본 연구에서는 특정 암반에 근입된 강관말뚝의 거동특성을 분석하기 위하여, 강관말뚝의 직경, 두께 및 길이 조건에 따른 인발, 압축 및 수평재하 시의 시험결과 예측을 위한 3차원수치해석 연구를 수행하였다. 먼저, 인발재하에 대한 거동특성을 분석한 결과, 동일한 말뚝길이 및 두께와 인발하중 크기를 기준으로 말뚝직경에 반비례하는 인발변위가 나타나는 것으로 확인되었다. 또한 압축재하에 따른 하중-침하 관계를 통하여, 말뚝 직경에 비하여 말뚝의 두께가 하중저항에 대한 효과에 더욱 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었으며, 수평하중 재하에 따른 수평변위 관계를 바탕으로 수평하중의 저항효과는 말뚝직경에 의한 영향이 큰 것으로 분석되었다. 따라서 강관말뚝을 이용하여 기초구조물 설계에 따른 재하시험을 위해서는 예비설계 단계에서 말뚝 조건이 거동특성에 미치는 영향을 분석할 필요가 있는 것으로 확인되었다.
본 연구에서는 특정 암반에 근입된 강관말뚝의 거동특성을 분석하기 위하여, 강관말뚝의 직경, 두께 및 길이 조건에 따른 인발, 압축 및 수평재하 시의 시험결과 예측을 위한 3차원 수치해석 연구를 수행하였다. 먼저, 인발재하에 대한 거동특성을 분석한 결과, 동일한 말뚝길이 및 두께와 인발하중 크기를 기준으로 말뚝직경에 반비례하는 인발변위가 나타나는 것으로 확인되었다. 또한 압축재하에 따른 하중-침하 관계를 통하여, 말뚝 직경에 비하여 말뚝의 두께가 하중저항에 대한 효과에 더욱 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었으며, 수평하중 재하에 따른 수평변위 관계를 바탕으로 수평하중의 저항효과는 말뚝직경에 의한 영향이 큰 것으로 분석되었다. 따라서 강관말뚝을 이용하여 기초구조물 설계에 따른 재하시험을 위해서는 예비설계 단계에서 말뚝 조건이 거동특성에 미치는 영향을 분석할 필요가 있는 것으로 확인되었다.
In this study, three dimensional numerical analyses were carried out to predict axial (pullout and compressive) and lateral behavior of rock-socketed steel pipe pile varying diameter, wall thickness, and length. As a result of the pile pullout analyses, it was confirmed that the pullout displacement...
In this study, three dimensional numerical analyses were carried out to predict axial (pullout and compressive) and lateral behavior of rock-socketed steel pipe pile varying diameter, wall thickness, and length. As a result of the pile pullout analyses, it was confirmed that the pullout displacement was inversely proportional to the pile diameter for given pile length, thickness, pullout load. Load-settlement relationship of the compressive pile analyses revealed that the effect of pile thickness on pile resistance was more significant than that of pile diameter. In addition, laterally loaded pile analyses showed that pile lateral resistance is influenced above all else by pile diameter. This study showed that it is necessary to conduct numerical analyses to identify the effects of pile diameter, wall thickness, and pile length on the steel pipe pile behavior as a preliminary pile design under specified loading conditions.
In this study, three dimensional numerical analyses were carried out to predict axial (pullout and compressive) and lateral behavior of rock-socketed steel pipe pile varying diameter, wall thickness, and length. As a result of the pile pullout analyses, it was confirmed that the pullout displacement was inversely proportional to the pile diameter for given pile length, thickness, pullout load. Load-settlement relationship of the compressive pile analyses revealed that the effect of pile thickness on pile resistance was more significant than that of pile diameter. In addition, laterally loaded pile analyses showed that pile lateral resistance is influenced above all else by pile diameter. This study showed that it is necessary to conduct numerical analyses to identify the effects of pile diameter, wall thickness, and pile length on the steel pipe pile behavior as a preliminary pile design under specified loading conditions.
본 연구에서는 현무암 지층에 근입된 해상풍력기초에 적용할 수 있는 강관말뚝의 거동특성에 대한 검증시험 결과와 비교･분석을 위해 시험결과 예측을 위한 3차원 수치해석 연구를 수행하였다. 즉, 특정지역 내에 일반적으로 분포한 지지암반의 상태를 고려하여 강관말뚝의 직경, 두께 및 길이에 대한 수치해석을 수행하였으며, 이 때, 하중재하는 재하시험에서 적용되는 인발, 압축 및 수평재하 조건으로 적용함으로서, 각각의 하중-변위관계에 대한 분석을 실시하였다.
가설 설정
한편, 해석 시, 강관말뚝 내부는 콘크리트로 속채움된 합성단면으로 고려하였으며, 말뚝 주면부는 수중불분리성 그라우트재를 적용하는 것으로 가정하였다. 또한 하중조건은 지반 및 말뚝의 파괴를 확인할 수 있는 범위까지 충분히 재하되도록 고려하였다.
제안 방법
앞서 언급한, 말뚝의 제원 및 재하조건을 고려한 해석종류는 Table 3에서 보는 바와 같으며, 총 36cases에 대한 해석을 수행하였다. 수치해석은 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하였으며, Fig. 1과 같이 3차원 모델링을 통한 해석을 수행하였다. 해석에 적용된 지
본 연구에서는 현무암 지층에 근입된 해상풍력기초에 적용할 수 있는 강관말뚝의 거동특성에 대한 검증시험 결과와 비교･분석을 위해 시험결과 예측을 위한 3차원 수치해석 연구를 수행하였다. 즉, 특정지역 내에 일반적으로 분포한 지지암반의 상태를 고려하여 강관말뚝의 직경, 두께 및 길이에 대한 수치해석을 수행하였으며, 이 때, 하중재하는 재하시험에서 적용되는 인발, 압축 및 수평재하 조건으로 적용함으로서, 각각의 하중-변위관계에 대한 분석을 실시하였다.
대상 데이터
1과 같이 3차원 모델링을 통한 해석을 수행하였다. 해석에 적용된 지
Table 3. Numerical simulation cases varying pile length and thickness
Fig. 1. Pile and ground modeling used in the analysis
반은 20m×20m×40m(가로×세로×높이)로 설정하여 경계조건이 해석결과에 영향을 미치지 않도록 충분히 크게 고려하였으며, 지반과 속채움 콘크리트 및 그라우팅은 8절점 고체요소, 강관말뚝은 4절점 쉘요소로 모델링하였다.
이 때, 지반은 탄소성 재료로 고려하여 Table 1에서 제시한 지반정수를 적용하였으며, 강관말뚝과 속채움 콘크리트는 탄성재료로 고려하여 Table 1에 제시된 공학적 특성을 반영하였다.
성능/효과
(1) 인발재하에 대한 거동특성을 분석한 결과, 동일한말뚝길이 및 두께와 인발하중 크기를 기준으로 말뚝직경에 반비례하는 인발변위가 나타나는 것으로 확인되었으며, 이는 말뚝의 직경에 따른 주면면적의 비율에 따른 영향이라 분석되었다.
(2) 압축재하에 따른 하중-침하 관계로부터 말뚝 길이및 두께에 대한 최대 및 최소 침하량 관계를 분석한 결과, 말뚝 직경에 비하여 말뚝의 두께가 하중저항에 대한 효과에 더욱 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.
(3) 수평하중 재하에 따른 수평변위 관계에서는 말뚝직경에 대한 강관말뚝 두께별 수평변위 감소율은직경이 큰 경우가 작은 것으로 나타났다. 즉, 동일한수평하중 상태에서의 수평변위 감소율의 차이는 말뚝직경에 따른 것으로서 수평하중에 대한 저항효과는 말뚝직경에 의한 영향이 큰 것으로 판단된다.
후속연구
본 연구에서는 재하시험 결과와 비교를 위하여 제한된 지반조건에서 수치해석 연구를 수행하였으며, 향후, 동일한 조건의 현장에서 수행된 재하시험 결과와 비교･분석을 수행할 예정이다. 또한 추가적인 지반조건과 다른 재료적 특성을 갖는 말뚝(현장타설말뚝 등)과의 지지력 및 거동특성에 대한 비교를 통해 다양한 말뚝의 활용성에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 재하시험 결과와 비교를 위하여 제한된 지반조건에서 수치해석 연구를 수행하였으며, 향후, 동일한 조건의 현장에서 수행된 재하시험 결과와 비교･분석을 수행할 예정이다. 또한 추가적인 지반조건과 다른 재료적 특성을 갖는 말뚝(현장타설말뚝 등)과의 지지력 및 거동특성에 대한 비교를 통해 다양한 말뚝의 활용성에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
말뚝기초란 무엇인가?
말뚝기초는 교량, 건축물, 항만 및 플랜트 시설물 등과 같은 다양한 사회기반구조물의 하중을 지지하는 기초 구조물로서, 수직 및 수평하중을 지지하기 위하여 지반이 연약하여 상부 구조물의 하중을 지지할 수 없거나 수위가 매우 높아 직접기초 설치가 곤란한 경우에 고려하는 기초공법이다(Yang et al., 2015).
말뚝 기초는 어떻게 구분되는가?
, 2015). 이와 같은 말뚝 기초는 재료적 특성에 따라 크게 강관말뚝, PHC말뚝 및 현장타설말뚝으로 구분될 수 있다.
강관말뚝의 단점은?
, 2016). 그러나 강관은 다른 말뚝재료에 비하여 재료비가 고가이며 원자재의 대부분을 외국 수입에 의존하는 경향이 있어, 공사비 증가 요인이 되고 있다. 그리고 PHC말뚝(고강도 프리스트레스트 콘크리트 말뚝)은 저렴한 재료비에 큰 장점이 있지만, 수평하중이 크게 작용하는 경우 인장력이 발생하여 말뚝의 구조파괴가 발생할 수 있다.
참고문헌 (9)
Cho, J. Y., Lee, S. J., and Jeong, S. S. (2010), "A Study on the Optimum Design of Piled-raft Foundation Considering Pile Condition", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.26, No.12, pp.31-40 (in Korean).
Choi, Y. K. (1999), "Suggestions for Improvement of Domestic Pile Foundation Design Routine - At a Viewpoint of Pile Bearing Capacity", Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol.19, No.III-3, pp.467-477 (in Korean).
Kim, Y. H. and Jeong, S. S. (2010), "Analysis of Soil Resistance on Laterally Loaded Piles Considering Soil Continuity", Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol.30, No.4C, pp.175-183 (in Korean).
Kwon, O. (2015), "Bearing Behavior Characteristics of Pressure Penetrating Steel Pipe Pile Under Compression Load", Journal of the Korean Geo-Environmental Society, Vol.16, No.7, pp.5-13 (in Korean)
Lee, J. H., Lee, S. H., and Kim, S. R. (2013), "Horizontal Bearing Behavior of Group Suction Piles by Numerical Analysis", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.29, No.11, pp.119-127 (in Korean).
Lee, S. H. (2013), "Numerical Analyses on Moment Resisting Behaviors of Electric Pole Foundations According to Their Shapes", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.29, No.11, pp. 85-97 (in Korean).
Na, S. M., Yeo, G. Y., and An, D. W. (2010), "Present and Future of Technology Development in the Field of Pile Foundation Using High Performance Steel Pipe", Seminar on design & construction for improved steel pile, KGS, pp.2-9 (in Korean).
Yang, K. H., Huh, J. C., and Park J. J. (2015), "A Study on p-y Curves with Pressuremeter Tests in Jeju Basalt Rock", Journal of the Korean Geosynthetics Society, Vol.14, No.4, pp.129-137 (in Korean)
Yun, J. M., Yea, G. G., Kim, H. Y., Kim, D. M., and Kim, S. L. (2016), "Comparison of Construction Costs for Bridge Foundation with Optimization of Steel and PHC Embedded Piles", Journal of the Korean Geosynthetics Society, Vol.15, No.4, pp.71-78 (in Korean).
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