• 한국지반공학회논문집
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• 제29권7호
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• pp.57-74
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• 2013

본 연구에서는 단일 현장타설말뚝의 가상고정점 해석과 기둥과 말뚝을 3차원 전체 모델링한 해석을 비교 분석하여 가상고정점 해석의 적정성을 평가하였다. 또한, 가상고정점 해석을 보완하기 위하여 단일 현장타설말뚝의 기둥과 말뚝을 분리하여 등가 지반면 스프링 모델을 적용한 분리해석을 수행하였다. 이 때 지반조건, 하중, 말뚝직경 등의 주요 영향인자에 따라 그 거동을 분석하였다. 본 연구결과, 가상고정점을 고려한 해석에서의 침하량과 수평 변위는 전체 모델링한 해석과 비교하여 작게 발생했으나, 축력과 휨모멘트는 크게 나타났다. 따라서 가상고정점을 통한 해석법은 실제 구조물 거동과 다른 단부조건으로 단일 현장타설말뚝의 정확한 거동을 파악하기엔 무리가 있음을 알 수 있었다. 또한, 기둥과 말뚝을 단일부재로 모델링하는 일체해석과 기둥-말뚝의 상호작용을 고려한 분리해석의 결과에는 서로 차이가 없었으며, 이를 통해 기둥-말뚝의 상호작용을 고려한 분리해석은 가상고정점 해석에서 상하부 일체해석으로 넘어가는 중간단계의 비교적 정확하고 경제적인 설계법임을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권9호
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• pp.5-17
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• 2022

최근, 잔교식 말뚝 구조물의 응답스펙트럼해석 시 지반-말뚝 상호작용을 모사하기 위해 가상고정점(virtual fixed point) 및 탄성지반스프링(elastic soil spring) 방법에 관한 몇몇 연구가 수행되어 왔다. 그러나, 가상고정점 방법 및 탄성지반스프링 방법의 경우 지진 가속도 크기에 따라 변하는 지반 스프링 강성을 적절히 고려할 수 없으며, 현재까지 이를 고려한 잔교식 말뚝 구조물의 응답스펙트럼해석에 관한 연구는 부족한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 지진 가속도 크기에 따라 변하는 지반 스프링 강성을 고려하여 응답스펙트럼해석을 수행하였으며, 기존에 제시된 가상고정점 및 탄성지반스프링 방법과의 비교를 통해 잔교식 말뚝 구조물의 동적 거동을 평가하였다. 실험 및 해석을 비교한 결과, 가상고정점 모델의 경우 모멘트 차이가 최대 117% 발생하였고, Terzaghi(1955) 탄성지반스프링 모델의 경우 모멘트 차이가 최대 21% 발생하였다. 반면, API(2000) p-y 곡선을 바탕으로 지진 가속도 크기에 따라 변하는 지반 스프링 강성을 고려하여 응답스펙트럼해석을 수행하는 경우 실험 및 해석의 모멘트 차이가 최대 4% 미만으로 도출되어 실험모델의 응답을 가장 적절히 모사하는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.181-188
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• 2014

이 연구에서는 기존의 가상고정점 모델을 통한 단일 현장타설말뚝 설계를 보완하고자, 등가 지반면 스프링 모델을 바탕으로 한 기둥과 말뚝의 상호작용을 고려한 해석법을 제시하였으며, 이를 토대로 주요 영향인자에 따라 말뚝의 최소철근비 적용성을 분석하였다. 나아가, 기둥과 말뚝 조건을 고려하여 말뚝에 철근비별 적용 가능한 한계깊이를 제안하였다. 이 연구 결과, 기둥-말뚝의 상호작용을 고려한 해석은 가상고정점 모델 해석에서 전체 모델링 해석으로 넘어가는 중간단계의 비교적 정확하고 경제적인 설계법임을 알 수 있었으며, 이 해석법을 통해 최소철근비 적용성을 평가한 결과, 말뚝의 최대 휨모멘트는 말뚝재료의 균열모멘트 이내에서 모두 발생하는 것으로 나타나 말뚝에는 최소철근비(0.4%)를 적용하여도 만족하는 것을 알 수 있었다. 이를 토대로, 현장사례를 통해 철근비별 적용 가능한 한계깊이($L_{As=x%}$)를 제안하였으며, 정규화된 철근비별 적용 가능한 한계깊이 ($L_{As=x%}/L_P$)는 정규화된 말뚝길이($L_P/D_P$)에 따라 선형적으로 감소하여 일정한 값에서 수렴함을 알 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제12권2호통권45호
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• pp.221-230
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• 2000

자유단이 있는 비등방성 판의 안정성을 검토할 때, 기존의 해석적인 방법으로는 다양한 하중 조건 및 경계조건에 대해 좌굴하중 및 좌굴모드를 구할 수 없다. 이러한 단점을 해결하기 위해 수치해석 기법인 유한차분법을 사용하였다. 유한차분법을 적용할 때, 자유경계의 가상점 처리가 가장 난해하게 되므로 1변이 자유이고 3변이 고정인 경우와 마주보는 2변이 자유이고 다른 2변이 고정인 경우를 해석 모델로 삼아 좌굴해석을 수행하였다. 본 논문에서는 자유경계를 갖는 비등방성 판의 해석 기법으로 유한차분법을 제시하였으며, 다양한 수치해석을 통하여 자유경계의 좌굴하중 및 모드 특성을 규명하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권5호
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• pp.285-295
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• 2020

해상에 설치된 관측타워에 미치는 환경 하중 변화에 따른 구조물의 동특성 파악은 구조물의 안전성 평가에 중요한 인자로 활용되고 있다. 이 연구에서는 새만금 방조제 인근에 위치한 만경해상관측타워(이하 만경타워) 구조물에 대한 현장계측실험을 통하여 동특성을 분석하고 수치해석모델을 구성하였다. 계측실험 결과, 조위가 하강할수록 고유주파수는 증가하는 추세를 보였다. 또한 동일한 모드가 2개의 주파수를 갖는 것을 확인하였으며, 이는 세굴에 의하여 파일과 지반이 접촉 시에 고유주파수가 일부 증가하는 현상으로 판단되었다. 수치해석을 위하여 구조물의 상부 질량, 가상고정점, 세굴 깊이 및 유체 영향을 고려한 부가 질량 등을 만경타워의 구조적 특성으로 반영하였으며, 추정된 고유주파수 및 패턴서치 알고리즘으로부터 수치해석모델에 대한 모델 개선 작업을 수행하였다. 개선된 해석모델로부터 추후 만경타워에 대한 안정성 검토 측면에서의 연구에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.69-72
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• 2008

최근 기술적인 발전과 더불어 경제적이고 신속한 시공성 그리고 내진성능 향상을 위하여 별도의 말뚝캡을 설치하지 않고 말뚝과 기둥을 하나의 부재로 사용하는 이른바 말뚝기초-교각의 일체화구조(Pier-Shafts)가 국 내외에서 많이 적용되고 있다. Pier-Shafts의 경우, 기초부분이 기존의 기초형식과는 달리 고정화되어 있지 않기 때문에 가상고정점 또는 탄성지반상의 보 이론에 기초한 해석법 등 종전의 단순해석법이 적용되지 않으며, 구조물과 지반 사이의 상호작용을 고려하는 것이 매우 중요하다. 또한, 상 하부의 일체화에 따른 연속성 등 구조적인 특성으로 인해 큰 수평 변위가 발생될 수 있기 때문에 횡방향 거동에 관한 정밀한 검토가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 철근콘크리트 구성모델, 지반 구성모델 및 두께를 갖는 탄소성 경계면 모델을 적용한 유한요소해석 프로그램을 이용하여 다양한 지반층을 고려한 Pier-Shafts의 거동을 분석하였으며, 기존의 실험 및 해석결과와 비교.검토하여 해석기법의 타당성을 검증하였다. 또한, 지진하중을 받는 Pier-Shafts의 내진성능을 평가하기 위하여 지반을 고려한 전체 Pier-Shafts 시스템에 대한 내진해석을 실시하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.421-430
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• 2013

수평하중이 지배적인 해상 풍력발전기 설계 시에는 지반-기초구조물 거동을 정확히 모사하여야 상부구조물에 대한 정확한 거동예측이 가능하며, 합리적 설계가 이루어질 수 있다. 현재 다양한 지반 모델링 기법이 존재하나, 모노파일 기초 설계 시, 각 해석 기법에 대한 충분한 검증 절차 없이 해석 결과를 그대로 사용할 경우 구조물을 과다 및 과소하게 설계할 우려가 있다. 이에 본 연구에서는 지반 모델링 기법 차에 따른 모노파일의 부재력 및 수평변위 차를 비교 분석하였다. 검토 결과 고정단 모델은 최대 수평변위를 과소평가 하여 사용성 검토 측면에서 적합하지 않은 것으로 나타났으며, 고정단 모델, 지반강성행렬 모델은 모노파일의 부재력을 과소평가하는 것으로 나타났다. 반면 가상고정점 모델은 모노파일의 부재력을 과대평가하여 경제성 측면에서 적합하지 않은 것으로 나타났다. 지반반력계수 모델과 p-y곡선 모델의 경우 3D 지반 모델링 해석 결과와 비교적 유사한 수평변위 및 부재력을 나타냈으며, 지반을 2D로 모델링한 경우 타 모델링 기법에 비해 과대한 수평변위와 부재력을 산정했다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.33-43
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• 2011

본 연구에서는 등가 지반면 스프링 모델을 적용한 단일 현장타설말뚝의 간편해석(기둥-말뚝의 상호작용을 고려한 분리해석)을 수행하였다. 이 때 지반조건, 하중, 말뚝직경 등의 영향인자에 따라 검증하였으며, 단일 현장타설말뚝에 적용된 철근량을 분석하여 말뚝의 최소 철근비 적용성을 평가하였다. 본 연구결과, 기존 기둥과 말뚝을 단일부재로 모델링하는 일체해석과 기둥-말뚝의 상호작용을 고려한 분리해석의 결과에는 서로 차이가 없었으며, 이를 통해 가상,고정점을 통한 해석법은 단일 현장타설말뚝의 정확한 거동파악이 어려움을 알 수 있었다. 또한 재료의 비선형성을 고려한 해석결과, 말뚝부에서 발생하는 휨모멘트는 말뚝재료의 균열모멘트 이내에서 모두 발생하였으며, 수평변위도 허용 수평변위 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 따라서 단일 현장타설말뚝의 말뚝부에는 최소철큰비 기준인 0.4% 철근량만을 배근하여도 안정성이 확보되는 것을 알 수 있었으며, 기둥-말뚝의 상호작용을 고려한 분리해석은 상하부 일체해석으로 가는 중간단계의 비교적 정확하고 경제적인 설계법임을 알 수 있었다.