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제안 방법
- (1) 건조 사질토 지반에 설치된 3×3 무리말뚝에 대하여 원심모형실험을 수행하여 무리말뚝 효과를 고려할 수 있는 동적 p-y 곡선 보정계수를 산정하였다.
- 본 연구에서는 Yoo et al.(2013)의 단일말뚝 곡선과 본 연구결과를 비교하여 무리말뚝 효과를 고려하는 보정계수(multiplier)를 산정하였다. Yoo et al.
- 계측기는 말뚝 모멘트 계측을 위한 변형률계, 상판 구조물 변위계측을 위한 LVDT, 그리고 지반과 구조물가속도 계측을 위한 가속도계로 구성되어 있다. 특히, 변형률계는 각 말뚝의 깊이별로 7쌍을 부착하였으며 변형률계 선은 말뚝 내부로 빼내어 계측선이 주변 흙에 미치는 영향을 제거하였다.
- (2013)이 제안한 식을 적용하여 지반 반력계수 K값과 극한 지반 반력 pu값을 계산하고 단일 말뚝의 p-y 곡선을 구하였다. 그리고, K값과 pu값에 각각 보정계수를 곱하여 얻어진 p-y 곡선이 본 연구에서 얻어진 p-y 곡선과 일치하도록 시행착오법을 통해 보정계수 값을 결정하였다.
- 모형제작은 ① 말뚝 선단의 토조 바닥면 고정, ② 건조 낙사법을 이용하여 균일한 지반 조성, ③ 지반 조성 중 계획된 위치에 가속도계 설치, ④ 상판과 말뚝 머리부 연결, ⑤ 변위계 설치 등의 순서로 진행하였다. 그리고, 건조 낙사법을 이용하여 지반을 조성할 때, 낙사장치의 노즐폭, 모래 낙하 높이, 낙사 장치의 이동속도 등을 조정하면서 지반의 상대밀도가 균일해지도록 하였다.
- 그리고, 스프링 끝단에 가해지는 지반 운동은 ‘MultipleSupport’ 명령을 적용하여 자유장 지반의 가속도, 속도 그리고 변위 시간 이력을 모두 입력하였다.
- Opensees 프로그램(Opensees manual, 2007)을 이용하여 Beam on Nonlinear Winkler Foundation 모델을 적용한 무리말뚝 동해석을 수행하였다. 그리고, 해석결과와 원심모형실험 결과를 비교하여 3장에서 산정한 p-y 곡선의 보정계수(multiplier)의 정확성을 검증하였다.
- 5m)로 모델링하였다. 말뚝 선단부의 수직변위, 말뚝 두부의 수직 변위와 회전변위를 구속시켰다. 상판은 탄성보요소로 모델링하고, 중앙 3개 말뚝이 지지하는 상판의 질량을 균일하게 분포시켰다.
- 특히, 변형률계는 각 말뚝의 깊이별로 7쌍을 부착하였으며 변형률계 선은 말뚝 내부로 빼내어 계측선이 주변 흙에 미치는 영향을 제거하였다. 말뚝의 선단과 머리부는 각각 토조 바닥면과 상부 구조물에 고정시켜 회전이 발생하지 않도록 하였다.
- 모델을 단순화하기 위하여 3×3 무리말뚝의 중앙에 있는 3개 말뚝을 모델링하였다.
- 모형제작은 ① 말뚝 선단의 토조 바닥면 고정, ② 건조 낙사법을 이용하여 균일한 지반 조성, ③ 지반 조성 중 계획된 위치에 가속도계 설치, ④ 상판과 말뚝 머리부 연결, ⑤ 변위계 설치 등의 순서로 진행하였다. 그리고, 건조 낙사법을 이용하여 지반을 조성할 때, 낙사장치의 노즐폭, 모래 낙하 높이, 낙사 장치의 이동속도 등을 조정하면서 지반의 상대밀도가 균일해지도록 하였다.
- PySimple1 모델의 p-y곡선은 Table 4에서 정리한 바와 같이 API 방법, 단말뚝의 Yoo et al. 방법(2013), 그리고 본 연구의 무리말뚝 계수를 적용한 방법의 3가지 곡선을 적용하였다.
- 말뚝의 휨모멘트 산정에 필요한 휨강성(EI) 값은 calibration 실험으로부터 산정하였다. 본 실험은 말뚝 선단의 회전을 고정시킨 상태에서 말뚝 머리에 무게추를 매달았을 때 말뚝 변형률 측정값과 각 변형률계 설치 위치에 해당하는 이론적인 모멘트값을 비교하여 휨강성을 산정한다(Fig. 2). Table 2에 모형 말뚝과 상부구조물의 물성값을 정리하였다.
- 그러므로, 본 연구에서는 cubic-spline 방법을 적용하였으며, 아래의 절차로 p-y 곡선을 산정하였다. 본 실험의 동적 데이터 양이 매우 방대하기 때문에 특정시간에서의 모멘트 계측값을 입력하면 지반반력 p와 말뚝 변위 yp를 자동으로 산정하는 Mablab 분석 프로그램을 개발하여 적용하였다.
- 본 연구는 건조사질토 지반에 설치된 3×3 무리말뚝에 대한 동적 원심모형실험을 수행하여 동적 무리말뚝 효과를 고려하는 동적 p-y 곡선을 제안하고, 비선형 동적해석을 통해 제안된 동적 p-y 곡선의 적용성을 검증하였다.
- 본 연구에서는, 무리말뚝에 대한 동적 원심모형실험을 수행하여 동적 p-y 곡선을 산정하였다. 본 실험은 느슨한 건조 사질토 지반과 말뚝 중심간 간격이 5D(D=말뚝 직경)인 3×3 무리말뚝에 대하여 수행하였다.
- 상판은 탄성보요소로 모델링하고, 중앙 3개 말뚝이 지지하는 상판의 질량을 균일하게 분포시켰다. 상판 모든 요소의 수평 변위값은 구속조건을 적용하여 서로 같아지도록 하였다. 상판과 말뚝의 연결부 절점은 ‘equalDOF’ 명령을 이용하여 동일한 자유도를 적용하였다.
- 말뚝 선단부의 수직변위, 말뚝 두부의 수직 변위와 회전변위를 구속시켰다. 상판은 탄성보요소로 모델링하고, 중앙 3개 말뚝이 지지하는 상판의 질량을 균일하게 분포시켰다. 상판 모든 요소의 수평 변위값은 구속조건을 적용하여 서로 같아지도록 하였다.
- 계측기는 말뚝 모멘트 계측을 위한 변형률계, 상판 구조물 변위계측을 위한 LVDT, 그리고 지반과 구조물가속도 계측을 위한 가속도계로 구성되어 있다. 특히, 변형률계는 각 말뚝의 깊이별로 7쌍을 부착하였으며 변형률계 선은 말뚝 내부로 빼내어 계측선이 주변 흙에 미치는 영향을 제거하였다. 말뚝의 선단과 머리부는 각각 토조 바닥면과 상부 구조물에 고정시켜 회전이 발생하지 않도록 하였다.
- , 2013). 필터링 방법을 적용하여 데이터 노이즈를 제거한 후, 변형률 계측자료에 말뚝 휨강성을 곱하여 각 깊이에서의 모멘트 값 M(i)를 산정하였다. 그리고, 각 모멘트 값을 이어주는 모멘트 곡선식 M이 얻어지면, 식 (1)과 식 (2)와 같이 모멘트 곡선식에 대한 2번 미분과 2번 적분을 통하여 각각 횡방향 지반반력 p와 말뚝의 변위 yp값을 산정할 수 있다.
대상 데이터
- 모델을 단순화하기 위하여 3×3 무리말뚝의 중앙에 있는 3개 말뚝을 모델링하였다. 각 말뚝은 48개의 탄성 보요소(요소길이 0.5m)로 모델링하였다. 말뚝 선단부의 수직변위, 말뚝 두부의 수직 변위와 회전변위를 구속시켰다.
- 모형토조는 ESB(Equivalent Shear Beam) 토조를 이용하였다. ESB 토조는 강성링들 사이에 고무를 적층하여 제작한 토조로, 진동시 자유장 지반의 횡방향 변위를 허용하여 벽체 강성에 의한 교란효과를 감소시킨다.
- 본 실험은 KAIST의 분산공유형 원심모형시설을 이용하여 수행되었다. 본 시험기는 회전 중심에서 플랫폼까지의 팔길이가 5m이며, 실험에 적용된 원심가속도는 48g 이다.
- 본 실험은 KAIST의 분산공유형 원심모형시설을 이용하여 수행되었다. 본 시험기는 회전 중심에서 플랫폼까지의 팔길이가 5m이며, 실험에 적용된 원심가속도는 48g 이다.
- 본 실험은 느슨한 건조 사질토 지반과 말뚝 중심간 간격이 5D(D=말뚝 직경)인 3×3 무리말뚝에 대하여 수행하였다.
- 5m의 알루미늄 관을 이용하여 제작하였다. 상판 구조물의 경우 두께 1m, 밀도 24.0kN/m3의 콘크리트 단면을 모사하기 위하여 두께 2mm, 밀도 26.4kN/m3의 알루미늄판을 이용하여 제작하였다.
- 시험 구조물은 3열×3행의 9개 말뚝으로 지지되는 콘크리트 상판(concrete deck) 구조물이다.
- 모형체의 제원은 원심모형실험에 대한 Table 1의 상사법칙 (Madabuhashi, 2014)을 적용하여 결정하였다. 원형말뚝은 외경 0.914m, 두께 14mm, 길이 24m의 강관말뚝이며, 모형말뚝은 길이 상사비 48을 적용한 후 외경 0.019m, 두께 1mm, 길이 0.5m의 알루미늄 관을 이용하여 제작하였다. 상판 구조물의 경우 두께 1m, 밀도 24.
- 지진 하중은 동적 p-y 곡선 산정을 위한 sine 파와 구조물의 내진성능을 분석하기 위한 인공지진파의 2가지 지진파를 적용하였다. sine 파의 경우 주파수 1Hz, 진폭을 0.
- 토조의 크기는 모형스케일로 49cm(폭) × 49cm(길이) × 63cm(높이) 이다.
데이터처리
- Opensees 프로그램(Opensees manual, 2007)을 이용하여 Beam on Nonlinear Winkler Foundation 모델을 적용한 무리말뚝 동해석을 수행하였다. 그리고, 해석결과와 원심모형실험 결과를 비교하여 3장에서 산정한 p-y 곡선의 보정계수(multiplier)의 정확성을 검증하였다.
- 본 실험은 느슨한 건조 사질토 지반과 말뚝 중심간 간격이 5D(D=말뚝 직경)인 3×3 무리말뚝에 대하여 수행하였다. 실험의 말뚝 모멘트 결과를 이용하여 동적 p-y 곡선과 무리효과에 대한 보정계수(multiplier)를 제안하고 Opensees 프로그램(Opensees manual, 2007)을 이용한 동해석을 수행하여 제안된 p-y 곡선의 적용성을 검증하였다.
- 최종적으로, 본 연구에서 제안한 p-y 곡선과 보정계수의 적용성을 검증하기 위하여 인공지진파에 대한 실험결과와 비교하였다. Fig.
- 그리고, 스프링 끝단에 가해지는 지반 운동은 ‘MultipleSupport’ 명령을 적용하여 자유장 지반의 가속도, 속도 그리고 변위 시간 이력을 모두 입력하였다. 해석에 입력된 자유장 지반 운동은 원심모형실험의 가속도 시간이력 결과를 이용하여 산정하였다. 그리고, Rayliegh 감쇠비는 5%를 적용하였다.
이론/모형
- 우선, Yoo et al.(2013)이 제안한 식을 적용하여 지반 반력계수 K값과 극한 지반 반력 pu값을 계산하고 단일 말뚝의 p-y 곡선을 구하였다. 그리고, K값과 pu값에 각각 보정계수를 곱하여 얻어진 p-y 곡선이 본 연구에서 얻어진 p-y 곡선과 일치하도록 시행착오법을 통해 보정계수 값을 결정하였다.
- (2010)과 Haiderali and Madabhushi(2016)의 연구 결과에 의하면, cubic-spline 방법이 polynomial regression 방법보다 우수하며 가장 좋은 결과를 주었다. 그러므로, 본 연구에서는 cubic-spline 방법을 적용하였으며, 아래의 절차로 p-y 곡선을 산정하였다. 본 실험의 동적 데이터 양이 매우 방대하기 때문에 특정시간에서의 모멘트 계측값을 입력하면 지반반력 p와 말뚝 변위 yp를 자동으로 산정하는 Mablab 분석 프로그램을 개발하여 적용하였다.
- 시험 구조물은 3열×3행의 9개 말뚝으로 지지되는 콘크리트 상판(concrete deck) 구조물이다. 모형체의 제원은 원심모형실험에 대한 Table 1의 상사법칙 (Madabuhashi, 2014)을 적용하여 결정하였다. 원형말뚝은 외경 0.
- 본 실험의 경우 구조물과 말뚝의 잔류변위가 발생하지 않았기 때문에 band-pass 필터링 방법을 적용하였다(Yang et al., 2011; Yoo et al., 2013). 필터링 방법을 적용하여 데이터 노이즈를 제거한 후, 변형률 계측자료에 말뚝 휨강성을 곱하여 각 깊이에서의 모멘트 값 M(i)를 산정하였다.
- 2g로 적용하였다. 인공지진파는 내진설계기준(건설교통부, 1997)의 암반지반 표준설계 응답스펙트럼에 부합하도록 작성하였다.
- 지반 강성 수평 스프링은 PySimple1 모델(Boulanger et al., 1999)을 이용하여 모델링하였다. 그리고, 스프링 끝단에 가해지는 지반 운동은 ‘MultipleSupport’ 명령을 적용하여 자유장 지반의 가속도, 속도 그리고 변위 시간 이력을 모두 입력하였다.
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