A Study on the Behaviour of Prebored and Precast Steel Pipe Piles from Full-Scale Field Tests and Class-A and C1 Type Numerical Analyses

In this study, a series of full-scale field tests on prebored and precast steel pipe piles and the corresponding numerical analysis have been conducted in order to study the characteristics of pile load-settlement relations and shear stress transfer at the pile-soil interface. Dynamic pile load tests (EOID and restrike) have been performed on the piles and the estimated design pile loads from EOID and restrike tests were analysed. Class-A type numerical analyses conducted prior to the pile loading tests were 56~105%, 65~121% and 38~142% respectively of those obtained from static load tests. In addition, design loads estimated from the restrike tests indicate increases of 12~60% compared to those estimated in the EOID tests. The EOID tests show large end bearing capacity while the restrike tests demonstrate increased skin friction. When impact energy is insufficient during the restrike tests, the end bearing capacity may be underestimated. It has been found that total pile capacity would be reasonably estimated if skin friction from the restrike tests and end bearing capacity from the EOID are combined. The load-settlement relation measured from the static pile load tests and estimated from the numerical modelling is in general agreement until yielding occurs, after which results from the numerical analyses substantially deviated away from those obtained from the static load tests. The measured pile behaviour from the static load tests shows somewhat similar behaviour of perfectly-elastic plastic materials after yielding with a small increase in the pile load, while the numerical analyses demonstrates a gradual increase in the pile load associated with strain hardening approaching ultimate pile load. It has been discussed that the load-settlement relation mainly depends upon the stiffness of the ground, whilst the shear transfer mechanism depends on shear strength parameters.

현장시험과 Class-A 및 C1 type 수치해석을 통한 강관매입말뚝의 거동에 대한 연구

본 연구에서는 강관매입말뚝의 하중-침하 및 전단응력 전이 특성을 분석하기 위하여 시험시공 및 수치해석을 수행하였다. 동재하시험 및 정재하시험을 수행한 결과 EOID 및 Restrike 시험을 통해 평가된 말뚝의 설계지지력은 정재하시험에서 평가된 설계 지지력에 비해 각각 약 56~105% 및 65~121%의 범위를 보였으며, 말뚝재하시험 이전에 수행된 Class-A type 수치해석의 경우 38~142%의 범위를 보였다. 또한 Restrike 시험에서 평가된 설계지지력은 EOID 시험의 설계지지력에 비해 12~60% 증가된 것으로 평가되었다. EOID에서는 선단지지력이 크게 측정되는 데 비해, Restrike 시험에서는 주면마찰력이 크게 측정되었는데 Restrike 시험의 타격에너지가 충분하지 않은 경우 말뚝의 선단지지력이 과소평가될 가능성이 있는 것으로 분석되었다. 본 연구의 분석에 의하면 동재하시험을 통해 말뚝의 지지력을 합리적으로 평가하기 위해서는 주면지지력은 Restrike 시험 결과를, 선단지지력은 EOID 시험 결과를 적용하는 것이 합리적인 것을 알 수 있었다. 정재하시험 실측값과 수치해석으로부터 예측된 하중-침하 관계는 탄성범위까지는 어느 정도 유사하지만 항복이 발생한 이후의 거동은 크게 벗어났다. 즉 실측값은 항복 이후 경화현상이 거의 없이 마치 탄성-완전소성(elastic-perfectly plastic) 재료와 유사하게 파괴에 도달되는 반면에, 수치해석에서는 변형경화(strain hardening)과정을 거치면서 파괴에 점진적으로 도달되는 경향을 보였다. 말뚝의 하중-침하 특성은 지반의 강성에 영향을 받으며, 축력분포는 지반의 전단 강도상수에 영향을 받는 것으로 나타났다.