초록 ▼

1. 최종목표
말뚝기초의 보다 효율적인 설계 및 시공관리를 위하여 말뚝자체에 계측센서를 부착한 계측용 말뚝을 개발하여 말뚝의 항타 및 진동으로 인한 말뚝-지반간의 거동 및 장기적인 지지력 확보를 위한 계측시스템을 구축하여 말뚝기초 설계시 신뢰성 향상과 시공시 효율성의 극대화에 그 목적이 있다.
2. 개발내용 및 결과
본 연구에서는 연약지반에서 동하중을 받는 말뚝의 거동계측기술 개발을 위하여 교란상태개념(Disturbed State Concept ; DSC)모델을 이용하여 흙-말뚝구조물의 동역학적 상호작용 시스템기법

1. 최종목표
말뚝기초의 보다 효율적인 설계 및 시공관리를 위하여 말뚝자체에 계측센서를 부착한 계측용 말뚝을 개발하여 말뚝의 항타 및 진동으로 인한 말뚝-지반간의 거동 및 장기적인 지지력 확보를 위한 계측시스템을 구축하여 말뚝기초 설계시 신뢰성 향상과 시공시 효율성의 극대화에 그 목적이 있다.
2. 개발내용 및 결과
본 연구에서는 연약지반에서 동하중을 받는 말뚝의 거동계측기술 개발을 위하여 교란상태개념(Disturbed State Concept ; DSC)모델을 이용하여 흙-말뚝구조물의 동역학적 상호작용 시스템기법 개발을 통하여 계측용 시험말뚝 및 하중재하시스템, 데이터처리 시스템을 이용하여 연약지반에서 동하중을 받는 말뚝의 거동계측기술을 개발하였다. 실내시험(공진주시험 및 진동삼축압축시험)자료로부터 DSC모델 매개변수를 찾고, DSC모델을 이용하여 구한 응력 증분과 변형률 증분의 관계를 표현하는 탄소성 구성방정식으로부터 진동하중을 받는 지반재료의 유효응력 및 간극수압 변화, 그리고 축차응력-축방향변형률 거동을 예측하였다. 압축 및 인장 재하시에는 DSC모델을 사용하여 변형률 경화(strain-hardening) 및 진동하중에 의한 변형률 연화(cyclic-softening)현상을 모사하고, 제하(unloading)시에는 선형탄성모델을 사용하여 근사화하였다. 예측 결과를 실내전단시험 결과와 비교하여 예측기법을 검증하였고 검증된 예측기법에 의해 영향인자 분석을 하였다. 또한 수치해석 모델을 이용하여 흙-말뚝구조물의 동역학적 상호작용 시스템기법을 개발 검증하였다.
또한 수치해석 모델을 이용하여 흙-말뚝구조물의 동역학적 상호작용 시스템기법을 활용하여 동하중을 받는 말뚝의 거동계측기술 개발을 위하여 계측센서가 부착된 계측용 시험말뚝 및 하중재하시스템, 데이터 처리 시스템을 시험 제작하였으며, 본 연구결과를 통해 개발한 흙-말뚝구조물의 동역학적 상호작용 시스템기법 및 연약지반에서 동하중을 받는 말뚝의 거동계측기술은 매우 효과적으로 실무에 적용할 수 있음을 판단된다.
3. 사업성과
○ 기술적 성과
수치해석을 통한 말뚝-지반의 거동예측은 단순화와 이상화로 인하여 실제 지반에서의 말뚝의 거동을 정확하게 예측하기 어렵고, 실제 거동의 예측을 위하여 현장재하시험 등의 실험을 통하여 결과를 도출하고 있는 실정이다. 그러나 현장실험과 수치해석을 통한 결과 값이 상이한 경우가 많으며, 현장실험을 통한 결과 값의 도출시에도 적용되는 이론에 따라 최대 400% 정도의 결과 값의 차이를 나타낸다. 계측용 말뚝 및 계측시스템을 활용하여 하중 작용시 실제 말뚝을 통한 계측으로 말뚝-지반간의 거동을 정확히 분석함으로써 신뢰성이 높은 데이터의 제공과 효율적인 시공을 위한 자료로 활용할 수 있다.
○ 경제적 성과
말뚝기초의 설계 및 시공을 위하여 주로 현장재하시험을 실시하는데, 현장재하시험은 실험에 대한 제약사항이 많으며, 실험의 수행 및 결과의 도출을 위해서는 상당한시간이 필요하다. 또한 실험결과의 분석방법에 따라 도출되는 결과의 차이가 크며, 그로 인하여 일관성이 결여된 신뢰성을 나타내고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 연구에서는 개발된 계측용 말뚝 및 계측시스템을 활용하여 하중 작용시 실제 말뚝을 통한 계측으로 말뚝-지반간의 거동을 정확히 분석함으로써 신뢰성이 높은 데이터의 제공과 효율적인 시공을 위한 자료로 활용함으로써 말뚝기초의 설계 및 시공 측면에서 경제성이 있음.
○ 활용성과 등
임해지역이나 해안 매립지, 또는 하천주위 등 연약지반에서의 구조물 시공시 기초지반의 지지력 확보를 위하여 말뚝기초를 많이 사용하고 있다. 본 연구를 통하여 개발된 기술을 활용하여 말뚝기초의 설계를 위한 신뢰성 높은 데이터의 제공과 시공 및 품질관리의 편리성과 효율성을 높임으로써 재래식 기존 방식의 대체기술이 될 것임.
4. 향후추진계획
지속적인 국내외 기술동향을 분석하여 개발제품의 성능향상을 위한 연구와 현장실험을 통한 지속적인 데이터 수집 및 수치해석과의 연계를 통한 개발제품의 신뢰성 확보를 위한 연구를 통하여 개발제품의 부가가치를 극대화시킬 예정임.

목차 Contents

• 개발결과의견서 ...1
• 최종보고요약서 (초록) ...2
• 최종연구결과보고서 ...5
• 최종보고서제출서 ...6
• 목 차 ...7
• 제 1 장 서론 ...8
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법 ...9
• 제 1 절 실내실험 ...9
• 제 2 절 수치해석을 이용한 흙-말뚝 상호작용 ...12
• 제 3 절 시제품 제작 ...13
• 제 3 장 사업성과 ...17
• 제 1 절 기술적 성과 ...17
• 제 2 절 경제적 성과 ...17
• 제 3 절 활용 성과 ...17
• 제 4 장 결론 ...18
• 제 1 절 연구개발 결과 ...18
• 제 2 절 기대효과 및 향후 계획 ...18
• 부 록 ...19