Axial loads and shaft resistances can be calculated by load transfer analysis using strain data with load level. In load transfer analysis, the elastic modulus of concrete is a one of the most important parameters to consider. The elastic modulus, $E_{50}$, suggested by ACI (American Conc...
Axial loads and shaft resistances can be calculated by load transfer analysis using strain data with load level. In load transfer analysis, the elastic modulus of concrete is a one of the most important parameters to consider. The elastic modulus, $E_{50}$, suggested by ACI (American Concrete Institute), has been commonly used. However, elastic modulus of concrete shows nonlinear stress-strain characteristic, so nonlinearity should be considered in load transfer analysis. In this paper, a load transfer analysis was performed by using data obtained from bi-directional pile load tests for four cases of drilled shafts. For consideration of nonlinearity, elastic modulus was calculated by both the Fellenius method and the nonlinear method, assuming the stress-strain relation of concrete to be a quadratic function, and then, the calculated elastic modulus was applied to the estimation of shaft resistance. The calculated shaft resistances were compared with the result obtained using the constant elastic modulus of ACI code. It was found that the f-w curves are similar to each method, and elastic modulus and shaft resistances decreased as strain increased. Moreover, shaft resistances estimated from elastic modulus considering nonlinearity were 5~15% different than those obtained using the constant elastic modulus.
Axial loads and shaft resistances can be calculated by load transfer analysis using strain data with load level. In load transfer analysis, the elastic modulus of concrete is a one of the most important parameters to consider. The elastic modulus, $E_{50}$, suggested by ACI (American Concrete Institute), has been commonly used. However, elastic modulus of concrete shows nonlinear stress-strain characteristic, so nonlinearity should be considered in load transfer analysis. In this paper, a load transfer analysis was performed by using data obtained from bi-directional pile load tests for four cases of drilled shafts. For consideration of nonlinearity, elastic modulus was calculated by both the Fellenius method and the nonlinear method, assuming the stress-strain relation of concrete to be a quadratic function, and then, the calculated elastic modulus was applied to the estimation of shaft resistance. The calculated shaft resistances were compared with the result obtained using the constant elastic modulus of ACI code. It was found that the f-w curves are similar to each method, and elastic modulus and shaft resistances decreased as strain increased. Moreover, shaft resistances estimated from elastic modulus considering nonlinearity were 5~15% different than those obtained using the constant elastic modulus.
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문제 정의
본 논문에서는 콘크리트 말뚝 부재의 탄성계수를 응력-변형률의 비선형성을 고려한 Fellenius방법과 Hognestad 방법으로 결정하여 그 결과를 탄성계수를 상수로 가정하였을 때의 결과와 비교 분석하고자 하였다. 이를 위하여 인천대교 현장에서 수행된 4본의 선단부 양방향재하시험 결과를 이용하여 주면하중전이특성을 평가하였으며 그 결과는 다음과 같다.
제안 방법
4.1절에서 구한 탄성계수들을 이용하여 각 분절의 주면하중전이곡선을 도시하고 그 결과를 비교하였다. 그림 9부터 그림 12은 각 시험말뚝에서 심도별로 산정된 주면하중전이곡선을 나타낸다.
본 논문에서는 인천대교 현장에서 수행된 총 4본의 선단부 양방향 재하시험과 하중전이 측정시험결과를 이용하였다. 각 심도별 변형률 값을 측정하였으며, 이를 이용하여 응력-변형률의 비선형성을 고려한 탄성계수를 결정하여 비교하였다. 그림 7은 각 말뚝별 할선탄성계수-변형률 관계이다.
또한 하중셀과 가장 가까운 변형률계 사이에서 발생하는 주면마찰력의 영향도 고려하기 위하여 다음 그림 2와 같이 각 심도별로 계측된 변형률 값을 이용하여, 변형률 분포를 그린 후 하중셀에서 가장 가까운 2개의 변형률 측정값을 바탕으로 하중셀에서의 변형률을 계산하였다. 계산된 하중셀에서의 변형률과 가장 가까운 심도에서의 변형률의 비를 계측된 변형률에 나누어 변형률을 보정하였으며, 보정된 변형률을 이용하여 각 말뚝의 할선탄성계수를 결정한다.
이는 하중셀과 변형률계가 설치된 심도까지의 구간에서 주면마찰력의 영향을 최소화 하기 위함이다. 또한 하중셀과 가장 가까운 변형률계 사이에서 발생하는 주면마찰력의 영향도 고려하기 위하여 다음 그림 2와 같이 각 심도별로 계측된 변형률 값을 이용하여, 변형률 분포를 그린 후 하중셀에서 가장 가까운 2개의 변형률 측정값을 바탕으로 하중셀에서의 변형률을 계산하였다. 계산된 하중셀에서의 변형률과 가장 가까운 심도에서의 변형률의 비를 계측된 변형률에 나누어 변형률을 보정하였으며, 보정된 변형률을 이용하여 각 말뚝의 할선탄성계수를 결정한다.
본 논문에서는 인천대교 현장에서 수행된 총 4본의 선단부 양방향 재하시험과 하중전이 측정시험결과를 이용하였다. 각 심도별 변형률 값을 측정하였으며, 이를 이용하여 응력-변형률의 비선형성을 고려한 탄성계수를 결정하여 비교하였다.
본 논문에서는 하중이 작용하는 선단부에서 가장 가까운 심도에 설치된 변형률계에서 측정된 변형률 값을 사용하였다. 이는 하중셀과 변형률계가 설치된 심도까지의 구간에서 주면마찰력의 영향을 최소화 하기 위함이다.
이 곡선을 정의하는 2차식을 이용하여 콘크리트의 탄성계수 변화를 고려하였다. 시험말뚝에 사용된 콘크리트의 일축압축강도가 30MPa이상이기 때문에 식 (9)를 이용하여 콘크리트 극한강도의 45%지점을 지나는 할선탄성계수를 결정하였다.
본 논문에서는 콘크리트 말뚝 부재의 탄성계수를 응력-변형률의 비선형성을 고려한 Fellenius방법과 Hognestad 방법으로 결정하여 그 결과를 탄성계수를 상수로 가정하였을 때의 결과와 비교 분석하고자 하였다. 이를 위하여 인천대교 현장에서 수행된 4본의 선단부 양방향재하시험 결과를 이용하여 주면하중전이특성을 평가하였으며 그 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
본 논문에서는 인천대교 현장에서 수행된 4본의 선단부 양방향재하시험 자료를 수집하여 연구를 수행하였다. 이를 위해, 콘크리트 말뚝 부재의 비선형성을 고려하는 방법 중 Fellenius(1989)가 제안한 방법과 Hognestad 방법(1951)으로 재하시험 및 축하중전이 시험결과를 해석하여 그 결과를 탄성계수를 상수로 가정하였을 때의 결과와 비교 분석하였다.
재하시험을 위한 시험말뚝은 직경 2.25m∼2.85m , 길이 51.2m∼56.6m 내외로, 대부분 풍화암 층을 통과하고 연암에 근입하여 시공하였으며, 재하시험을 위해 O-Cell을 이용하였다.
데이터처리
본 논문에서는 인천대교 현장에서 수행된 4본의 선단부 양방향재하시험 자료를 수집하여 연구를 수행하였다. 이를 위해, 콘크리트 말뚝 부재의 비선형성을 고려하는 방법 중 Fellenius(1989)가 제안한 방법과 Hognestad 방법(1951)으로 재하시험 및 축하중전이 시험결과를 해석하여 그 결과를 탄성계수를 상수로 가정하였을 때의 결과와 비교 분석하였다.
이론/모형
이러한 양상은 변형률이 큰 하중셀에서 가까운 심도에서 더욱 뚜렷이 발견된다. 즉, 항복이 일어날 수 있는 큰 변형률 조건 하에서 Fellenius방법과 Hognestad 방법을 이용하여 분석한 주면하중전이곡선에서의 주면마찰력이 작게 결정된다.
성능/효과
1. 응력-변형률의 비선형성을 고려한 탄성계수, EFellenius와 EHognestad는 변형률에 따라 1차 함수의 형태로 나타낼 수 있다.
2. 변형률이 작을 때는 비선형성을 고려한 탄성계수가 상수값인 E50보다 큰 값을 가지지만 변형률이 증가함에 따라 탄성계수가 감소하여 E50보다 작아진다.
각각의 탄성계수를 사용하여 그려진 주면하중전이 곡선의 경향성이 거의 동일하며 각 분절의 fmax값은 비선형성을 고려한 탄성계수를 이용하여 계산한 값이 상수값을 이용하여 산정한 fmax와 비교하였을때 약 5~15% 차이를 나타내었다.
위의 결과를 관찰하면 많은 분절에서 변위가 작을때 EFellenius와 EHognestad을 사용한 주면하중전이곡선이 E50으로 산정한 주면하중전이곡선보다 큰 주면마찰력을 가지지만 변위가 커질수록, 즉 변형률이 커질수록 그 차이가 감소하며 일정 변위 이상에서는 E50보다 작은 주면마찰력을 가지게 되어 그래프가 교차하는 양상을 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하중전이 측정시험 무엇을 해야 말뚝의 축하중 분포, 층별 주면지지력 등의 산정이 가능한가?
하중전이 측정시험은 말뚝 깊이별로 변형률계를 설치하여 하중단계에 따른 말뚝의 변형률을 계측함으로써 말뚝의 축하중 분포, 층별 주면지지력 등의 산정이 가능하다. 이때 계측된 변형률로부터 말뚝의 축 하중을 계산하기 위해서는 정확한 말뚝 강성의 산정이 매우 중요하다.
반적으로 대부분의 연구들은 콘크리트 말뚝의 탄성계수를 해석의 편의를 위하여 ACI(American Concrete Institute, 미국콘크리트협회)에서 제안한 상수값 (E50)을 적용하지만 한계는 무엇인가?
일반적으로 대부분의 연구들은 콘크리트 말뚝의 탄성계수를 해석의 편의를 위하여 ACI(American Concrete Institute, 미국콘크리트협회)에서 제안한 상수값 (E50)을 적용한다. 그러나 응력과 변형률의 관계가 비선형성을 띠는 콘크리트 부재의 특성상 상수값을 적용할 경우 해석 결과의 오차가 발생할 것이다.
본 논문에서는 인천대교 현장에서 수행된 어떤 자료를 수집하여 연구를 수행했는가?
본 논문에서는 인천대교 현장에서 수행된 4본의 선단부 양방향재하시험 자료를 수집하여 연구를 수행하였다. 이를 위해, 콘크리트 말뚝 부재의 비선형성을 고려하는 방법 중 Fellenius(1989)가 제안한 방법과 Hognestad 방법(1951)으로 재하시험 및 축하중전이 시험결과를 해석하여 그 결과를 탄성계수를 상수로 가정하였을 때의 결과와 비교 분석하였다.
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