면 말뚝의 길이와 직경 관계로부터 수평거동이 수렴하는 깊이를 예측할 수 있을 것으로 판단되며, 이 연구에서는 이와 같은 단일 현장타설말뚝의 수평거동을 분석하여 정규화함으로써 철근비별 적용 가능한 한계깊이를 제안하였다.
  • 이 연구에서는 단일 현장타설말뚝의 가상고정점 이론을 통한 근사해석법을 보완하고자, 기둥-말뚝의 상호작용을 고려한 해석법을 제시하였으며 이를 이용하여 단일 현장타설말뚝의 철근비 적용성을 현장사례를 수치해석을 바탕으로 검토하였다. 또한, 경제성과 안전성을 모두 만족할 수 있는 개선된 철근비 적용을 위해 여러 조건 하에 철근비별 적용 가능한 한계깊이를 제안하였다. 이 연구를 통하여 얻어진 결론은 다음과 같다.
  • 이 연구에서는 현행 단일 현장타설말뚝의 과다한 철근 배근 기준 및 방법을 보완하고 경제적인 설계법을 마련 하고자, 말뚝과 기둥의 상호작용을 고려한 해석(등가지 반면 스프링 모델)을 이용하여 현장사례분석 및 수치해석을 수행하였으며 최소철근비의 적용성을 분석하였다. 또한, 이를 통해 단일 현장타설말뚝의 보다 경제성 및 안전성이 고려될 수 있는 철근비별 적용 가능한 한계깊이를 제시하였다.
  • 이 연구에서는 단일 현장타설말뚝의 가상고정점 이론을 통한 근사해석법을 보완하고자, 기둥-말뚝의 상호작용을 고려한 해석법을 제시하였으며 이를 이용하여 단일 현장타설말뚝의 철근비 적용성을 현장사례를 수치해석을 바탕으로 검토하였다. 또한, 경제성과 안전성을 모두 만족할 수 있는 개선된 철근비 적용을 위해 여러 조건 하에 철근비별 적용 가능한 한계깊이를 제안하였다.
  • 하지만 이러한 방법은 필요 이상의 철근비가 적용되어 과다하게 설계되는 등 여러 문제점이 발생할 수 있다. 이에 이 절에서는 Table 3과 같이 인천, 부산, 울산 등 국내 4개 현장에서 시공된 단일 현장타설말뚝의 실제 자료를 토대로 철근비별 적용 가능한 한계깊이를 제시하고자 하였다.
  • 하지만, 실제 설계에서는 안전성에 중점을 두고 기둥과 말뚝의 구분없이 기둥의 철근비를 동일하게 적용하고 있으며, 이는 근사적인 방법으로서 실제 구조물 거동을 예측하기 어렵고 과대설계의 원인이 된다. 이에 이 절에서는 기둥-말뚝의 상호작용을 고려한 해석을 이용하여, 국내 단일 현장타설말뚝이 시공된 현장(서울 도로교 현장 및 전라남도 도로교 현장)의 말뚝 최소철근비(0.4%) 적용성을 검토하였다.

가설 설정

  • 해석 시 적용한 수평하중은 앞서 적용한 방식과 동일하게 최소철근비에 따라 지반의 파괴가 발생할 때까지의 최대하중을 적용하였다. 또한, 4가지 지반조건(느슨한 사질토, 조밀한 사질토, 연약한 점성토 및 견고한 점성토)은 가장 보수적인 조건에서 최소 철근비 적용성을 판단하고자 단일지반으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
단일 현장타설말뚝이란 무엇인가? 최근 교량, 고속철 및 경전철 등 도심과 해상의 대형구 조물의 시공이 증가하면서, 이에 대한 기초형식으로서 상부구조와 하부기초가 일체화된 단일 현장타설말뚝의 적용사례가 늘고 있다. 단일 현장타설말뚝(bent pile structures, single column drilled pier foundation)은 일반적으로 상부 구조와 하부 말뚝 사이에 적용되는 기초판 없이 기둥과 말뚝을 하나의 단일 부재로 시공하는 기초로서, 다양한 지반조건에 적용 가능하고 지진에 대해서는 유연한(flexible) 거동을 보일 수 있다. 하지만, 기둥과 말뚝 경계부에 기초판이 존재하지 않기 때문에 횡방향 하중에 대한 영향을 크게 받으므로 횡방향 거동에 관한 정밀한 검토가 필요하다.
단일 현장타설말뚝의 문제점은 무엇인가? 단일 현장타설말뚝(bent pile structures, single column drilled pier foundation)은 일반적으로 상부 구조와 하부 말뚝 사이에 적용되는 기초판 없이 기둥과 말뚝을 하나의 단일 부재로 시공하는 기초로서, 다양한 지반조건에 적용 가능하고 지진에 대해서는 유연한(flexible) 거동을 보일 수 있다. 하지만, 기둥과 말뚝 경계부에 기초판이 존재하지 않기 때문에 횡방향 하중에 대한 영향을 크게 받으므로 횡방향 거동에 관한 정밀한 검토가 필요하다.
단일 현장타설말뚝의 특징은 무엇인가? 최근 교량, 고속철 및 경전철 등 도심과 해상의 대형구 조물의 시공이 증가하면서, 이에 대한 기초형식으로서 상부구조와 하부기초가 일체화된 단일 현장타설말뚝의 적용사례가 늘고 있다. 단일 현장타설말뚝(bent pile structures, single column drilled pier foundation)은 일반적으로 상부 구조와 하부 말뚝 사이에 적용되는 기초판 없이 기둥과 말뚝을 하나의 단일 부재로 시공하는 기초로서, 다양한 지반조건에 적용 가능하고 지진에 대해서는 유연한(flexible) 거동을 보일 수 있다. 하지만, 기둥과 말뚝 경계부에 기초판이 존재하지 않기 때문에 횡방향 하중에 대한 영향을 크게 받으므로 횡방향 거동에 관한 정밀한 검토가 필요하다.
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