KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.5
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pp.1935-1946
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2013
In this study, the behavior characteristics of bent pile structures with varying cross-section was examined through the measured results of field load test. A framework for determining the bending stress is calculated based on the stresses in the circumference of the pile using 3D finite element analysis. It is found that the bending stress near the pile-column joint changes rapidly and fracture zones occurs easily at variable cross-sections in bent pile structures. Also, the optimized column-pile diameter ratio was analyzed through the relationship between the column-pile diameter ratio and lateral crack load ratio. Based on this study, the optimized column-pile diameter ratio can be obtained near the inflection point of the curve between the column-pile diameter ratio and lateral crack load ratio. Therefore, a present study by considering the optimized variable cross-section condition would be improved bent pile structures design.
In this study, simplified analysis (discrete analysis of column and pile) of pile bent structures was performed on the basis of the equivalent base spring model. And the minimum reinforcement ratio in pile bent structures was evaluated by taking into account various factors. To obtain the detailed information, simplified analysis was performed for column-pile interactions and the behavior of a column-pile was estimated and highlighted. Based on this study, it is shown that previous design method based on virtual fixed point theory cannot adequately predict the physical behavior of pile bent structures. It is found that the maximum bending moment is located within craking moment of the pile when material non-linearity is considered. It is also found that the minimum reinforcement ratio (=0.4%) is appropriately applicable for the optimal design of pile bent structure under ultimate lateral loading.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.5
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pp.1915-1933
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2013
In this study, the virtual fixed point analysis and 3D fully modeling analysis for bent pile structures are conducted by considering various influencing factors and the applicability of the virtual fixed point theory is discussed. Also, the optimized column-pile length ratio is analyzed for supplementing virtual fixed point design and examining a more exact behavior of bent pile structures by taking into account the major influencing parameters such as pile length, column and pile diameter, reinforcement ratio and soil conditions. To obtain the detailed information, the settlement and lateral deflection of the virtual fixed point theory are smaller than those of 3D fully modeling analysis. On the other hand, the virtual fixed point analysis overestimates the axial force and bending moment compared with 3D fully modeling analysis. It is shown that the virtual fixed point analysis cannot adequately predict the real behavior of bent pile structures. Therefore, it is necessary that 3D fully modeling analysis is considered for the exact design of bent pile structures. In this study, the emphasis is on quantifying an improved design method (optimized column-pile length ratio) of bent pile structures developed by considering the relation between the column-pile length ratio and allowable lateral deflection criteria. It can be effectively used to perform a more economical and improved design of bent pile structures.
In order to evaluate the lateral behavior characteristics of single drilled shaft embedded in granite gneiss, a lateral load test was conducted in field. Horizontal displacement according to lateral load were measured along with the depth by an inclinometer installed in the shaft. In this study, We have evaluated horizontal displacement characteristics comparing the measurement values with calculating results by theoretical formula. Based on the comparison, the Chang's method was similar with the measurement values even though it was slightly underestimated. However, the finite analysis method and p-y method was overestimated, especially on the upper part of the ground.
One of the construction methods applied as a pier foundation type is a single type cast-in-place pile. In applying a pile bent system as a foundation type, the main concern in designing can be said to secure the lateral bearing capacity of pile structure in system. In addition, to increase the rigidity of the pile structure, a method of increasing the lateral bearing capacity by reinforcing the pile structure with a casing has been used. However, although the reinforcing effect and appropriate reinforcing length of casing may vary depending on the soil conditions, there is insufficient studies on this, and for this reason, the entire pile structure in a pile bent system is reinforced with a casing, in the field. In addition, if the length of the entire pile is reinforced with a casing, it may lead to delays in construction and increase in construction costs. That is, in order to more effectively reinforce the pile structure with a casing, it is necessary to study the lateral bearing characteristics of the reinforced pile structure in system. And it should be determined the appropriate reinforcing length of the casing from the evaluated bearing characteristics. Therefore, in this study, the lateral bearing characteristics of piles applied with the reinforcing length of casing for each condition were evaluated through a numerical analysis. And, based on the analysis results, the appropriate reinforcing length of casing was proposed. As a result of the study, it was found that in order to effectively increase the lateral bearing capacity of pile structure, the reinforcing length of casing should be applied twice the influence range of the bending behavior of the pile, 1/β.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.3C
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pp.149-158
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2010
In this study, the behavior of Pile-Bent structure with varying diameters subjected to lateral loads were evaluated by a load transfer approach. An analytical method based on the beam-column model and nonlinear load transfer curve method was proposed to consider material non-linearity (elastic, yielding) and P-${\Delta}$ effect. For an effective analysis of behavior Pile-Bent structure, the bending moment and fracture lateral load of material were evaluated. And special attention was given to lateral behavior of Pile-Bent structures depending on reinforcing effect of materials and ground conditions. Based on the parametric study, it is shown that the maximum bending moment is located within a depth (plastic hinge) approximately 1~3D (D: pile diameter) below ground surface when material non-linearity and P-${\Delta}$ effect are considered. And distribution of the lateral deflections and bending moments on a pile are highly influenced by the effect of yielding. It is also found that this method considering material yielding behavior and P-${\Delta}$ effect can be effectively used to perform the preliminary design of Pile-bent structures.
In this study, a new design method of Pile-Bent structure considering plastic hinge was proposed on the basis of the beam-column model. To obtain the detailed informations, the optimized cross-section ratio between column and pile was analyzed to induce the plastic hinge at the joint section between the pile and column. Base on this study, the optimized diameter ratio of pile and column can be obtained below the inflection point of the bi-linear curve depending on the relations between column-pile diameter ratio ($D_c/D_p$) and normalized lateral cracking load ratio ($F/F_{Dc=Dp}$). Moreover, through comparisons with field cases to find out in-depth limit in which minimum concrete-steel ratio could be applied, in-depth limits ($L_{As=0.4%}$) normalized by the pile length ($L_p$) proportionally decrease as the pile length ($L_p/D_p$)increases up to $L_p/D_p=17.5$, and beyond that in-depth limit converges to a constant value (${\simeq}0.3$).
In this study, the virtual fixed point analysis and 3D full-modeling analysis for pile bent structures are conducted by considering various influencing factors and the applicability of the virtual fixed point theory is discussed. Also, a discrete analysis calculating separately both the superstructure and substructure of pile bent structures is performed on the basis of an equivalent base spring model by taking into account the major influencing parameters such as soil conditions, combined loading and pile diameter. The results show that the settlement and lateral deflection of the virtual fixed point theory are smaller than those of 3D full-modeling analysis. On the other hand, the virtual fixed point analysis overestimates the axial force and bending moment compared with 3D full-modeling analysis. It is shown that the virtual fixed point analysis cannot adequately predict the real behavior of pile bent structures. It is also found that discrete analysis gives similar results of lateral deflection and bending moment to those of unified analysis. Based on this study, it is found that discrete analysis considering column-pile interaction conditions is capable of predicting reasonably well the behavior of pile bent structures. It can be effectively used to perform a more economical design of pile bent structures.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.6
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pp.425-434
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2019
It is important to ensure the seismic safety of pile-bent bridges constructed in areas with thick soft ground consisting of various soil layers against seismic motion in these layers. In this study, several synthetic seismic waves that are compatible with the seismic design spectrum for rock sites were generated, and the ground acceleration history of each soil layer was obtained based on ground analyses. Using these acceleration histories, each soil layer was modeled using equivalent linear springs, and multi-support excitation analyses were performed using the input motion obtained at each soil layer. Due to the nonlinear behavior of the soft soil layers, the intensity of the input ground motion was not amplified, which resulted in the elastic behavior of the bridge. In addition, inputting the acceleration history obtained from a particular layer simultaneously into all the ground springs reduced the response. Therefore, the seismic performance of this type of bridge might be overestimated if multi-excitation analysis is not performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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