[논문]진동대 시험을 이용한 중공블록 보강 기초의 내진성능분석

신은철; 이연정; 양태철

doi:10.12814/jkgss.2021.20.4.085

초록
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한반도의 70%는 산지로 구성되어 있으며, 서해와 남해의 수심은 상대적으로 얕은 편이다. 따라서, 공업단지, 주거단지, 항만 및 공항 부지를 위한 대규모 간척사업이 시행되고 있다. 매립지역의 일반적인 문제는 지반이 연약하여 지지력이 부족할 뿐만 아니라 상당한 침하가 발생된다는 것이다. 중공블록은 중·저층 아파트 또는 단층의 공장건물을 건설하기 위해 계획된 느슨한 연약기초 지반보강을 위해 사용된다. 최근 4.0~5.0의 강도를 가진 지진이 서쪽과 남동쪽 해안지역을 따라 발생하고 있다. Lee (2019)는 정적 지지력시험을 통해 얕은 기초보강 중공블록의 장점에 대하여 연구하였다. 이 연구에서 블록 내부에 쇄석으로 채움된 보강된 모래지반의 중공블록 동적거동은 진동대 1000 mm × 1000 mm 시험을 통해 연구하였다. 3가지 지진파인 Ofunato, Hachinohe, Artificial 지진파와 2가지 가속도(0.154g, 0.22g)를 진동대 시험에 적용하였다. 중공블록으로 보강된 지반 위의 구조물 수평변위는 LVDT를 사용하여 측정하였다. 중공블록에 의한 지반보강 효율을 평가하기 위하여 지반의 상대밀도를 45%, 65%, 85%로 각각 구성하였으며, 수평변위를 측정하고 한계수평변위 0.015h(건축물 내진등급기준, 2019)와 비교하였다. 중공블록으로 보강된 모래지반에 대한 진동대 시험 결과에 기반해서 벌집 모양의 중공블록은 블록내부에 쇄석 채움으로서 큰 구속력을 가지며, 중공블록의 내부 및 외부를 따라 발생하는 관입저항력으로 인한 큰 주면마찰력을 갖는 것으로 평가되었다. 이러한 모든 요소들은 진동대 시험 중에 수평변위를 상당이 줄이는 것으로 나타났다. 마지막으로, 중공블록 보강 지반은 지진파와 가속도에 상관없이 중·저층 건물의 얕은기초 보강공법으로 매우 우수함이 입증되었다.

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The seventy percentage of Korean Peninsular is covered by the mountainous area, and the depth of west sea and south sea is relatively shallow. Therefore, a large scale land reclamation from the sea has been implemented for the construction of industrial complex, residental area, and port and airport...

The seventy percentage of Korean Peninsular is covered by the mountainous area, and the depth of west sea and south sea is relatively shallow. Therefore, a large scale land reclamation from the sea has been implemented for the construction of industrial complex, residental area, and port and airport facilities. The common problem of reclaimed land is consisted of soft ground, and hence it has low load bearing capacity as well as excessive settlement upon loading on the ground surface. The hollow concrete block has been used to reinforce the loose and soft foundation soil where the medium-high apartment or one-story industrial building is being planned to be built. Recently the earthquakes with the magnitude of 4.0~5.0 have been occurred in the west coastal and southeast coastal areas. Lee (2019) reported the advantages of hollow concrete block reinforced shallow foundation through the static laboratory bearing capacity tests. In this study, the dynamic behavior of hollow concrete block reinforced sandy ground with filling the crushed stone in the hollow space has been investigated by the means of shaking table test with the size of shaking table 1000 mm × 1000 mm. Three types of seismic wave, that is, Ofunato, Hachinohe, Artificial, and two different accelerations (0.154 g, 0.22 g) were applied in the shaking table tests. The horizontal displacement of structure which is situated right above the hollow concrete block reinforced ground was measured by using the LVDT. The relative density of soil ground are varied with 45%, 65%, and 85%, respectively, to investigate the effectiveness of reinforcement by hollow block and measured the magnitude of lateral movement, and compared with the limit value of 0.015h (Building Earthquake Code, 2019). Based on the results of shaking table test for hollow concrete block reinforced sandy ground, honeycell type hollow block gives a large interlocking force due to the filling of crushed stone in the hollow space as well as a great interface friction force by the confining pressure and punching resistance along the inside and outside of hollow concrete block. All these factors are contributed to reduce the great amount of horizontal displacement during the shaking table test. Finally, hollow concrete block reinforced sandy ground for shallow foundation is provided an outstanding reinforced method for medium-high building irrespective of seismic wave and moderate accelerations.

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그림 Fig. 1. Confined stress of concrete modular block
그림 Fig. 1. Concept of hollow modular concrete block reinforced shallow foundation (Lee, 2019)
그림 Fig. 3. A set of hollow concrete modular block
그림 Fig. 4. In-put seismic waves
표 Table 1. Properties of foundation soil and fill materials
그림 Fig. 5. Shaking table test set-up for hollow concrete block reinforced sandy ground
표 Table 2. The conditions of shaking table test
그림 Fig. 6. Variation of horizontal displacement with elapsed time
그림 Fig. 7. Horizontal displacement with seismic wave
그림 Fig. 8. Variation of horizontal displacement with relative density

참고문헌 (11)

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Jang, W. R., Park, J. J., Shin, E. C., Jeon, C. K. and Kang, H. H. (2008), "Influence on the Sheet Pile Withdrawing Influence by Using Shaking Table Test", Korean Society of Civil Engineering Annual Conference, pp.3891-3894.
Jeon, N. S., Choe, M. J., Kwon, O. K. and Kim, D. S. (2006), "A Study on Size Effect of Model Test by 1g Shaking Table Test and One-Dimensional Ground Response", Korean Society of Civil Engineering Annual Conference, pp.4116-4119.
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Lee, C. H. (2019), A Study on Bearing Characteristics of Shallow Foundation Reinforced with Hollow Concrete Block Layer, Ph. D. Thesis, Incheon National University, Korea.
Lee, C. H., Kim, I. D., Kim, D. H., Shin, E. C. and Yang, T. C. (2019), "Settlement Characteristics of Shallow Foundation using Hollow Concrete Block through Laboratory Model Test", Proceedings of 2019 Fall Geosynthetics Conference, pp. 11-12.
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Park, I. J., Kim, S. W., Jang, W. H., Kim, H. T. and Yoo, C. H. (2006), "Evaluation of Seismic Performance for Reservoir Dams in Korea", Journal of Korean Geoenvironmental Society, Vol.7, No.6, pp 89-100.
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