[논문]사질토에 근입된 헬릭스 피치에 따른 헬리컬 파일의 수치해석적 거동분석

박종호; 이기철; 최병현; 김동욱

doi:10.12814/jkgss.2018.17.4.029

사질토에 근입된 헬릭스 피치에 따른 헬리컬 파일의 수치해석적 거동분석
Analysis of Helical Pile Behavior in Sands Varying Helix Pitch Based on Numerical Analysis Results 원문보기

한국지반신소재학회논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.17 no.4, 2018년, pp.29 - 40

박종호 (Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University) , 이기철 (Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University) , 최병현 (Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University) , 김동욱 (Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University)

초록
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캐나다 및 베네수엘라에 주로 분포하는 오일샌드는 원유들이 모래질 흙의 간극에 존재한다. 이러한 오일샌드로부터 원유를 따로 추출하기 위해서는 규모가 큰 플랜트를 건설해야 한다. 일반적으로 오일샌드 플랜트의 기초는 주로 항타말뚝 혹은 현장타설말뚝이 사용되고 있다. 하지만 주로 극지에 위치한 오일샌드는 얼어있는 지반과 표층의 유기토 때문에 항타말뚝의 시공 및 장비 진입에 어려움이 있으며, 현장타설말뚝의 경우 기온이 낮기 때문에 콘크리트 양생에 문제가 있다. 이번 연구의 주제인 헬리컬 파일은 크지 않은 연직력에 기초한 회전력을 중심으로 빠르고 간편하게 시공이 가능하다. 따라서, 접근성이 떨어지는 극지환경에서도 소형장비를 사용하여 간단한 시공이 가능하며, 헬리컬 파일의 두부에 역회전을 가해 말뚝기초의 인발 및 재사용 또한 용이하다. 이번 연구에서는 헬릭스 피치를 변화시켜 헬리컬 파일 및 헬릭스의 거동을 수치해석으로 분석하였다. 수치해석의 검증은 모형 헬리컬 파일의 실내모형실험 결과와 비교하여 수행하였으며, 헬릭스의 피치에 따른 헬리컬 파일의 극한하중, 헬리컬 파일의 축에 부착한 각 헬릭스의 변위, 하중분담률을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Oil sands, which are largely distributed in Canada and Venezuela, are a mixture of crude oil and sandy soils. In order to extract crude oil from oil sands, construction of massive oil sand plants is required. Generally, the typically-used foundation types of the oil sand plant are driven piles and cast-in-place piles. Most of the oil sand plants are located in cold and remote regions. Installation of driven piles in frozen or organic surface soils is difficult due to high resistance and installation equipment accessability, while the cast-in-place pile has concrete curing problem due to cold temperature. Helical pile can be installed quickly and easily using rotation with a little help of vertical load. As the installation of helical pile is available using a small and light-weight installation equipment, accessibility of installation equipment is improved. The helical pile has an advantage of easy removal by rotation in reverse direction compared with that of installation. Furthermore, reuse of removed helical piles is possible when the piles are structurally safe. In this study, the behavior of helical piles varying helix pitch was analyzed based on the numerical analysis results. Numerical model was calibrated based on the results of model helical pile tests in laboratory. The ultimate helical pile loads, the displacement of each helix attached to the shaft of the helical pile, and the load sharing ratio of each helix were analyzed.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Schematic of a helical pile [modified after Carol and Roy (2018)]
그림 Fig. 2. Load-Settlement curve of helical pile (modified after Kulhawy, 2004)
그림 Fig. 3. (a)　Soil chamber and　(b) helical pile and their dimensions used for laboratory model test
표 Table 1. Estimation method of ultimate load of helical pile by researchers
그림 Fig. 4. Sand pluviator; (a) Schematic of sand pluviator and (b) Relationship between relative density and falling height of sand (modified after Lee et al., 2017)
표 Table 2. Physical properties of crushed sands used in this study (Lee et al., 2017)
그림 Fig. 5. Modeling used in the numerical analysis: (a) integrated model of ground and pile and important dimensions and (b) enlarged helical pile model and its dimensions
그림 Fig. 6. Comparison of laboratory model test and numerical analysis
표 Table 3. Material properties used for numerical analysis
그림 Fig. 7. Four different pitches of helical piles (units in mm): Helix pitch equal to (a) 25 mm (0.5D), (b) 50 mm (1D), and (c) 75 mm (1.5D)
그림 Fig. 8. Load-settlement curves of helical piles with different helix pitches and the ultimate loads by different criteria
그림 Fig. 9. Linear, transition, and final linear regions from load-settlement curves varying helix pitches: helix pitch of (a) 25 m m (0.5D), (b) 50 mm (1D), and (c) 75 mm (1.5D)
표 Table 4. Ultimate loads and the corresponding settlements for different helix pitches
그림 Fig. 10. Displacement of each helix with load at pile head; pitch of helix is (a) 25 mm (0.5D), (b) 50 mm (1D) and (c) 75 mm (1.5D)
표 Table 5. Loads and corresponding settlements of turning points from linear to transition regions and those from transition to final linear regions
그림 Fig. 11. Load sharing ratio with pitch of helix
표 Table 6. Average displacement of each helix when the equivalent load is applied

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 수치해석을 통해 헬리컬 파일 및 헬리컬 파일의 축에 부착한 헬릭스의 거동을 알아보았다. 이를 위해 헬리컬 파일의 실내모형실험을 진행하였고, 모델링은 실험결과의 데이터를 바탕으로 실시되었다.
본 연구의 목적은 헬리컬 파일의 중심축에 부착한 헬릭스 피치에 따른 헬리컬 파일의 거동분석이다. 실제 실험에서는 각 헬릭스의 거동을 보기 어렵기 때문에, 헬리컬 파일의 두부에 가해지는 하중에 따른 헬릭스의 변위 및 하중분담률을 수치해석을 통해 추가적으로 파악하고자 한다.
본 연구의 목적은 헬리컬 파일의 중심축에 부착한 헬릭스 피치에 따른 헬리컬 파일의 거동분석이다. 실제 실험에서는 각 헬릭스의 거동을 보기 어렵기 때문에, 헬리컬 파일의 두부에 가해지는 하중에 따른 헬릭스의 변위 및 하중분담률을 수치해석을 통해 추가적으로 파악하고자 한다. 이에 따라, 수치해석의 신뢰성 및 정확도를 검증, 확인하기 위해 모형 헬리컬 파일의 실내 말뚝재하시험을 선행적으로 수행하였다.

제안 방법

이러한 이유 때문에 geostatic 과정을 통한 지반과 구조물을 하중 재하 전에 안정화 시켰다. (Step 3)하중 재하-말뚝 두부의 변위를 제어하여 각 단계마다 가해진 하중을 구하였다. 즉, 재하 하중은 변위 제어에 따른 반력을 통해 계산하였다.
해석 과정의 진행순서는 다음과 같다: (Step 1)경계 및 경계면 조건 설정-헬리컬 파일과 지반의 접촉조건은 회전 관입을 고려하여 constraints-tie로 설정하였다. 경계 조건은 지반 하부의 움직임을 제한하기 위해 지반 하부 부분을 displacement/rotation에서 U3=0으로 설정하고, 지반 측면은 토조로 구속되어 있기 때문에 U1=U2=0으로 설정하였다. (Step 2)Geostatic 적용-중력이 전체 모델에 적용하여 지반과 구조체에 과도한 변형을 유발시킬 수 있다.
따라서 본 연구에서는 ABAQUS/CAE 프로그램(SIMULIA, 2014)을 이용한 헬리컬 파일의 거동분석을 수행하였다. 수치해석 결과의 신뢰성을 위해 헬리컬 파일 및 지반의 모델링은 모형 헬리컬 파일의 말뚝재하시험 데이터에 근거하여 동일하게 모사하였다.
앞서 언급된 바와 같이 Kulhawy(2004)는 헬리컬 파일의 하중-침하 곡선을 선형영역(linear region), 전이영역(transition region), 최종 선형영역(final linear region)로 구분하였고, 극한하중을 전이 영역 내에서 산정해야한다고 하였다. 따라서 헬리컬 파일의 극한하중을 전이 영역에서 최종 선형 영역으로의 전환점으로 결정하였다. 헬릭스 피치에 따른 헬리컬 파일 하중-침하 곡선의 영역 구분은 Fig.
5와 같다. 모델링은 2차원으로 구성할 경우, 헬릭스의 형상 및 피치를 정확히 모사할 수 없어 3차원으로 구성하였으며, 해석에 사용된 지반과 헬리컬 파일의 요소 유형은 C3D8R (An 8-node linear brick, reduced integration, hourglass control)으로 설정하였다. Mesh의 크기는 지반의 경우 0.
모델링한 헬리컬 파일은 실내모형실험에 사용된 모형 헬리컬 파일의 재료인 스테인리스강(stainless steel)의 물성치를 적용하였으며, 지반의 탄성계수(elastic modulus), 점착력(cohesion), 내부마찰각(friction angle) 그리고 포아송비(Poisson’s ratio)는 지반 조성에 사용된 파쇄모래의 직접전단, 일축압축 등의 시험을 통해 산정하였다.
따라서 본 연구에서는 ABAQUS/CAE 프로그램(SIMULIA, 2014)을 이용한 헬리컬 파일의 거동분석을 수행하였다. 수치해석 결과의 신뢰성을 위해 헬리컬 파일 및 지반의 모델링은 모형 헬리컬 파일의 말뚝재하시험 데이터에 근거하여 동일하게 모사하였다. 헬리컬 파일은 직경 100mm (2D; D=헬리컬 파일 중심축의 직경), 두께 2mm인 3개의 헬릭스를 중심축에 부착한 형태로 모델링하였으며, 헬릭스 피치를 25mm(0.
본 연구는 수치해석을 통해 헬리컬 파일 및 헬리컬 파일의 축에 부착한 헬릭스의 거동을 알아보았다. 이를 위해 헬리컬 파일의 실내모형실험을 진행하였고, 모델링은 실험결과의 데이터를 바탕으로 실시되었다. 해석 변수는 헬릭스 피치로 설정하였으며, 이에 따른 헬리컬 파일의 극한하중, 헬릭스의 변위 그리고 헬릭스의 하중분담률 분석결과는 다음과 같다.
실제 실험에서는 각 헬릭스의 거동을 보기 어렵기 때문에, 헬리컬 파일의 두부에 가해지는 하중에 따른 헬릭스의 변위 및 하중분담률을 수치해석을 통해 추가적으로 파악하고자 한다. 이에 따라, 수치해석의 신뢰성 및 정확도를 검증, 확인하기 위해 모형 헬리컬 파일의 실내 말뚝재하시험을 선행적으로 수행하였다. 이후 수치해석에서는 ABAQUS/CAE 프로그램(SIMULIA, 2014)을 사용하여 실내모형실험을 모사하였고, 수치해석에서 도출된 결과를 실내모형실험의 결과와 비교하기 위하여 하중-침하 곡선을 비교분석하였다.
, 2017). 지반 조성을 위한 상대밀도 목표치는 90%이며, 기존 문헌 결과를 토대로 두 개의 체[#16 sieve(1.19mm), #30 sieve(0.595mm)]를 강사높이 500mm로 하여 강사하였다(Fig. 4). 지반 조성이 완료되면 회전관입장치를 통해 헬리컬 파일이 지반내로 삽입되며, 회전 조건은 속도 30rpm, 상재하중 85kg이다.
추가적으로 각 헬릭스의 거동을 파악하기 위해, 말뚝 두부에 작용한 하중에 따른 피치별 각 헬릭스의 변위를 측정하였다. Fig.
이를 위해 헬리컬 파일의 실내모형실험을 진행하였고, 모델링은 실험결과의 데이터를 바탕으로 실시되었다. 해석 변수는 헬릭스 피치로 설정하였으며, 이에 따른 헬리컬 파일의 극한하중, 헬릭스의 변위 그리고 헬릭스의 하중분담률 분석결과는 다음과 같다.
수치해석 결과의 신뢰성을 위해 헬리컬 파일 및 지반의 모델링은 모형 헬리컬 파일의 말뚝재하시험 데이터에 근거하여 동일하게 모사하였다. 헬리컬 파일은 직경 100mm (2D; D=헬리컬 파일 중심축의 직경), 두께 2mm인 3개의 헬릭스를 중심축에 부착한 형태로 모델링하였으며, 헬릭스 피치를 25mm(0.5D), 50mm(1D), 75mm(1.5D)로 변화시켜 헬리컬 파일의 극한하중, 각 헬릭스의 거동 및 하중분담률을 분석하였다.
헬리컬 파일의 헬릭스는 각각 shape-solid와 type-revolution으로 모델링한 후, y축을 기준으로 parameter angle을 360° 회전시켜 형성하였으며, 이에 따른 피치 값은 추가로 설정하였다.
헬릭스 피치에 따른 각 헬릭스의 하중분담률을 분석하기 위해 헬릭스의 변위 이동량과 같이 하중 21kN을 적용하였다. 헬릭스의 하중분담률 산정식은 식 (1)과 같다.

대상 데이터

모델링은 2차원으로 구성할 경우, 헬릭스의 형상 및 피치를 정확히 모사할 수 없어 3차원으로 구성하였으며, 해석에 사용된 지반과 헬리컬 파일의 요소 유형은 C3D8R (An 8-node linear brick, reduced integration, hourglass control)으로 설정하였다. Mesh의 크기는 지반의 경우 0.1m, 헬리컬 파일 0.01m로 설정하였으며, 총 9,514개(지반 = 6,078개, 헬리컬 파일 = 3,436개)의 요소로 구성하였다. 헬리컬 파일의 헬릭스는 각각 shape-solid와 type-revolution으로 모델링한 후, y축을 기준으로 parameter angle을 360° 회전시켜 형성하였으며, 이에 따른 피치 값은 추가로 설정하였다.
헬릭스의 부착위치는 중심축의 하단 50mm부터 150mm 간격으로 고정하였다. 수치해석 케이스의 변수인 헬릭스 피치는 25mm(0.5D; D= 헬리컬 파일 중심축의 직경), 50 mm(1D), 75mm(1.5D)로 구성하였다.
수치해석에 사용된 지반 및 헬리컬 파일의 물성은 Table 3에 나온 값을 사용하였다. 헬리컬 파일의 중심축은 길이 760mm, 직경 50mm, 두께 1mm이며 축에 부착된 헬릭스는 직경 100mm, 두께 2mm로 실내모형실험과 동일하다. 헬릭스의 부착위치는 중심축의 하단 50mm부터 150mm 간격으로 고정하였다.

데이터처리

이에 따라, 수치해석의 신뢰성 및 정확도를 검증, 확인하기 위해 모형 헬리컬 파일의 실내 말뚝재하시험을 선행적으로 수행하였다. 이후 수치해석에서는 ABAQUS/CAE 프로그램(SIMULIA, 2014)을 사용하여 실내모형실험을 모사하였고, 수치해석에서 도출된 결과를 실내모형실험의 결과와 비교하기 위하여 하중-침하 곡선을 비교분석하였다.

이론/모형

지반 조성 재료의 입도분포곡선 및 물성치는 Lee et al.(2017)에 근거한 실험으로 산정하였으며(Table 2), 일정한 다짐도를 위하여 모래 강사법을 사용하였다(Lee et al., 2017). 지반 조성을 위한 상대밀도 목표치는 90%이며, 기존 문헌 결과를 토대로 두 개의 체[#16 sieve(1.
5배의 차이가 나타났다. 4가지 이론에 따른 극한하중은 편차가 크기 때문에, Kulhawy(2004) 이론에 따라 헬리컬 파일 하중-침하 곡선의 전이구간에서 최종 선형구간으로의 전환점을 극한하중으로 재산정하였다.
Table 4와 같이 헬리컬 파일의 극한하중을 대표적인 헬리컬 파일의 극한하중 이론들로 산정하는 것은 편차가 크기 때문에, Kulhawy(2004)의 이론을 이용하여 헬리컬 파일의 극한하중을 재산정하였다. 앞서 언급된 바와 같이 Kulhawy(2004)는 헬리컬 파일의 하중-침하 곡선을 선형영역(linear region), 전이영역(transition region), 최종 선형영역(final linear region)로 구분하였고, 극한하중을 전이 영역 내에서 산정해야한다고 하였다.
헬리컬 파일의 극한하중은 Table 1에 나타낸 4가지 이론(Davisson, 1973; O’Neill and Reese, 1999; Livneh and El Naggar, 2008; Elkasabgy and El Naggar, 2014)을 따랐다.

성능/효과

(1) 수치해석으로 헬리컬 파일의 실내모형실험을 모사한 경우, 실내모형실험과 수치해석의 헬리컬 파일 하중-침하 곡선은 비슷한 경향을 보였다. 이를 통해, 수행한 수치해석의 신뢰성 및 정확도를 입증하였다고 판단된다.
일반적으로 하중-침하 곡선은 기울기의 변환점을 기준으로 선형 영역(linear region), 전이 영역(transition region), 최종 선형 영역(final linear region)의 3가지 영역으로 구별할 수 있으며, 각 영역은 다음과 같이 설명할 수 있다(Kulhawy, 2004): (1) 선형 영역(linear region)은 헬리컬 파일에 가해지는 축하중이 증가함에 따라 두부에 가해지는 축하중이 헬리컬 파일의 주면에서 선단으로 전이되는 구간으로, 헬리컬 파일 축의 주면 마찰력과 말뚝 하단의 선단지지력이 발현된다. (2) 전이 영역(transition region)은 헬리컬 파일 축의 주면 마찰저항이 최대값(limit resistance)에 도달하면서, 헬리컬 파일의 날개 부분인 헬릭스를 통해 하중이 흙으로 전이된다. 이 영역은 각 헬릭스의 선단 지지력과 헬릭스 사이에 위치한 흙의 전단저항이 주로 발현되는 구간으로, 흙의 전단파괴(plunge failure)가 일어난다.
(2) 헬리컬 파일의 극한 하중을 4가지 극한 하중이론(Davisson, 1973; O’Neill and Reese, 1999; Livneh and El Naggar, 2008; Elkasabgy and El Naggar, 2014)에 따라 산정한 결과, 헬릭스의 피치가 증가할수록 헬리컬 파일의 극한하중 또한 증가하였다.
(3) 4가지 극한 하중이론 중 Davisson’s criterion이 헬리컬 파일의 극한하중을 가장 보수적으로 산정하였으며, 극한하중을 가장 크게 산정한 Livneh and El Naggar criterion과 비교하여 최대 7.5배의 차이가 나타났다.
(2) 모든 기상 조건에서 설치가 가능하며, 콘크리트 기초처럼 양생 시간(curing time)이 필요 없기 때문에 즉각적인 하중 시험 및 구조물 설치가 가능하다. (3) 매입말뚝처럼 선굴착과 같은 과정이 불필요하고 높은 수위에서도 시공이 가능하다. (4) 설치가 빠르고, 깊은 말뚝기초 설치에 필요한 장비와 비교했을 때, 간소한 장비로도 시공이 가능하다.
이 영역은 각 헬릭스의 선단 지지력과 헬릭스 사이에 위치한 흙의 전단저항이 주로 발현되는 구간으로, 흙의 전단파괴(plunge failure)가 일어난다. (3) 최종 선형 영역(final linear region)은 헬리컬 파일의 항복이 발생한 영역으로, 이 영역에 포함된 하중에 대해서는 헬리컬 파일의 극한 지지력을 초과하였다고 판정한다. 이에 따라, 헬리컬 파일의 극한지지력은 최종 선형 영역을 넘지 않아야 하며, 전이 영역 내의 범위를 목표로 산정해야 한다.
(3) 매입말뚝처럼 선굴착과 같은 과정이 불필요하고 높은 수위에서도 시공이 가능하다. (4) 설치가 빠르고, 깊은 말뚝기초 설치에 필요한 장비와 비교했을 때, 간소한 장비로도 시공이 가능하다. (5) 설치방향과 역방향으로 회전시켜 인발하면 철거 및 재활용이 쉽다(Helical Anchors, Inc.
(4) 헬릭스 피치별 헬리컬 파일에 동일한 하중을 재하했을 때, 헬릭스의 변위는 헬릭스 피치 증가에 따라 감소하였다. 중단, 상단 헬릭스에 비해 하단에 위치한 헬릭스의 변위가 가장 적게 발생하였으며, 하단 헬릭스의 변위가 적게 발생하는 것은 상단, 중단 헬릭스에 비해 크게 휨이 발생하였기 때문이라고 판단된다.
(5) 헬리컬 파일의 하중분담률을 알아본 결과, 하단 헬릭스가 가장 큰 하중을 분담하였으며, 헬리컬 파일 축의 선단, 주면 및 상단 헬릭스가 비교적 적은 하중을 분담하였다. 헬릭스 피치의 증가에 따라 하단 헬릭스의 하중분담률은 증가하였고, 중단 헬릭스의 하중분담률은 감소하였다.
(6) 헬릭스 피치가 길어짐에 따라 헬리컬 파일의 지지력이 증가하는 것을 확인하였지만, 최하단 헬릭스의 하중분담률과 휨 또한 증가하는 것을 확인하였다. 따라서, 헬리컬 파일의 헬릭스 피치는 최하단 헬릭스를 최우선적으로 고려하여 설계해야 된다고 판단된다.
각 이론식에 따른 극한하중 산정결과에 따르면 Davisson’s criterion(Davisson,1973)의 극한하중이 가장 낮게 산정되어 가장 보수적인 이론으로 판단되며, Livneh and El Naggar’s criterion (Livneh and El Naggar, 2008)은 극한하중이 가장 크게 산정되었다.
각 이론식에 따른 극한하중 산정결과에 따르면 Davisson’s criterion(Davisson,1973)의 극한하중이 가장 낮게 산정되어 가장 보수적인 이론으로 판단되며, Livneh and El Naggar’s criterion (Livneh and El Naggar, 2008)은 극한하중이 가장 크게 산정되었다. 또한 극한하중 산정이론에 따른 헬리컬 파일의 지지력의 차이는 최대 7.5배로, 큰 편차가 나타났다.
헬릭스 피치의 증가에 따라 하단 헬릭스의 하중분담률은 증가하였고, 중단 헬릭스의 하중분담률은 감소하였다. 또한 헬릭스 피치의 증가에 따라 헬리컬 파일의 선단, 주면 및 상단 헬릭스 하중분담률은 변화가 거의 없었다.
10은 말뚝 두부에 하중이 작용하였을 때, 헬릭스 피치변화에 따른 각 헬릭스의 평균 변위를 나타낸다. 말뚝 두부에 작용한 하중이 증가할수록 헬릭스의 평균 변위량은 증가하였으며, 극한하중 이상의 하중에서는 변위가 커져 헬릭스가 휨응력을 크게 받는 것으로 나타났다. 헬릭스 위치(top, middle, bottom)에 따른 헬릭스의 변위는 차이가 거의 없었지만, 하단 헬릭스가 상단 및 중단 헬릭스보다 변위가 적게 발생하는 경향을 보였다.
헬릭스의 변위량이 크다는 것은 지지력이 낮거나 헬릭스가 말뚝 축(shaft)과 함께 거동하는 것을 의미하며, 변위량이 적다는 것은 지지력이 높거나, 위쪽으로의 휨이 발생했음을 의미한다. 분석결과, 헬릭스의 피치가 증가할수록 헬릭스의 침하가 적게 발생하였다. 또한 하단 헬릭스가 상단, 중단 헬릭스에 비해 특히 적게 침하된 것으로 보아, 위쪽으로의 휨이 발생되었을 것으로 판단된다.
또한 상단 헬릭스는 피치변화에 따라 하중분담률의 변화가 미미하였다. 이를 통해 헬리컬 파일의 최하단 헬릭스가 지지력 관점에서 가장 중요한 역할을 한다는 것을 파악하였다.
하지만 극한하중은 헬릭스 피치의 증가에 따라 뚜렷하게 증가하는 경향을 보였다. 즉, 극한하중적 관점에서 헬리컬 파일의 지지력은 헬릭스 피치가 증가할수록 증가된다고 판단된다.
11과 같다. 하중분담률 분석 결과, 하단 헬릭스가 가장 큰 하중을 분담하였고, 헬리컬 파일 축의 선단, 주면 및 상단 헬릭스가 비교적 적은 하중을 분담하였다. 헬릭스의 피치가 커질수록 하단 헬릭스의 하중 분담은 증가하였으며, 중단 헬릭스의 하중 분담은 감소하는 경향을 보였다.
헬리컬 파일의 하중-침하 곡선에서 오른쪽에 위치한 곡선은 동일한 하중이 작용할 경우 침하량이 상대적으로 적기 때문에 더 높은 극한하중(지지력)을 가진다고 할 수 있다. 해석 결과, 하중-침하 곡선의 초기 선형부분은 헬릭스의 피치변화에 따라 극한하중의 변화가 미미했으나, 전이영역부터는 헬릭스 피치가 증가할수록 헬리컬 파일의 지지력이 증가하는 경향이 나타났다. 각 이론식에 따른 극한하중 산정결과에 따르면 Davisson’s criterion(Davisson,1973)의 극한하중이 가장 낮게 산정되어 가장 보수적인 이론으로 판단되며, Livneh and El Naggar’s criterion (Livneh and El Naggar, 2008)은 극한하중이 가장 크게 산정되었다.
(2) 헬리컬 파일의 극한 하중을 4가지 극한 하중이론(Davisson, 1973; O’Neill and Reese, 1999; Livneh and El Naggar, 2008; Elkasabgy and El Naggar, 2014)에 따라 산정한 결과, 헬릭스의 피치가 증가할수록 헬리컬 파일의 극한하중 또한 증가하였다. 헬리컬 파일 하중-침하 곡선의 초기 선형구간은 헬릭스 피치에 따라 극한하중의 변화가 거의 없었지만, 전이구간부터는 헬릭스 피치의 증가에 따라 뚜렷하게 극한하중이 증가하였다.
말뚝 두부에 작용한 하중이 증가할수록 헬릭스의 평균 변위량은 증가하였으며, 극한하중 이상의 하중에서는 변위가 커져 헬릭스가 휨응력을 크게 받는 것으로 나타났다. 헬릭스 위치(top, middle, bottom)에 따른 헬릭스의 변위는 차이가 거의 없었지만, 하단 헬릭스가 상단 및 중단 헬릭스보다 변위가 적게 발생하는 경향을 보였다.
(5) 헬리컬 파일의 하중분담률을 알아본 결과, 하단 헬릭스가 가장 큰 하중을 분담하였으며, 헬리컬 파일 축의 선단, 주면 및 상단 헬릭스가 비교적 적은 하중을 분담하였다. 헬릭스 피치의 증가에 따라 하단 헬릭스의 하중분담률은 증가하였고, 중단 헬릭스의 하중분담률은 감소하였다. 또한 헬릭스 피치의 증가에 따라 헬리컬 파일의 선단, 주면 및 상단 헬릭스 하중분담률은 변화가 거의 없었다.
하중분담률 분석 결과, 하단 헬릭스가 가장 큰 하중을 분담하였고, 헬리컬 파일 축의 선단, 주면 및 상단 헬릭스가 비교적 적은 하중을 분담하였다. 헬릭스의 피치가 커질수록 하단 헬릭스의 하중 분담은 증가하였으며, 중단 헬릭스의 하중 분담은 감소하는 경향을 보였다. 또한 상단 헬릭스는 피치변화에 따라 하중분담률의 변화가 미미하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	오일샌드란?	, 2007). 오일샌드는 점토, 모래, 물 및 미네랄 등과 원유에 해당되는 비투멘(bitumen)의 혼합물로, 캐나다 및 베네수엘라에서만 오일샌드 개발로 약 4.5조 배럴의 원유 생산이 가능하다고 보고되었다(Abramov et al.
	헬리컬 파일의 극한하중을 전이 영역에서 최종 선형 영역으로의 전환점으로 결정한 이유는?	Table 4와 같이 헬리컬 파일의 극한하중을 대표적인 헬리컬 파일의 극한하중 이론들로 산정하는 것은 편차가 크기 때문에, Kulhawy(2004)의 이론을 이용하여 헬리컬 파일의 극한하중을 재산정하였다. 앞서 언급된 바와 같이 Kulhawy(2004)는 헬리컬 파일의 하중-침하 곡선을 선형영역(linear region), 전이영역(transition region), 최종 선형영역(final linear region)로 구분하였고, 극한하중을 전이 영역 내에서 산정해야한다고 하였다. 따라서 헬리컬 파일의 극한하중을 전이 영역에서 최종 선형 영역으로의 전환점으로 결정하였다.
	오일샌드 개발이 크게 주목 받는 이유는?	이에 따라 전통적 방법인 시추방식으로 생산한 원유에 비해 높은 생산단가로 외면을 받아왔던 비전통적 방식에 의한 원유 생산에도 상당한 이목이 집중되고 있다. 특히 채굴기술의 발전 및 장비의 대형화로 생산단가가 상대적으로 낮아진 오일샌드 개발이 크게 주목 받고 있다(Park et al., 2007).

참고문헌 (23)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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