이론적 연구를 통하여 말뚝지름과 말뚝설치간격, 성토재의 내부마찰각 그리고 성토고가 성토지지말뚝의 아칭효율에 미치는 영향을 살펴보았다. 성토지지말뚝 상부의 성토체에 발생하는 아치모델에 대하여 아칭효율을 계산함에 있어 아치의 천정부파괴 및 말뚝캡에 작용하는 하중계산을 통한 아칭효율이 같게 되는 임계 상대간격비를 구할 수 있는 식을 제시하였으며 설계에 유용하게 쓰일 것으로 판단된다. 본 연구에서 수행된 계산결과에 따르면 상대간격비가 작은 경우는 말뚝캡에 작용하는 하중을 통해 계산되는 아칭효율이 설계를 지배하게 됨을 알 수 있으며 상대간격비가 커질수록 아치의 천정부파괴에 의한 아칭효율이 설계를 지배함을 알 수 있다. 말뚝중심간 설치간격에 대한 말뚝지름의 비를 나타내는 ${\beta}$값이 커질수록 말뚝 캡에 작용하는 하중에 의해 계산되는 아칭효율이 설계를 지배하게 되는 임계 상대간격비가 작아짐을 알 수 있었는데 ${\beta}$값이 0.5인 경우 임계 상대간격비는 0.35이며 ${\beta}$값이 0.2인 경우 임계 상대간격비는 0.85이었다. 계산결과에 따르면 Rankine 수동토압계수($K_p$)가 클수록 임계 상대간격비는 작아져서 $K_p$가 5인 경우 임계 상대간격비는 0.23이었으며 $K_p$가 2인 경우 임계 상대간격비는 0.85이었다. 말뚝캡이 성토지반에 대해 차지하는 면적비가 9%인 경우 아칭효율은 54%이었으며 성토재의 수동토압계수가 3인 경우 아칭효율은 61%이었는데 두 경우 모두 말뚝캡에 작용하는 하중에 의해 계산되는 아칭효율이 지배하는 상대간격비가 0.5보다 큼을 알 수 있어 실제적인 설계에 적용될 수 있음을 알 수 있었다.
이론적 연구를 통하여 말뚝지름과 말뚝설치간격, 성토재의 내부마찰각 그리고 성토고가 성토지지말뚝의 아칭효율에 미치는 영향을 살펴보았다. 성토지지말뚝 상부의 성토체에 발생하는 아치모델에 대하여 아칭효율을 계산함에 있어 아치의 천정부파괴 및 말뚝캡에 작용하는 하중계산을 통한 아칭효율이 같게 되는 임계 상대간격비를 구할 수 있는 식을 제시하였으며 설계에 유용하게 쓰일 것으로 판단된다. 본 연구에서 수행된 계산결과에 따르면 상대간격비가 작은 경우는 말뚝캡에 작용하는 하중을 통해 계산되는 아칭효율이 설계를 지배하게 됨을 알 수 있으며 상대간격비가 커질수록 아치의 천정부파괴에 의한 아칭효율이 설계를 지배함을 알 수 있다. 말뚝중심간 설치간격에 대한 말뚝지름의 비를 나타내는 ${\beta}$값이 커질수록 말뚝 캡에 작용하는 하중에 의해 계산되는 아칭효율이 설계를 지배하게 되는 임계 상대간격비가 작아짐을 알 수 있었는데 ${\beta}$값이 0.5인 경우 임계 상대간격비는 0.35이며 ${\beta}$값이 0.2인 경우 임계 상대간격비는 0.85이었다. 계산결과에 따르면 Rankine 수동토압계수($K_p$)가 클수록 임계 상대간격비는 작아져서 $K_p$가 5인 경우 임계 상대간격비는 0.23이었으며 $K_p$가 2인 경우 임계 상대간격비는 0.85이었다. 말뚝캡이 성토지반에 대해 차지하는 면적비가 9%인 경우 아칭효율은 54%이었으며 성토재의 수동토압계수가 3인 경우 아칭효율은 61%이었는데 두 경우 모두 말뚝캡에 작용하는 하중에 의해 계산되는 아칭효율이 지배하는 상대간격비가 0.5보다 큼을 알 수 있어 실제적인 설계에 적용될 수 있음을 알 수 있었다.
The influence of the pile diameter, center to center pile spacing, internal friction angle of embankment soil, and height of embankment on the arching efficacy of the embankment pile was investigated. The arching efficacy, which was derived by the arch model developed in the embankment soil was calc...
The influence of the pile diameter, center to center pile spacing, internal friction angle of embankment soil, and height of embankment on the arching efficacy of the embankment pile was investigated. The arching efficacy, which was derived by the arch model developed in the embankment soil was calculated using two methods, one that considers crown failure of the arch and the other that considers load on the pile cap and critical relative spacing ratio for which the arching efficacy calculated by the two methods are the same. According to the computed results in this study, the arching efficacy calculated from a consideration of the load on pile cap governs when the relative spacing ratio becomes smaller and that calculated from the theory of crown failure governs when the relative spacing ratio becomes larger. The critical relative spacing ratio below which the arching efficacy calculated from a consideration of the load on pile cap governs the design decreases with increasing value, which is defined by the ratio of the pile diameter to the pile center to center spacing. Critical relative spacing ratios, which correspond to the values of 0.5 and 0.2 were 0.35 and 0.85, respectively. Considering the computed results, the critical relative spacing ratio decreases with increasing Rankine passive earth pressure coefficient and critical relative spacing ratios, which correspond to values of 5 and 2, were 0.23 and 0.85, respectively. The arching efficacy, which corresponds to the area ratio of 9%, was 54% and the one that corresponds to the value of 3 was 61%; the critical relative spacing ratios, which correspond to those arching efficacies, were greater than 0.5.
The influence of the pile diameter, center to center pile spacing, internal friction angle of embankment soil, and height of embankment on the arching efficacy of the embankment pile was investigated. The arching efficacy, which was derived by the arch model developed in the embankment soil was calculated using two methods, one that considers crown failure of the arch and the other that considers load on the pile cap and critical relative spacing ratio for which the arching efficacy calculated by the two methods are the same. According to the computed results in this study, the arching efficacy calculated from a consideration of the load on pile cap governs when the relative spacing ratio becomes smaller and that calculated from the theory of crown failure governs when the relative spacing ratio becomes larger. The critical relative spacing ratio below which the arching efficacy calculated from a consideration of the load on pile cap governs the design decreases with increasing value, which is defined by the ratio of the pile diameter to the pile center to center spacing. Critical relative spacing ratios, which correspond to the values of 0.5 and 0.2 were 0.35 and 0.85, respectively. Considering the computed results, the critical relative spacing ratio decreases with increasing Rankine passive earth pressure coefficient and critical relative spacing ratios, which correspond to values of 5 and 2, were 0.23 and 0.85, respectively. The arching efficacy, which corresponds to the area ratio of 9%, was 54% and the one that corresponds to the value of 3 was 61%; the critical relative spacing ratios, which correspond to those arching efficacies, were greater than 0.5.
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문제 정의
그러나 여전히 많은 설계자들이 성토지지말뚝이 부담하는 하중에 대한 확신을 갖지 못하는 점이 성토지지말뚝의 적용을 어렵게 하는 걸림돌이라 할 수 있다. 본 연구에서는 성토지지말뚝에 발현되는 아칭효과에 대한 이론적 접근법을 통해 성토지지말뚝에 의한 아칭효율을 말뚝 폭, 말뚝간격, 성토체의 강도정수 그리고 성토체의 높이를 달리하여 살펴봄으로써 성토지지말뚝의 효과를 정량적으로 검증하고자 하였다.
이론적 연구를 통하여 말뚝과 성토재 특성을 나타내는 다양한 요소들이 성토지지말뚝의 아칭효율에 미치는 영향을 살펴보았다. 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
성능/효과
(1) 성토지지말뚝 상부의 성토체에 발생하는 아치모델에 대하여 아칭효율을 계산함에 있어 아치의 천정부파괴 및 말뚝캡에 작용하는 하중계산을 통한 아칭효율이 같게 되는 상대간격비인 임계 상대간격비를 식으로 제시하였으며 설계에 유용하게 쓰일 것으로 판단된다.
(2) 본 연구에서 수행된 계산결과에 따르면 상대간격 비가 작은 경우는 말뚝캡에 작용하는 하중을 통해 계산되는 아칭효율이 설계를 지배하게 됨을 알 수 있으며 상대간격비가 커질수록 아치의 천정부파괴에 의한 아칭효율이 설계를 지배하였다.
(3) 계산결과에 따르면 말뚝중심간 설치간격에 대한 말뚝지름의 비를 나타내는 β값이 커질수록 임계 상대간격비가 작아짐을 알 수 있었는데 β값이 0.5인 경우 임계 상대간격비는 0.35이며 β값이 0.2인 경우 임계 상대간격비는 0.85이었다.
(4) 계산결과에 따르면 수동토압계수가 클수록 임계상대간격비는 작아져서 Kp가 5인 경우 임계 상대간격비는 0.23이며 Kp가 2인 경우 임계 상대간격비는 0.85이었다.
(5) 계산결과에 따르면 말뚝캡이 성토지반에 대해 차지하는 면적비가 9%인 경우 아칭효율은 54%임을 알 수 있으며 성토재의 수동토압계수가 3인 경우 아칭효율은 61%이었는데 두 경우 모두 임계 상대간격비가 0.5보다 큼을 알 수 있어 실제적인 설계에 적용될 수 있음을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
표준적인 지지력계수를 써서 말뚝캡에 작용하는 최대압력을 계산할 때 두 가지 어려움은?
따라서 표준적인 지지력계수를 써서 말뚝캡에 작용하는 최대압력을 계산할 수 있지만 여기에는 두 가지 어려움이 있다[5]. 첫 번째로 아래위가 뒤바뀐 지지력파괴의 특성은 N#의 기여를 음수로 해야 하며 이러한 접근법이 명확한가 하는 점에 있어서는 의문이 있다. 두 번째로는 인접해 있는 두 개의 말뚝캡이 가까이 있으므로 지지력파괴에 있어 상호작용효과를 고려해야 하며 표준적인 방법을 통해서는 이러한 효과를 정량적으로 나타내기가 어렵다. 이러한 난점들을 감안하여 지지력을 평가하기보다는 말뚝캡에 접촉해 있는 아치에서의 접선방향응력을 적분함으로써 말뚝캡에 작용하는 하중을 계산하여 아칭효과를 정량적으로 평가하는 방법을 고려할 수 있다.
아칭효과란?
흙에서의 아칭효과에 대하여 Terzaghi[1]는 낙하문(trap door)장치를 통해 그 매커니즘을 설명한 바 있는데 아칭효과란 상대적 변위를 일으키는 두 토체에 대해 전단응력을 통해 압력을 전이시키는 현상이라 정의할 수 있다[2]. 성토지지말뚝(embankment pile)이란 연약지반을 관통하여 하부의 단단한 기초지반에 설치되어 말뚝 상부의 성토체에 의한 하중을 지지하도록 하는 목적의 말뚝으로서 교대배면 성토체 하부의 연약지반에 적용되거나 [3]저장탱크 하부의 연약지반에 적용된 경우[4]가 대표적인 적용 예라 할 수 있다.
성토지지말뚝이란?
흙에서의 아칭효과에 대하여 Terzaghi[1]는 낙하문(trap door)장치를 통해 그 매커니즘을 설명한 바 있는데 아칭효과란 상대적 변위를 일으키는 두 토체에 대해 전단응력을 통해 압력을 전이시키는 현상이라 정의할 수 있다[2]. 성토지지말뚝(embankment pile)이란 연약지반을 관통하여 하부의 단단한 기초지반에 설치되어 말뚝 상부의 성토체에 의한 하중을 지지하도록 하는 목적의 말뚝으로서 교대배면 성토체 하부의 연약지반에 적용되거나 [3]저장탱크 하부의 연약지반에 적용된 경우[4]가 대표적인 적용 예라 할 수 있다. 성토지지말뚝의 효과는 두 가지로 요약될 수 있는데 연약지반을 보강하고 연약지반에 전달되는 하중을 경감시키는 역할이 그것이다.
참고문헌 (6)
Terzaghi, K. T. and Peck, R. B., Soil mechanics in engineering practice, John Wiley & Sons, Inc., New York, London, Sy dney, pp.267-268, 1967.
Krynine, D. P., Soil mechanics, McGraw-Hill Book Company, Inc., pp. 310-312, 1947.
Reid, W. M. and Buchanan, "Bridge approach support piling", Proc. Conf. on Advances in Piling and Ground Treatment, ICE, London, pp. 267-274, 1983.
Thorburn, S., Laird, C. L. and Randolph, M. F., "Storage tanks founded on soft soils reinforced with driven piles", Proc. Conf. on Advances in Piling and Ground Treatment, ICE, London, pp. 157-164, 1983.
Hewlett, W. J. and Randolph, M. F., "Analysis of piled embankments", Ground Engineering, vol. 21 no. 3, pp. 12-18, 1988.
Hewlett, W. J., The analysis and design of bridge approach support piling, Part I project report, Cambridge University Engineering Department, 1984.
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