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진동해머에 의해 시공되는 말뚝의 해석기법 제고
Enhancement of the Technique for Analyzing a Pile Driven by Vibro Hammer 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.16 no.5, 2015년, pp.3596 - 3601  

이승현 (선문대학교 토목공학과)

초록
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진동해머에 의해 시공되는 말뚝의 거동을 분석할 목적으로 개발된 기존의 프로그램을 개선하고자 하였다. 진동해머-말뚝-지반으로 구성되는 진동시스템의 기존 지배방정식에 지반저항의 댐핑효과와 클러치마찰력을 추가하였다. 또한, 개발된 해석기법의 하중전이곡선을 모사하는 수정 Ramberg-Osgood 모델의 매개변수를 재산정하여 해석기법을 개선하고자 하였다. 수정된 프로그램에 의한 해석결과를 현장시험결과와 비교해 볼 때 시간에 따른 말뚝의 변위 및 하중전이거동이 현장시험결과에 좀 더 유사하였다. 개발된 프로그램에 의한 말뚝 관입깊이별 관입속도를 상용 프로그램에 의한 결과 및 현장시험결과와 비교해 볼 때 상용프로그램보다 훨씬 더 현장시험결과에 가까웠다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Enhancement of the existing program for analyzing a pile driven by vibro hammer was tried. Damping effect of dynamic soil resistance and clutch friction were added to the existing governing equation which constitute vibrating system of vibro hammer-pile-soil. Parameters of the modified Ramberg-Osgoo...

주제어

#Improvement   #Vibro hammer   #Modified Ramberg-Osgood model   #Load transfer curve   #Penetration rate  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 수정 Ramberg-Osgood 모델의 매개변수들은 현장시험을 통해 얻은 동적 하중전이곡선으로부터 결정할 수 있는데 시행착오법을 적용해야 한다. 본 연구에 있어서는 현장 시험결과로부터 얻은 동적하중전이곡선과 해석결과를 좀 더 근사화 시키기 위해 수정 Ramberg-Osgood 모델의 매개변수를 재산정하고 그로부터 개발된 해석 프로그램에 의한 결과를 현장시험결과와 비교해 보고자 하였다. 현장시험자료로부터 시간에 따른 말뚝변위를 구하고자 할 때는 가속도를 적분하여 구할 수 있다[10].
  • 진동해머로 말뚝을 설치하는 경우 가장 큰 관심사는 관입속도라 할 수 있는데 이와 관련하여 비록 몇몇 연구자들[1,2,3]은 진동해머에 의해 시공되는 말뚝에 대한 거동특성을 규명하기 위한 연구를 한 바 있으나 실물현장재하시험결과가 발표된 경우는 거의 없다고 할 수 있다. 본 연구에서는 진동해머에 의해 시공되는 널말뚝의 관입거동을 파악하기 위해 수행된 실물현장재하시험을 바탕으로 진동시스템을 해석하기 위해 제안된 기존의 지배방정식을 보완하고 그로부터 개발된 해석프로그램에 의한 해석결과를 현장시험결과와 비교해봄으로써 해석기법의 신뢰성을 높이고자 하였다.

가설 설정

  • 0kN/m을 제안하고 있다. 클러치마찰력이 있는 경우에 대하여 프로그램을 이용하여 관입속도를 예측하는 경우에는 클러치마찰력값을 10kN/m 으로 가정하였다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
실물현장재하시험을 한 결과 본 연구의 결론은? (1) 해석을 위해 제안된 진동모델의 전제조건이 되는 강체말뚝에 대한 가정은 말뚝두부와 선단에서 측정된 가속도 사이에 큰 차이가 없는 점과 판별식의 적용을 통해 볼 때 정당함을 알 수 있었다. (2) 본 연구에서는 기존의 연구에서 제안된 지배방정식에 비하여 지반저항의 댐핑효과와 클러치마찰력을 고려할 수 있도록 하였으며 현장시험결과로부터 수정 Ramberg-Osgood 모델의 매개변수를 재산 정하여 기존의 해석프로그램을 수정하였다. 수정된 프로그램에 의한 해석결과를 현장시험결과와 비교해 볼 때 시간에 따른 말뚝의 변위 및 하중전이거동이 현장시험결과에 좀 더 유사하였다. (3) 개발된 프로그램에 의한 말뚝 관입깊이별 관입속도를 상용 프로그램에 의한 결과 및 현장시험결과와 비교해 볼 때 상용 프로그램 보다 훨씬 더 현장시험결과에 가까웠다. (4) 향후 추가적인 현장시험자료의 분석을 통해 해석에 필요한 매개변수의 수정을 통해 보다 더 신뢰성 있는 말뚝 관입속도 예측이 가능할 것으로 생각된다.
진동해머의 장점은? 1930년대 개발된 진동해머는 현대에 이르러 충격식 타입해머와 더불어 말뚝을 시공하는 보편적인 장비가 되었다. 진동해머의 장점으로는 사질토지반에 대하여 관입성(vibro-driveability)이 좋고 저소음이며 말뚝두부에 손상을 덜 입히는 점을 들 수 있다. 진동해머로 말뚝을 설치하는 경우 가장 큰 관심사는 관입속도라 할 수 있는데 이와 관련하여 비록 몇몇 연구자들[1,2,3]은 진동해머에 의해 시공되는 말뚝에 대한 거동특성을 규명하기 위한 연구를 한 바 있으나 실물현장재하시험결과가 발표된 경우는 거의 없다고 할 수 있다.
진동해머는 어떻게 구성되어있는가? 진동해머는 크게 사하중(static load 또는 bias mass)과 기진기(exciter)로 구성되어 있다. 연직진동력은 기진 기를 구성하는 한 쌍의 회전질량체에 의해 만들어지게 된다.
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참고문헌 (12)

  1. Jonker, G., "Vibratory Pile Driving Hammers for Oil Installation and Soil Improvement Projects", Proc. of Nineteenth Annual Offshore Technology Conf., Dallas, Texas, OTC 5422, 1987, pp. 549-560 

  2. Warrington, D.C., "Driveability of piles by vibration", Paper presented at Deep Foundation Institute 14th Annual Member Conf., 1989, pp. 139-154. 

  3. Holeyman, A., "HYPERVIB1, An analytical model-based computer program to evaluate the penetration speed of vibratory driven sheet piles", Research report prepared for BBRI, June-93, 1993, pp. 23. 

  4. Seung-Hyun, Lee, Byoung-Il, Kim & Jin-Tae Han, "Prediction of Penetration Rate of Sheet Pile Installed in Sand by Vibratory Pile Driver", KSCE Journal of Civil Engineering DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s12205-012-1317-y 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. Wong, D., O'Neill, M. W. and Vipulanandan, C., "Modelling of Vibratory Pile Driving in Sand", International Journal for numerical and analytical methods in geomechanics, Vol. 16, No. 4, pp. 189-210, 1992. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/nag.1610160303 

    상세보기 crossref

  6. Viking, K. and Bodare, A., "Laboratory studies of dynamic shaft resistance response of a vibro-driven model pile in granular soil by varying the relative density", Proc. of XII European Conference on Soil and Foundation Engineering, 1998, pp. 6. 

  7. Moulai-Khatir, Reda., O'Neill, Michael W. and Vipulanandan, C., "Program VPDA Wave Equation Analysis for Vibratory Driving of Piles", Report to the U.S. Army Corps of Engineerings Waterways Experiments Station., Dept of Civil and Environmental Engineering, UHCE 94-1, Univ. of Houston, Texas, August 1994, pp. 187. 

  8. Coyle, H. M., and Sulaiman, I. H., "Skin Friction for Steel Piles in Sand", Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol. 93, SM6, Paper No. 5590, November, 1967, pp. 261-278. 

  9. Richard, Ralph M.., Abbott, Barry J., "Versatile elastic-plastic stress-strain formula", Journal of the Engineering Mechanics Division, Proceedings of the ASCE, Vol. 101, Paper No. EM4, August, 1975, pp. 511-515. 

  10. Viking, K., "Vibro-Driveability, -A Field Study of Vibratory Driven Sheet Piles in Non-Cohesive Soils", Ph.D thesis 1002, Div. of Soil and Rock Mechanics, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden, 2002, pp. 184-186. 

  11. Vanden Berghe, J-F., "Sand Strength Degradation within the Framework of Vibratory Pile Driving", Ph.D. Thesis presented to the Faculty of Applied Science, Universite chatolique de Louvain., Belgium, 2001. 

  12. GRLWEAP, "Procedures and Models Version 2005", Pile Dynamics, Inc., 2005, pp.23. 

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