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모래지반의 상대밀도에 따른 횡방향 반복재하 시 말뚝의 극한지지력 평가
Effect of Relative Density on Lateral Load Capacity of a Cyclic Laterally Loaded Pile in Sandy Soil 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.32 no.4, 2016년, pp.41 - 49  

백성하 (서울대학교 건설환경공학부) ,  김준영 (서울대학교 공학연구소) ,  이승환 (서울대학교 건설환경공학부) ,  정충기 (서울대학교 건설환경공학부)

초록
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해상구조물을 지지하는 말뚝기초는 바람, 조류, 파랑 등의 영향으로 횡방향 반복하중을 지배적으로 받는다. 본 연구에서는 횡방향 반복하중이 말뚝의 횡방향 극한지지력에 미치는 영향을 평가하기 위하여, 서로 다른 세 가지 상대밀도(40%, 70%, 90%)로 조성된 모래지반에서 모형말뚝시험을 수행하였다. 상대밀도 40%로 조성 된 모래지반에서는 횡방향 반복재하 시 말뚝 주변 지반이 조밀해짐에 따라 횡방향 극한지지력이 증가하였다. 반면, 상대밀도 70%와 90%로 조성 된 모래지반에서는 횡방향 반복재하 시 말뚝 주변 지반의 교란효과로 인하여 횡방향 극한지지력이 감소하였다. 이러한 횡방향 극한지지력의 증가 및 감소효과는 횡방향 반복하중의 크기가 커질수록 더욱 명확하게 나타났으며, 모래지반의 포화 여부에는 큰 영향을 받지 않았다. 모형시험 결과를 활용하여 모래지반의 상대밀도, 횡방향 반복하중의 크기에 따른 말뚝의 횡방향 극한지지력 산정 식을 제안하였고, 이를 횡방향 반복하중을 지배적으로 받는 말뚝의 설계 시 활용 가능하도록 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Pile foundations used as offshore support structures are dominantly subjected to cyclic lateral loads due to wind and waves. In this study, a series of cyclic lateral load tests were performed on a pre-installed aluminum flexible pile in sandy soil with three different relative densities (40%, 70% a...

주제어

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문제 정의

  • 5와 같이, 말뚝에 횡방향 하중이 반복적으로 재하되면 말뚝-지반 사이에서 누적 영구수평변위가 발생되어 말뚝의 횡방향 지지력 평가 시 다소 영향을 미칠 수 있다. 그렇지만 본 연구에서는 반복하중을 받는 말뚝의 횡방향 극한지지력 평가 시 누적 영구수평변위에 대한 영향을 배재하였다. 본 연구에 적용된 양방향 반복재하 방법은 누적 영구수평변위의 크기가 한방향 반복재하에 비해 매우 작게 발생한다고 알려져 있어(Parry and Sanglamer, 1977; Barton, 1982; Paik et al.
  • 본 연구에서는 모래지반에 설치되어 횡방향 반복하중을 받는 말뚝기초의 횡방향 극한지지력을 평가하기 위하여 1g 모형말뚝시험을 수행하였다. 이를 위하여 서로 다른 상대밀도 (40%, 70%, 90%)로 조성된 건조토및 포화토 단일지반에서 횡방향 정적하중 및 반복하중 시험을 수행하여 횡방향 반복하중이 말뚝의 횡방향 극한지지력에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였고, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
  • , 2005). 즉, 말뚝이 횡방향 정적하중을 받을 때 발현되는 주변 지반의 저항력을 바탕으로 횡방향 극한지지력을 결정하는 것이다. 그렇 지만 실제 해상구조물에 사용되는 말뚝기초는 횡방향 반복하중의 영향을 받으며, 기존 연구에 따르면 횡방향 반복하중을 받는 말뚝기초의 지지거동은 횡방향 정적 하중을 받는 경우와 지반의 저항력 측면에서 상당한 차이를 보인다고 알려져 있다.

가설 설정

  • 모형말뚝시험 결과로 각 시험조건에 대한 횡방향 하중-변위곡선을 얻었고, 이를 바탕으로 말뚝의 횡방향 극한지지력을 평가 및 분석하였다. 횡방향 하중-변위 곡선으로부터 횡방향 극한지지력을 평가하는 기준은 여러 연구자들로부터 다양한 형태로 제안되어 왔는데(Meyerhof et al., 1981; Davidson et al., 1982; Fleming et al., 1992) 본 연구에서는 말뚝 단면을 원형으로 가정하여 말뚝 직경의 10% 만큼 변위가 발생하였을 때를 극한상태로 간주하는 Fleming et al.(1992)의 파괴기준을 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
해상구조물의 수요가 증가하고 있는 이유는? 최근 해양에너지 개발 및 해저플랜트 건설의 증가로 해양건설시장이 확대되고 있다. 이에 따라 해상구조물의 수요가 증가하고 있으며, 안정적인 성능확보를 위한 설계 및 시공에 관련한 연구가 활발히 진행되고 있다.
해상구조물이 육상구조물과 다른 점은? 이에 따라 해상구조물의 수요가 증가하고 있으며, 안정적인 성능확보를 위한 설계 및 시공에 관련한 연구가 활발히 진행되고 있다. 해상구조물은 일반적으로 말뚝기초에 의해 지지되며, 육상구조물과 달리 구조물의 자중에 의한 연직하중은 비교적 작은 반면, 바람, 조류, 파랑 등에 의한 횡방향 반복하중을 지배적으로 받는다. 따라서 해상구조물의 안정성 및 사용성을 확보하기 위해서는 횡방향 반복하중 재하 시 말뚝기초의 거동을 예측하고 이를 설계 지배 인자로 활용할 필요가 있으며, 특히 횡방향 극한지지력의 적절한 평가 및 확보는 핵심적 설계고려사항이라 할 수 있다.
말뚝기초의 횡방향 극한지지력 평가 결과 극한지지력 증가 및 감소효과에 관해 어떤 결론을 얻었는가? (2) 횡방향 반복하중에 의한 말뚝의 횡방향 극한지지력 증가 및 감소효과는 말뚝에 재하되는 황방향 하중이 커질수록 더욱 명확하게 나타났으며, 반복하중 재하 시 횡방향 극한지지력을 동일 지반조건에서 평가된 정적 횡방향 극한지지력으로 나누어 평가한정규화 된 횡방향 극한지지력은 반복재하하중의 크기와 대체적으로 선형적인 관계를 가졌다.
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참고문헌 (19)

  1. Baek, S.H., Kim, J.Y., Lee, S.H., and Chung, C.K. (2014), "Effect of Relative Density of p-y Backbone Curves for Cyclic Lateral Load on Pile Foundations in Sandy Soil", Proceeding of 33rd OMAE conference, San Francisco, Vol.3, pp.1-6. 

  2. Barton, Y.O. (1979), "Lateral Loading of Model Piles in the Centrifuge", M.Phil. Thesis, University of Cambridge. 

  3. Barton, Y.O. (1982), "Laterally Loaded Model Piles in Sand: Centrifuge Tests and Finite Element Analyses", Ph.D. Thesis, University of Cambridge. 

  4. Broms, B.B. (1964), "Lateral Resistnace of Piles in Cohesive Soils", J. of Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, Vol. 90, No.2, pp.27-64 

  5. Davidson, H.L., Cass, P.G., Khilji, K.H., and McQuade, P.V. (1982), Laterally loaded drilled pier research, Report EL-2197, EPRI, 324p. 

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  15. Paik, K.H., Kim, Y.J., and Lee, S.Y. (2011), "Effects of Loading Method on the behavior of Laterally Cyclic Loaded Piles in Sand", J. of the Korean Geotechnical Society, Vol.27, No.3, pp.63-73 (in Korean). 

  16. Parry, R.H.G. and Sanglamer, A. (1977), Laterally load tests on single model piles with radiographic observations, Cambridge University Interim Report, CUED.C, Soils TR 36. 

  17. Poulos, H.G. and Davis, E.H. (1980), Piling foundation analysis and design, John Wiley and Sons Inc., New York. 

  18. Rao, S.N., Ramakrishna, V.G.S.T., and Rao, M.B. (1998), "Influence of Rigidity on Laterally Loaded Pile Groups in Marine Clay", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 124, No.6, pp.542-549. 

  19. Zhang, L., Silva, F., and Grismala, R. (2005), "Ultimate Lateral Resistance to Pile in Cohesionless Soils", J. of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol.131, No.1, pp.78-83. 

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