[논문]원심모형실험을 활용한 점토지반에 설치된 하이브리드 석션 버켓기초의 수평방향 지지력 평가

김재현; 이철주; 신희정; 김성환; 구정민; 정충열; 전영진

doi:10.7843/kgs.2023.39.12.61

원심모형실험을 활용한 점토지반에 설치된 하이브리드 석션 버켓기초의 수평방향 지지력 평가
Bearing Capacity Evaluation of Hybrid Suction Bucket Foundations on Clay Under Horizontal Loads Using a Centrifuge 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.39 no.12, 2023년, pp.61 - 73

김재현 (강원대학교 문화예술.공과대학 건축토목환경공학부 토목공학전공) , 이철주 (강원대학교 문화예술.공과대학 건축토목환경공학부 토목공학전공) , 신희정 (동명기술공단) , 김성환 (동명기술공단 부설연구소) , 구정민 (동명기술공단 부설연구소) , 정충열 (동명기술공단 부설연구소) , 전영진 (강원대학교 산업기술연구소)

초록
AI-Helper

석션 버켓(suction bucket)은 해양 구조물 지지를 위해 사용되는 기초구조물 중 하나로 펌프를 이용해 빠르게 기초 시공이 가능한 장점이 있다. 최근 기초 지지력을 효과적으로 증가시키고 건설 비용을 절감하기 위해 단일 석션 버켓이나 다수의 석션 버켓이 매트기초와 결합된 하이브리드 석션 버켓기초(hybrid suction bucket foundation)가 제안되었다. 하지만 현재까지 수중구조물과 같이 작은 수직하중(자중)과 모멘트 하중 조건에서 수평하중에 대한 하이브리드 석션 버켓기초의 저항 메커니즘과 지지력에 관한 실험적 연구가 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 점토지반에 설치된 하이브리드 석션 버켓기초의 수평방향 저항 메커니즘과 지지력을 평가하기 위해 하중재하시스템을 구축하고 원심모형실험을 수행하였다. 본 연구에서는 원형매트와 단일 버켓이 결합된 하이브리드 석션 버켓기초와 사각형 매트와 4개의 버켓기초가 결합된 하이브리드 그룹 석션 버켓기초를 대상으로 하였다. 본 연구를 통해 매트기초와 석션 버켓기초의 스커트(skirt) 길이가 수평방향 지지력 증진에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 그 결과, 작은 수직하중과 모멘트 하중조건에서 하이브리드 석션 버켓기초의 매트와 버켓기초 스커트가 기초의 수평방향 지지력 증진에 효과가 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Suction buckets are feasible options for offshore foundations to support subsea structures in deep water, enabling suction-induced installation by pumps. Recently, hybrid suction bucket foundations that combine single or multiple suction buckets with a mat foundation have been considered. The foundations effectively increase the load capacity while reducing construction costs. However, there is still insufficient experimental validation of hybrid suction bucket foundations regarding their bearing capacity. Furthermore, research on the horizontal load capacity under low vertical and moment loads is inadequate. In this study, we investigate the feasibility of using a hybrid suction bucket foundation for subsea installations in clay. We considered two types of hybrid suction bucket foundations: a circular mat with a single suction bucket and a square mat with multiple buckets. Centrifuge tests were performed to understand the hybrid suction bucket foundation characteristics under horizontal loads and their corresponding bearing capacity. Particularly, we verified the effect of the mat foundation and bucket embedment depth on the horizontal bearing mechanism and capacities. Results confirmed that the hybrid suction bucket foundation outperforms the single suction bucket.

주제어

표/그림 (18)

그림 Fig. 1. Single and hybrid bucket foundation types: (a) single bucket; (b) circular mat foundation with single bucket; (c) square mat foundation with multi buckets
그림 Fig. 2. Scheme of loading system for horizontal loading
그림 Fig. 3. Calibration test of the miniature load cell for tension load
그림 Fig. 4. Determination of bucket displacement and rotation angle
그림 Fig. 5. Dimensions of bucket models (unit: mm)
표 Table 1. Dimensions of suction bucket foundation models
표 Table 2. Basic soil properties of kaolin clay
표 Table 3. Testing soil condition
그림 Fig. 6. T-bar test results
그림 Fig. 7. Sign convention and notation (modified after Butterfield et al., 1997)
그림 Fig. 8. Horizontal load curves for the single and hybrid suction bucket foundation
그림 Fig. 9. The separation of soil and foundation during the horizontal loading test (T-1)
그림 Fig. 10. Horizontal bearing capacity factors for the single and hybrid suction bucket foundation
그림 Fig. 11. Center of rotation for horizontal load (T-1, T-2)
그림 Fig. 12. Image capture of the foundation rotation under horizontal load (θ =5.6°): (a) single suction bucket (T-1); (b) hybrid suction bucket (T-2)
그림 Fig. 13. Horizontal load curves for the hybrid group suction bucket foundation with different skirt length, L/D_c = 0.5 and 1
그림 Fig. 14. Behavior of hybrid group suction bucket foundation under horizontal load with different skirt length: (a) L/D_c = 1; (b) L/D_c = 0.5
그림 Fig. 15. Center of rotation for horizontal load (T-3, T-4)

참고문헌 (33)

Acosta-Martinez, H.E., Gourvenec, S.M., and Randolph, M.F. (2010), "Effect of Gapping on the Transient and Sustained Uplift Capacity of a Shallow Skirted Foundation in Clay", Soils and Foundations, Vol.50, No.5, pp.725-735.？

상세보기
Andersen, K.H., Murff, J.D., Randolph, M.F., Clukey, E.C., Erbrich, C.T., Jostad, H.P., Hansen, B., Aubeny, C., Sharma, P., and Supachawarote, C. (2005), "Suction Anchors for Deepwater Applications", In Proceedings of the 1st International Symposium on Frontiers in Offshore Geotechnics, ISFOG, Perth, Australia, pp. 3-30.？
Bhattacharya, S. (2014), "Challenges in Design of Foundations for Offshore Wind Turbines", Eng. Technol. Ref., Vol.1, No.1, 922.？
Bienen, B., Gaudin, C., Cassidy, M.J., Rausch, L., and Purwana, O.A. (2012), "Numerical Modelling of a Hybrid Skirted Foundation under Combined Loading", Computers and Geotechnics, Vol.45, pp.127-139.？

상세보기
Butterfield, R., Houlsby, G.T., and Gottardi, G. (1997), "Standardized Sign Conventions and Notation for Generally Loaded Foundations", Geotechnique, Vol.47, No.5, pp.1051-1054.？

상세보기
Cotter, O. (2010), "Installation of Suction Caisson Foundations for Offshore Renewable Energy Structures", Doctoral dissertation, Oxford University, UK.？
Dimmock, P., Clukey, E., Randolph, M. F., Murff, D., and Gaudin, C. (2013), "Hybrid Subsea Foundations for Subsea Equipment", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 139, No.12, pp.2182-2192.？

상세보기
Erbrich, C.T. and Tjelta, T.I. (1999), "Installation of Bucket Foundations and Suction Caissons in Sand-geotechnical Performance", In Offshore Technology Conference, OTC, OTC-10990.？
Finnie, I.M.S. and Randolph, M.F. (1994), "Bearing Response of Shallow Foundations in Uncemented Calcareous Soil", In International Conference Centrifuge 94, pp.535-540.？
Fu, D., Bienen, B., Gaudin, C., and Cassidy, M. (2014), "Undrained Capacity of a Hybrid Subsea Skirted Mat with Caissons under Combined Loading", Canadian Geotechnical Journal, Vol.51, No.8, pp.934-949.？

상세보기
Gaudin, C., Mohr, H., Cassidy, M. J., Bienen, B., and Purwana, O. A. (2011), "Centrifuge Experiments of a Hybrid Foundation under Combined Loading", In 21th ISOPE International Ocean and Polar Engineering Conference, ISOPE, Mountain View, CA., pp.386-392.？
Gourvenec, S. and Barnett, S. (2011), "Undrained Failure Envelope for Skirted Foundations under General Loading", Geotechnique, Vol.61, No.3, pp.263-270.？

상세보기
Houlsby, G.T. and Byrne, B.W. (2005), "Design Procedures for Installation of Suction Caissons in Sand", Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Geotechnical Engineering, Vol.158, No.3, pp.135-144.？

상세보기
Iskander, M., El-Gharbawy, S., and Olson, R. (2002), "Performance of Suction Caissons in Sand and Clay", Canadian Geotechnical Journal, Vol.39, No.3, pp.576-584.？

상세보기
Kim, D.J., Youn, J.U., Lee, K.Y., Jee, S.H., and Choo, Y.W. (2015), "Jacking Penetration Resistance of Bucket Foundations in Silty Sand Using Centrifuge Modelling", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol. 31, No. 1, pp. 25-35.？

원문보기 상세보기
Kim, D.S., Kim, N.R., Choo, Y.W., and Cho, G.C. (2013), "A Newly Developed State-of-the-art Geotechnical Centrifuge in Korea", KSCE Journal of Civil Engineering, Vol.17, No.1, pp.1-8？

상세보기
Kim, J.H. (2016), "Model Testing of Bucket Foundations for Offshore Structure in the Centrifuge and Development of Miniature Cone", Ph.D thesis, KAIST. Republic of Korea.？
Kim, J.H., Jeong, Y.H., and Kim, D.S. (2020), "Improved Load Capacity of a Hybrid Bucket Foundation for Offshore Structures in Sand", Applied Ocean Research, Vol.101, 102197.？

상세보기
Kim, J.H., Lee, S.T., and Kim, D.S. (2018), "Evaluation of Soil Disturbance due to Bucket Installation in Sand", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.34, No.11, pp.21-31.？

원문보기 상세보기
Larsen, K.A., Ibsen, L.B., and Barari, A. (2013), "Modified Expression for the Failure Criterion of Bucket Foundations Subjected to Combined Loading", Canadian Geotechnical Journal, Vol.50, No.12, pp.1250-1259.？

상세보기
Lee, J. and Aubeny, C.P. (2023), "Effect of Shared Anchor System for a Floating Offshore Wind Project on Reductions in CO2 Emissions", In Offshore Technology Conference, OTC, D011S009R005.？
Lee, S.H., Choi, C.H., and Kim, S.R. (2016), "Accumulated Rotations of Suction Bucket Foundations under Long-term Cyclic Loads in Dry Sandy Ground", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.32, No.12, pp.69-78.？

원문보기 상세보기
Li, D., Zhang, Y., Feng, L., and Gao, Y. (2015), "Capacity of Modified Suction Caissons in Marine Sand under Static Horizontal Loading", Ocean Engineering, Vol.102, pp.1-16.？

상세보기
Li, Y., Yang, S., and Zou, X. (2012), "Advanced Concept Design and Numerical Study of Suction Bucket Foundation in Deep Ocean", Ocean engineering, Vol.54, pp.142-149.？

상세보기
Madabhushi, G. (2014), "Centrifuge Modeling for Civil Engineers", CRC Press.？
Malhotra, S. (2010), "Design and Construction Considerations for Offshore Wind Turbine Foundations in North America", In GeoFlorida 2010: Advances in Analysis, Modeling and Design, pp.1533-1542.？
Randolph, M.F., Gaudin, C., Gourvenec, S.M., White, D.J., Boylan, N., and Cassidy, M.J. (2011), "Recent Advances in Offshore Geotechnics for Deep Water Oil and Gas Developments", Ocean Engineering, Vol.38, No.7, pp.818-834.？

상세보기
Stewart, D.P. and Randolph, M.F. (1994), "T-bar Penetration Testing in Soft Clay", Journal of Geotechnical Engineering, Vol.120, No.12, pp.2230-2235.？

상세보기
Supachawarote, C., Randolph, M., and Gourvenec, S. (2004), "Inclined Pull-out Capacity of Suction Caissons", In ISOPE International Ocean and Polar Engineering Conference, ISOPE, pp.500-506.？
Tjelta, T.I., Guttormsen, T.R., and Hermstad, J. (1986), "Large-scale Penetration Test at a Deepwater Site", In Offshore Technology Conference, OTC, pp.OTC-5103.？
Tran, M.N. and Randolph, M.F. (2008), "Variation of Suction Pressure during Caisson Installation in Sand", Geotechnique, Vol. 58, No.1, pp.1-11.？

상세보기
Vazquez, A., Izquierdo, U., Enevoldsen, P., Andersen, F. H., and Blanco, J. M. (2022), "A Macroscale Optimal Substructure Selection for Europe's Offshore Wind Farms. Sustainable Energy Technologies and Assessments", Vol.53, 102768.？

상세보기
Villalobos, F.A., Byrne, B.W., and Houlsby, G.T. (2005), "Moment Loading of Caissons Installed in Saturated Sand", In Proceedings of international symposium on frontiers in Geotechnics, ISFOG. University of Western, Australia, pp.411-16.

저자의 다른 논문 :

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증