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축하중을 고려한 마이크로파일의 임계좌굴특성
Critical Buckling Characteristics of Micropiles Under Axial Loads 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.31 no.9, 2015년, pp.39 - 51  

정현식 (강호엔지니어링건축사사무소) ,  노인수 (신세기건설주식회사) ,  이영생 (경기대학교 토목공학과)

초록
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근래 구조물 기초보강을 위한 마이크로파일공법의 적용사례가 점차 증가하고 있으며, 이에 따른 관련 연구가 다수 수행되고 있다. 그러나 국내 연구는 대부분 Case. I, II-Type의 지지거동에 국한되어 마이크로파일 자체의 구조적 검토에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 국내에서 주로 사용되는 마이크로 파일에 대한 각각의 강봉 및 그라우트조건에 따른 좌굴특성을 검토하였다. 검토결과 마이크로파일 직경이 작을수록 지반의 임계좌굴점착력($C_{ucr}$)는 증가하게 되며, 특히 임계좌굴길이($L_{cr}$) 이하에서는 마이크로파일 길이가 길수록 임계좌굴하중($P_{cr}$)이 감소함을 알 수 있었다. 또한 축하중을 받는 마이크로파일의 좌굴파괴와 압축파괴 가능성을 구분, 평가할 수 있는 방법을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

various soil conditions as its application to foundation retrofit works has increased. However, most of the domestic researches focused mainly on bearing behavior of Case-I and Case-II type micropiles, whereas structural verification research was insufficient in relation with bulking behavior in par...

주제어

#Micropile   #Buckling load   #Critical buckling shear strength   #p-y curve   #Yield lateral displacement  

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

문제 정의

  • 80)이 제시되었다. 그러나, 국내에서는 현재까지 마이크로 파일에 대한 구체적인 기준이 미정립된 상태이므로 본 논문에서는 국내 ASD기준에 근거하여 마이크로파일의 좌굴특성을 검토하였다. 즉, Table 1에 나타낸 바와 같이 마이크로파일의 최대압축강도는 마이크로파일의 강봉과 그라우트의 압축강도로 각각 구분하여 검토하였으며, 이를 고려한 마이크로파일의 허용압축하중은 식 (4)와 같다.
  • 따라서 본 논문에서는 국내에서 주로 이용되는 마이크로파일의 제원에 따른 좌굴특성을 선행 분석하고, 이후 축하중을 받는 마이크로파일의 좌굴안정성을 판단하기 위한 구체적인 검토방법을 제시하고자 한다.
  • 마이크로파일의 좌굴은 말뚝의 압축강도 뿐만아니라 마이크로파일의 길이 및 지반조건 등에 의해서도 지배되므로 본 검토에서는 이러한 말뚝의 길이 및 지반조건에 따른 말뚝의 좌굴가능성을 검토하기 위하여 마이크로파일의 좌굴형상을 고려한 별도의 수학적 모델을 적용하였다. 이에 대한 개념도는 Fig.
  • 이에 따라 본 논문에서는 점토지반을 대상으로 임계좌굴하중(P cr )과 허용압축하중(P ca )과의 관계를 검토하였으며, 또한 마이크로파일의 좌굴안정성을 평가하기 위한 판정법을 제안하였다.

가설 설정

  • 먼저 Case. I-Type은 각각의 마이크로파일이 직접적으로 외부 하중을 지지하는 구조체로 고려되며, 외력에 대한 마이크로파일의 저항력은 강재의 재료적 저항력과 정착부의 주면마찰력으로 저항하는 형식으로서 이러한 마이크로파일은 다수의 그룹으로 적용되어도 지지거동은 개별적으로 작용함을 가정한다. 이를 고려하여 AASHTO(2012)기준에서는 마이크로파일의 최소간격을 0.
  • 본 절에서는 임의의 점성토 지반조건에서 마이크로파일의 길이(Lbl) 변화에 따른 좌굴특성을 검토하기 위해 초기변위 y0=2.0cm, 비배수전단강도(cu)=10.0kPa 조건에서 식 (19)를 이용하여 x = Lbl/2에서의 좌굴변위(yc)가 극한좌굴변위(yu)에 도달했을 때를 가정함으로써 다양한 강봉직경(Db) 및 그라우트직경(Dbh)의 변화에 따른 말뚝길이(Lbl)와 임계좌굴하중(Pcr)의 관계를 검토하였다. 검토결과는 Fig.
  • 수치해석을 위한 지반조건과 마이크로파일 조건은 Fig. 10에 나타내었으며, 이때 검토를 위한 마이크로파일의 좌굴대상 길이(Lbl)는 4.6m로 가정하였고, x = Lbl/2에서의 극한좌굴변위(yu)는 식 (16)에 근거하여 cu=10.0kPa, Dbh=165mm 조건의 yu=7.3cm(초기좌굴변위 =0.0yocm조건)으로 설정하였다.
  • 즉 좌굴저항력은 일차적으로 그라우트의 휨압축 저항력에 의해 발생되고, 추가적인 강봉의 휨저항력은 하중증가에 따른 그라우트 균열 발생 후에 발생하게 된다. 이는 그라우트의 휨 파괴 직후에 말뚝좌굴이 발생함을 가정한 것으로, 이러한 가정은 마이크로파일의 좌굴평가에 있어 안전측일 것으로 판단된다. 둘째는 동일한 그라우트직경(외경)내 강봉변화에 따른 휨강성 변화이다.
  • 8과 식 (13) 및 식 (19)의 관계로부터 yc ≤yu이면, pc = Escㆍy 즉, pc = Escㆍ#이 되며, 반대로 yc > yu 이면, #이 된다. 즉 본 논문에서는 x = Lbl/2에서의 수평지반반력값(pc)의 최대값은 극한지반반력값(pu(min))이하로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
마이크로파일은 무엇인가? 마이크로파일은 보통 소구경(D ≤ 300mm)의 현장 비배토 말뚝으로서, 개발 초기에는 마이크로파일의 전장(full length)을 통해 말뚝의 지지력이 발현되도록 하였으나, 근래에는 점차 지반조건에 따라 별도의 정착부(bonded length)와 비정착부(unbonded length)로 구분함으로써 하부 지지층의 정착부를 이용하여 마이크로파일의 지지력이 발현되도록 하고 있다.
마이크로파일의 거동을 일반적인 강재말뚝거동과 유사한 것으로 인식하여 좌굴에 대한 안정검토를 생략됨이 일반적인 이유는? 그러나 실무적으로(특히 설계단계에서) 마이크로파일의 거동을 일반적인 강재말뚝거동과 유사한 것으로 인식하여 좌굴에 대한 안정검토를 생략됨이 일반적이다. 그 이유는 일반적인 강재말뚝에 발생하는 좌굴하중이 말뚝의 허용압축하중보다 작게 발생하기 때문이다. 그러나 마이크로파일은 일반적인 강재말뚝과는 달리 장경비(slenderness ratio, L/D)가 상대적으로 크게 산정되는 말뚝이므로 말뚝좌굴안정성에 대한 검토가 필수적이다(FHWA 2005, AASHTO 2012).
마이크로파일은 어떻게 구분되는가? 일반적으로 마이크로파일은 말뚝거동에 대한 설계조건과 시공조건에 따라 구분되며, 설계조건(특히, 마이크로파일의 지지특성)에 의한 분류는 Case. I-Type과 Case.
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참고문헌 (17)

  1. American Association of State Highway and Transportation Officials (2012), "LRFD Bridge Design Specifications", pp.6-82-6-93, 10-145-10-152. 

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  3. American Petroleum Intitute (2000), "Recommended Practice for Planning Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms", pp.64-66. 

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  5. Bhattacharya, S., Carrington T.M., and Aldridge. T.R. (2005), "Buckling Consideration in Pile Design", Frontiers in offshore Geotechnics, ISFOG 2005, London, pp.815-821. 

  6. Bhattacharya, S., Madabhushi, S.P.G., and Bolton, M.D. (2004), "An Alternative Mechanism of Pile Failure in Liquefiable Deposits during Earthquakes", Geotechnique 54, No.3, pp.203-213. 

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  7. Bjerrum, L. (1957), "Norwegian Experience with Steel Piles to Rock", Geotechnique, Vol.7, No.2, pp.73-96. 

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  9. Davison, M. T. (1963), "Estimating Buckling Loads for Piles", Proc., 2nd pan-Amer. Conf. Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol.1, pp.351-371. 

  10. Federal Highway Administration (2005), "Micropiles Design and Construction : Reference Manual", pp.2-1-2-10, 5-54-5-73. 

  11. International Code Council, Inc. (2011), "Internationnal Building Code", pp.408-420. 

  12. Korean Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (2010), Korean Highway Bridge Design Code, pp.3-10-3-18. 

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  14. Matlock, H. (1970), "Correlation for Design of Laterally Loaded Piles in Soft Clay", Proc., Offshore Technology Conf., Houston, Texas, Vol.123, pp.1049-1086. 

  15. O'Neill, M.V. and S.M. Gazioglu (1984), "An Evaluation of p-y Relationships in Clays", A report to the API, PRAC 82-41-2, Houston, Texas. 

  16. Reese, L. C. (1977), "Laterally Loaded Piles : Program Documentation", Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.4, pp.287-305. 

  17. Reese, L. C. and Wang, S. T. (2000), "LPILE plus ver.4.0 technical manual", Ensoft Inc., Austin, Tex, pp.3-36-3-44. 

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