본 연구에서는 말뚝지지 전면기초의 하중분담률 및 거동분석을 위해 시공단계 별 현장계측을 수행하였다. 현장계측은 시공시작일 부터 약 300일 동안 수행되었으며, 사용된 말뚝지지 전면기초는 $3.1m{\times}3.1m$ 크기의 전면기초와 길이 23m 직경 0.508m의 매입말뚝 5본이 시공되었다. 현장계측을 통해 시공단계에 따라 말뚝지지 전면기초의 하중-침하량 관계를 확인할 수 있었고, 극한하중조건에서 말뚝의 하중분담률은 약 70%에 수렴하였다. 기초의 침하량이 증가함에 따라 말뚝의 하중분담률이 증가하는 경향을 보였으며, 이는 하부 지반인 풍화토의 주면마찰력이 크게 영향을 주었기 때문으로 판단된다. 현장계측 결과를 이용하여 하중전이분석을 수행하였으며, 이를 통해 말뚝-지반 사이의 비선형 하중전이곡선을 산정하고 하중전이기법을 이용한 수치해석 결과에 적용하였다.
본 연구에서는 말뚝지지 전면기초의 하중분담률 및 거동분석을 위해 시공단계 별 현장계측을 수행하였다. 현장계측은 시공시작일 부터 약 300일 동안 수행되었으며, 사용된 말뚝지지 전면기초는 $3.1m{\times}3.1m$ 크기의 전면기초와 길이 23m 직경 0.508m의 매입말뚝 5본이 시공되었다. 현장계측을 통해 시공단계에 따라 말뚝지지 전면기초의 하중-침하량 관계를 확인할 수 있었고, 극한하중조건에서 말뚝의 하중분담률은 약 70%에 수렴하였다. 기초의 침하량이 증가함에 따라 말뚝의 하중분담률이 증가하는 경향을 보였으며, 이는 하부 지반인 풍화토의 주면마찰력이 크게 영향을 주었기 때문으로 판단된다. 현장계측 결과를 이용하여 하중전이분석을 수행하였으며, 이를 통해 말뚝-지반 사이의 비선형 하중전이곡선을 산정하고 하중전이기법을 이용한 수치해석 결과에 적용하였다.
In this study, field measurements were investigated to analyze the load sharing ratio and behavior of piled raft foundation. The field measurements were performed for about 300 days from the start of construction. The geometry of the raft is $3.1m{\times}3.1m$, and the pre-cast and pre-bo...
In this study, field measurements were investigated to analyze the load sharing ratio and behavior of piled raft foundation. The field measurements were performed for about 300 days from the start of construction. The geometry of the raft is $3.1m{\times}3.1m$, and the pre-cast and pre-bored pile is 23 m in length and 0.508 m in diameter. Based on the field measurements, the load-settlement relationship of the piled raft foundation was obtained, and the load sharing ratio of the pile was converged to 70% at ultimate loading condition. The load sharing ratio of the pile increased as the settlement increased, and this is because the surface friction of the weathered soil, which is at the lower ground, was significantly increased. Based on the results of the field measurements, load transfer curves were obtained and applied to a numerical analysis by using load transfer method.
In this study, field measurements were investigated to analyze the load sharing ratio and behavior of piled raft foundation. The field measurements were performed for about 300 days from the start of construction. The geometry of the raft is $3.1m{\times}3.1m$, and the pre-cast and pre-bored pile is 23 m in length and 0.508 m in diameter. Based on the field measurements, the load-settlement relationship of the piled raft foundation was obtained, and the load sharing ratio of the pile was converged to 70% at ultimate loading condition. The load sharing ratio of the pile increased as the settlement increased, and this is because the surface friction of the weathered soil, which is at the lower ground, was significantly increased. Based on the results of the field measurements, load transfer curves were obtained and applied to a numerical analysis by using load transfer method.
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문제 정의
본 연구에서는 말뚝지지 전면기초의 하중분담률 및 거동분석을 위해 시공단계 별 현장계측을 수행하였다. 현장계측은 시공시작일 부터 약 300일 동안 수행되었으며, 사용된 말뚝지지 전면기초는 3.
이에 본 연구에서는 국내 실정에 맞는 말뚝지지 전면 기초의 거동을 확인하고 하중분담률을 분석하기 위해 국내의 전형적인 지반으로 구성된 현장을 선정하여 말뚝지지 전면기초를 시공하고 현장계측을 수행하였다. 현장계측은 풍화토 지반에 시공된 OO기관 제 4공학관의 말뚝지지 전면기초를 시공단계에 따라 수행되었다.
주면하중전이곡선(t-z curve)은 TP-1의 경우 TP-3보다 비교적 크게 나타났으며, 선단지지력의 경우 TP-1과 TP-3의 단위선단지지력의 값은 비슷한 경향을 갖는 것으로 나타났다. 하중전이곡선을 이용한 말뚝지지 전면기초의 해석에는 회귀분석한 결과를 적용하였으며, 이는 해석 결과의 일관성을 확보하기 위함이다. 즉, 지반의 변형이 증가함에 따라 응력이 비선형으로 증가하도록 쌍곡선 함수 형태의 하중전이 곡선을 적용하였다.
제안 방법
5). 또한 전면기초 하단에 토압계를 설치하여 계측하였으나 정상적으로 계측이 이루어지지 않아 본 연구에서는 말뚝의 변형률계 데이터를 이용하여 분석하였다(Roh, 2017).
12). 말뚝-지반 사이의 비선형 상호 작용을 정의하는 하중전이함수에 앞서 산정된 현장 하중전이곡선을 적용하였으며, 해석결과 현장계측의 하중 -침하 결과와 비슷한 경향을 보였다(Fig. 13). 극한하중 조건에서 현장계측값과 하중전이를 반영한 해석기법을 이용한 결과 말뚝 하중분담률은 약 70%로 수렴하는 유사한 경향을 보였으며(Fig.
말뚝지지 전면기초의 하중분담률을 확인하기 위해 수행된 00기관의 제 4 공학관 시공 현장에서 현장계측을 시공 단계별로 수행하였다(Roh 2017). 현장 지반조사는 현장에서 인접한 총 2공(NBH-1, NBH-2)에서 수행되었으며, 시추공을 통하여 지반 층서를 확인하고, Table 4 와 같이 탄성파탐사, 실내물성시험 및 SPT 결과를 이용하여 지반물성을 산정하였다.
9는 재하하중 별 축력분포를 나타내고 있으며, 총 5개의 말뚝 중 대표적으로 기초의 중심부 (TP-3)와 모서리부 (TP-1)의 축력분포를 도시하였다. 모서리부의 경우 동일 높이에서 축력분포가 각 말뚝에 따라 서로 다르게 나타났으나 본 연구에서는 대표적으로 TP-1의 계측 결과를 활용하여 하중전이곡선을 도출하였다. TP-1의 경우 초기하중부터 일정한 크기로 증가하여 최종계측 인 300일째에는 총 1.
본 연구에서는 말뚝지지 전면기초의 하중분담률을 분석 또는 확인하기 위해 Fig. 4와 같이 각 23m 길이의 말뚝에 좌우로 7개씩 5본의 말뚝에 총 70개의 변형률계를 부착하여 계측결과를 분석하였으며, 전체 하중은 상부 기둥하중에 부착된 변형률계 계측값을 바탕으로 산정하였다(Fig. 5). 또한 전면기초 하단에 토압계를 설치하여 계측하였으나 정상적으로 계측이 이루어지지 않아 본 연구에서는 말뚝의 변형률계 데이터를 이용하여 분석하였다(Roh, 2017).
(2012)은 원심모형시험을 통해 무리말뚝과 말뚝지지 전면기초의 축하중 거동에 대해서 비교하였다. 사질토와 점토 지반조건에 대하여 실험을 수행하였으며, 변위제어를 통해 침하량이 증가함에 따라 말뚝지지 전면기초의 거동을 분석하였다. 또한 말뚝지지 전면기초의 지지력은 조밀한 사질토에서는 무리말뚝보다 13%, 느슨한 모래에서는 22%, 조밀한 점토에서는 30%, 연약한 점토에서는 22%가 크게 나타났다고 보고하였다.
하중전이곡선을 이용한 말뚝지지 전면기초의 해석에는 회귀분석한 결과를 적용하였으며, 이는 해석 결과의 일관성을 확보하기 위함이다. 즉, 지반의 변형이 증가함에 따라 응력이 비선형으로 증가하도록 쌍곡선 함수 형태의 하중전이 곡선을 적용하였다. 선단하중전이곡선(q-w curve)은 각 말뚝에서 유일하게 계측된 값이므로 회귀분석을 수행하지 않고 Fig.
말뚝지지 전면기초의 하중분담률을 확인하기 위해 수행된 00기관의 제 4 공학관 시공 현장에서 현장계측을 시공 단계별로 수행하였다(Roh 2017). 현장 지반조사는 현장에서 인접한 총 2공(NBH-1, NBH-2)에서 수행되었으며, 시추공을 통하여 지반 층서를 확인하고, Table 4 와 같이 탄성파탐사, 실내물성시험 및 SPT 결과를 이용하여 지반물성을 산정하였다. Fig.
508m의 매입말뚝 5본이 시공되었다. 현장계측 결과로부터 말뚝지지 전면기초의 하중-침하량 관계, 시공단계별 말뚝의 축력분포 및 하중분 담률을 확인하였으며, 본 연구의 결론을 요약하면 다음과 같다.
현장계측은 풍화토 지반에 시공된 OO기관 제 4공학관의 말뚝지지 전면기초를 시공단계에 따라 수행되었다. 현장계측을 통하여 하중-침하량 관계를 확인 하였고, 말뚝과 전면기초의 시공단계에 따른 하중분담률을 확인하였다. 또한, 계측을 통한 축하중 분포도를 이용하여 현장 t-z 및 q-w의 하중전이곡선을 도출하였으며, 하중 전이기법을 이용한 해석기법에 적용하여 현장계측값과 비교하였다.
대상 데이터
현장계측은 시공시작일 부터 약 300일 동안 수행되었으며, 사용된 말뚝지지 전면기초는 3.1m×3.1m 크기의 전면기초와 길이 23m 직경 0.508m의 매입말뚝 5본이 시공되었다.
이에 본 연구에서는 국내 실정에 맞는 말뚝지지 전면 기초의 거동을 확인하고 하중분담률을 분석하기 위해 국내의 전형적인 지반으로 구성된 현장을 선정하여 말뚝지지 전면기초를 시공하고 현장계측을 수행하였다. 현장계측은 풍화토 지반에 시공된 OO기관 제 4공학관의 말뚝지지 전면기초를 시공단계에 따라 수행되었다. 현장계측을 통하여 하중-침하량 관계를 확인 하였고, 말뚝과 전면기초의 시공단계에 따른 하중분담률을 확인하였다.
데이터처리
현장계측을 통하여 하중-침하량 관계를 확인 하였고, 말뚝과 전면기초의 시공단계에 따른 하중분담률을 확인하였다. 또한, 계측을 통한 축하중 분포도를 이용하여 현장 t-z 및 q-w의 하중전이곡선을 도출하였으며, 하중 전이기법을 이용한 해석기법에 적용하여 현장계측값과 비교하였다.
이론/모형
본 연구에서는 Jeong et al.(2012)이 제안한 3차원 근사적 해석기법인 YSPR을 이용하여, 앞 절에서 도출된 현장 하중전이곡선을 적용한 수치해석을 수행하였다. Jeong et al.
성능/효과
(1) 말뚝지지 전면기초의 하중분담률을 분석하기 위하여 현장계측을 수행하였으며, 하중-침하량 관계를 시공단계별로 말뚝의 축하중 분포도 및 말뚝의 하중 분담률을 확인할 수 있었다. 이는 풍화토-풍화암-연암으로 이루어진 전형적인 국내의 지반의 특성을 반영한 말뚝지지 전면기초의 하중분담률로 판단된다.
(2) 현장계측결과 침하량이 증가함에 따라 말뚝의 하중 분담률이 증가하는 것으로 보였으며, 기존 연구의 결과와 반대되는 경향을 확인하였다. 또한, 말뚝의 축하중분포를 분석한 결과 하부지반인 풍화토의 주면마찰력이 시공 완료단계까지 지속적으로 증가하는 경향을 보였으며, 이러한 영향으로 침하량이 증가함에 따라 말뚝의 하중분담률(αpr)이 증가하는 것으로 판단된다.
(3) 말뚝의 하중분담률은 극한하중단계에서 약 70%로 수렴하였으며, 계측 결과로부터 도출된 현장 하중 전이곡선을 적용한 수치해석 결과와 유사한 경향을 보였다. 이로부터 본 연구에서 수행된 현장계측 결 과가 말뚝-지반 사이의 하중전이효과를 잘 반영하였다고 판단된다.
13). 극한하중 조건에서 현장계측값과 하중전이를 반영한 해석기법을 이용한 결과 말뚝 하중분담률은 약 70%로 수렴하는 유사한 경향을 보였으며(Fig. 14), 말뚝이 받는 하중 역시 최종하중에서 비슷한 값을 나타내었다(Fig. 15).
또한, 말뚝의 축하중분포를 분석한 결과 하부지반인 풍화토의 주면마찰력이 시공 완료단계까지 지속적으로 증가하는 경향을 보였으며, 이러한 영향으로 침하량이 증가함에 따라 말뚝의 하중분담률(αpr)이 증가하는 것으로 판단된다.
또한, 하부지반인 풍화토의 주면마찰력이 시공 완료단계까지 지속적으로 증가하는 경향을 보였으며, 이러한 영향으로 침하량이 증가함에 따라 말뚝의 하중분담률(αpr)이 증가하는 것으로 판단된다.
6은 시공 단계별 하중-침하곡선과 상부 기둥하중 현장계측값의 결과를 나타내고 있으며, 시공 단계는 구조물의 층수로 1층에서 10층까지 변화함에 따라 진행되었다. 이 때, 하중-침하 계측은 시공시작부터 시공완료까지 대략 1년여 동안 계측된 데이터이며, 초기 7mm까지는 선형적으로 증가하다가 최종 11mm까지 침하된 것을 확인하였다. Fig.
10과 11은 현장 변형률계 계측값을 분석하여 산정된 하중전이분석 결과를 도시한 것으로, 말뚝지지 전면기초의 중심부 (TP-3)와 모서리부 (TP-1)의 하중전이 곡선이다. 주면하중전이곡선(t-z curve)은 TP-1의 경우 TP-3보다 비교적 크게 나타났으며, 선단지지력의 경우 TP-1과 TP-3의 단위선단지지력의 값은 비슷한 경향을 갖는 것으로 나타났다. 하중전이곡선을 이용한 말뚝지지 전면기초의 해석에는 회귀분석한 결과를 적용하였으며, 이는 해석 결과의 일관성을 확보하기 위함이다.
(2002)이 축소모형시험 통해 침하량 비, 전면기초의 강성, 말뚝의 간격에 따른 말뚝과 전면기초의 하중분담비에 대해 수행하였다. 추가적으로 말뚝기초의 하중전담률은 말뚝의 간격과 전면기초의 강성 증가에 따라 감소하는 것으로 확인되었다. 최종적으로 말뚝기초의 하중분담률은 말뚝간의 간격보다 전면기초의 강성에 더 큰 영향을 받는다고 연구되었다.
9MN의 최종축하중을 받는 것으로 확인되었다. 축하중 분포도에서 두 말뚝 모두 공통적으로 선단에서는 하중을 거의 받지 않는 것으로 확인되었다. 이는 매입말뚝의 특성으로 초기에 주면마찰력이 모두 발현이 되고 나서 선단이 발휘되는 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
최근에는 말뚝지지 전면기초의 해석에 있어서 기초판의 지지효과와 말뚝지지 전면기초의 복잡한 상호작용의 영향이 고려된 보다 정확한 해석방법들이 첨단기술에 의해 이뤄지고 있는데, 과거에는 어떤 방식을 사용했는가?
말뚝지지 전면기초의 해석은 말뚝과 기초판 간의 복잡한 상호작용에 대한 이해부족과 해석시간이 오래 걸리는 등의 문제로 인해 기초판의 지지효과를 무시하여 단순하게 해석하는 간편법을 주로 사용하여 왔다. 그러나 최근에는 컴퓨터시스템의 발전과 많은 연구결과들을 토대로 기초판의 지지효과와 말뚝지지 전면기초의 보잡한 상호작용의 영향이 고려된 보다 정확한 해석방법들이 제시되고 있으며(근사해석법 및 엄밀해석법), 국내에서도 유전자알고리즘을 이용한 최적설계에 관한 연구가 시도된 바 있다(Kang et al.
말뚝지지 전면기초란 무엇인가?
말뚝지지 전면기초는 일반적인 군말뚝 기초와 달리 전면기초와 말뚝이 하중을 분담하며, 상부구조물의 사용성을 저해할 수 있는 침하(부등침하)를 감소시키는 경제적 개념의 기초형식으로 최근 수십 년 동안 그에 대한 활용이 유럽지역을 중심으로 증대되고 있다(Burland et al., 1977; Randolph, 1994; Katzenbach et al.
말뚝지지 전면기초의 설계에서 중요한 요소는?
Randolph(1994)는 말뚝지지 전면기초의 설계시 크리프의 발생으로 극한하중의 70∼80%를 말뚝이 지지하며, 이 경우 전면기초와 지반 사이의 접지압이 지반의 선행압밀하중 이하로 감소되기 때문에 나머지 20∼30%의 하중은 전면기초가 분담한다고 보고하였다. 말뚝지지 전면기초의 설계에서는 말뚝의 하중분담률(αpr)이 중요한 요소이며, 말뚝지지 전면기초의 거동은 전면기초-말뚝-지반 사이의 상호작용에 의해 결정되며, 지반의 종류, 말뚝의 지름, 말뚝 개수, 말뚝 배열, 암반근입 여부 등의 요인에 의해 영향을 받는다. 일반적으로 말뚝의 하중분담률은 침하량, 상부 지반의 강도, 전면기초의 두께 및 말뚝 간격이 클수록 감소하는 경향을 보였으며, 말뚝이 암반에 근입된 경우에는 말뚝의 선단지지력이 증가하여 말뚝의 하중분담률이 증가하였다(Katzenbach et al.
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