• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.685-703
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• 2017

최근, 도심지에 초고층 아파트, 롯데월드타워와 같은 초고층빌딩의 수가 증가하면서 말뚝기초에 작용하는 풍하중, 지진하중, 토압 등 수평하중의 중요성이 높아지고 있다. 또한 도심지의 지상공간이 포화되면서 발생하는 다양한 문제를 해결하기 위하여 지하공간 개발은 유용한 해결책으로 언급되고 있다. 따라서 도심지 지하공간 개발에서 터널굴착에 대한 수직하중과 수평하중을 받는 말뚝의 거동, 지하공간의 개발을 모사하는 터널굴착과 관련된 연구는 많은 연구자들에 의해 수행되고 있다. 하지만, 수직하중과 수평하중을 받는 말뚝과 터널굴착으로 야기되는 상호거동에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 도심지의 상황을 반영하여 수직하중과 수평하중을 받는 기존 구조물 하부에 터널을 굴착함으로써 야기되는 말뚝의 거동을 실내모형시험, 근거리사진계측 및 수치해석을 통해 비교 및 분석하였다. 말뚝과 터널의 수평이격거리(0.0D, 1.0D, 2.0D: D = 터널직경)와 허용수평하중의 크기($0.34P_{ah}$, $0.67P_{ah}$, $P_{ah}$)에 따라 총 9 CASES로 분류하여 터널굴착에 따른 말뚝의 축력과 거동을 관찰하였다. 그 결과 말뚝과 터널의 수평이격거리가 가까울수록 말뚝은 터널 굴착의 영향을 크게 받는 것을 알 수 있었고 수평이격거리가 멀어질수록 터널굴착의 영향보다는 허용수평하중의 영향을 더 크게 받는 것을 알 수 있었다. 또한, 수평이격거리가 증가하고 허용수평하중의 크기가 증가할수록($P_{ah}$) 말뚝 축력의 변화양상이 크게 발생하는 것을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.63-73
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• 2011

반복수평하중을 받는 말뚝의 거동은 반복하중의 크기와 재하횟수 뿐만 아니라 반복하중의 재하방법(한방향 또는 양방향 재하)에도 영향을 받는다. 본 연구에서는 반복수평하중의 재하방법이 모래지반에 타입된 항타말뚝의 거동에 미치는 영향을 조사하기 위해서 가압토조를 이용한 모형말뚝재하시험을 수행하였다. 실험결과에 따르면 반복수평하중을 한방향으로 받는 말뚝의 누적 영구수평변위는 최초 재하방향과 같은 방향으로 발생하지만, 반복하중을 양방향으로 받는 말뚝의 영구수평변위는 최초 재하방향과 반대 방향으로 발생하였다. 그리고 이와 같은 반복하중의 재하방법에 따른 말뚝 영구수평변위의 변화로 인해 한방향 반복재하는 말뚝의 반복극한수평지지력을 감소시키고 양방향 반복 재하는 말뚝의 반복극한수평지지력을 증가시켰으며, 수평하중의 반복재하횟수가 많아질수록 하중의 재하방법에 따른 말뚝의 반복극한수평지지력 차이는 더욱 확대되었다. 또한 반복수평하중의 재하방법에 따른 말뚝 주변지반의 다짐도 차이로 인해 수평하중이 반복재하되는 동안 말뚝에 발생하는 최대 휨모멘트는 반복하중이 양방향보다 한방향으로 재하되는 경우에 더 크게 나타났다. 그러나 극한상태에서 말뚝에 발생한 최대 휨모멘트는 반복하중이 한방향보다 양방향으로 재하된 경우에 그리고 반복재하를 받은 경우보다 그렇지 않은 경우에 더 큰 것으로 조사되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권12호
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• pp.41-50
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• 2010

반복수평하중을 받는 말뚝의 거동은 정적하중을 받는 경우와 다르며, 지반 및 하중특성에 영향을 받는다. 본 연구에서는 모래지반에서 반복하중특성이 말뚝의 수평거동에 미치는 영향을 조사하기 위하여 가압토조를 이용한 모형말뚝 재하시험을 수행하였다. 실험결과에 따르면 반복수평하중을 받는 말뚝의 극한수평지지력은 하중의 반복재하횟수가 많아질수록 선형적으로 감소하였고 수평하중의 크기가 커질수록 조금씩 증가하였다. 그리고 수평하중의 반복재하횟수가 증가할수록 극한상태에서 말뚝에 발생하는 최대 휨모멘트는 감소했으나 그 발생위치는 말뚝 근입길이의 0.36배 되는 곳으로 일정하였다. 반면 반복수평하중의 크기가 증가하면 극한상태에서 말뚝의 최대 휨모멘트와 그 발생위치가 조금씩 증가하였으며, 반복수평하중은 정적하중에 비해 말뚝의 극한수평지지력과 극한상태에서 말뚝의 최대 휨모멘트를 감소시키는 것으로 나타났다. 또한 모형실험결과에 근거해서 조밀한 모래지반에서 반복수평하중을 받는 말뚝의 극한수평지지력을 산정할 수 있는 지지력산정식을 제안하였으며, 제안식으로부터 얻은 계산치를 실험치와 비교한 결과 제안식은 모형실험의 결과를 잘 반영하는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권4C호
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• pp.175-183
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• 2010

대구경 말뚝의 수평 하중전이 거동 및 변형 해석을 위해 수평하중전이 해석법(p-y 곡선법)이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는, 기존 p-y 해석법의 단점을 보완하기 위하여, 지반의 연속성을 고려한 수평 지반저항력 산정법을 고찰하였으며, 3차원 유한요소 해석을 이용하여 수평하중을 받는 말뚝의 연속체 모델링을 수행하였다. 이를 바탕으로 심도별 말뚝 주변부 발생응력을 바탕으로 하중전이 함수를 산정하고 지반 연속성에 영향을 주는 인자들을 매개변수 연구를 통해 검증하였다. 현장재하시험 사례와의 비교분석 결과, 말뚝 주변부 지반응력을 이용한 유한요소 해석방법은 기존 p-y 곡선에 비해 수평하중을 받는 말뚝의 하중전이 거동을 보다 정확히 예측할 수 있음을 확인하였다. 따라서, 수평하중을 받는 대구경, 대심도 말뚝 설계 시, 신뢰성 있는 수평하중전이 함수의 산정이 중요하며, 지반연속성을 고려하면 보다 경제적인 설계를 할 수 있음을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권6D호
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• pp.951-960
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• 2006

본 연구에서는 실제 주행차량의 수평하중이 다양한 층 경계면 마찰계수 상태의 포장구조체에 미치는 영향을 고찰하기 위해 수평하중을 고려한 포장구조해석 모델링을 구축하였다. 기존 해석프로그램의 경계층 평가분석을 고찰하기 위하여 기존 다층탄성해석프로그램인 KENLAYER와 구축된 모델링을 이용한 상용 유한요소해석프로그램 ABAQUS 로부터 연직하중과 수평하중이 작용하는 경우 및 하중조합의 경우 포장체 거동을 비교분석하였다. 또한 각각의 하중상태하에서 경계층 상태에 따른 포장구조체의 공용성을 평가한 후, 연직하중과 수평하중이 동시에 가해지는 포장구조체의 경계면 상태에 따른 영향계수의 데이터베이스를 구축하였다. 기존의 주행차량의 연직하중만을 고려한 경우와 실제 주행차량의 수평하중과 연직 하중을 고려한 경우 포장구조체에 미치는 영향을 분석한 결과, 수평하중의 작용으로 인해 공용수명이 약 1/300로 감소하므로, 포장구조해석시 주행차량의 수평하중을 고려한 층 경계면 영향계수 개발이 필요함을 알 수 있었다. 또한 국내 고속도로의 대표단면을 이용하여 수치해석을 실시한 결과, 아스팔트층의 두께가 얇을수록, 또한 아스팔트층의 탄성계수가 작을수록 경계면 상태에 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 포장구조해석시 주행차량의 수평하중을 고려하기 위하여 포장구조체 공용수명에 영향을 미치는 아스팔트층의 두께, 탄성계수, 그리고 경계면 조건으로부터 아스팔트층 하부의 인장변형률을 결정하는 인장변형률 예측식을 제안하였고, 공용중인 포장구조체의 두께와 탄성계수를 이용하여 인장변형률 예측식을 해석적으로 검증하였다. 또한 제안된 예측식을 이용하여 아스팔트층과 보조기층 사이의 접합여부에 따른 인장변형률 영향계수를 개발하였다.

• 한국윤활학회:학술대회논문집
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• 한국윤활학회 1999년도 제29회 춘계학술대회
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• pp.61-66
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• 1999

반복 응력 상태 아래서 알루미나 세라믹의 피로 표면손상 누적현상이 분석되었다. 연속 미끄럼 접촉 시에 발생하는 응력 상태를 재현하기 위해서 동시에 작용하는 수직-수평 반복 압축하중 기법이 사용되었다. 알루미나 구와 평판의 접촉면에서 알루미나 미세 결정의 피로 파손에 의한 마모 입자 형성 기구가 관찰되었고, 반복하중의 횟수와 수직-수평 하중비가 커질수록 마모량은 증가하였다. 반복 접촉하중에 의한 표면손상 누적이 접촉 수직 변위 측정으로 정량화 되었다. 두 접촉 구조물의 강성 (하중-변위 선도의 기울기) 변화가 두 재질의 탄성계수의 변화로 표현되었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권8호
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• pp.57-64
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• 2012

본 연구에서는 모형실험을 실시하여 수평하중 작용 시 무리말뚝의 거동을 평가하였다. 암반을 모사한 콘크리트 블럭에 모형말뚝을 말뚝직경(D)의 1배로 근입시키고, 상부에 모래를 1m 깊이로 포설한 $2{\times}3$ 배열의 무리말뚝에 대하여 모형실험을 실시하였다. 그리고 말뚝길이는 11D, 15D와 20D의 세 종류이다. 각 조건에 대한 모형실험의 결과를 수평하중-변위 곡선으로 나타냈으며, 지반 속에서 발생한 말뚝의 변위를 측정하였다. 모형실험 결과, 말뚝 길이/직경의 비(L/D)가 작아질수록 항복하중은 커지고, 항복하중에서의 수평변위는 증가하는 경향을 나타냈다. 도로교설계기준의 수평변위 기준인 15mm에서의 하중을 비교한 결과, L/D가 11, 15, 20에서의 항복하중은 각각 11.7, 6.2, 3.4kN으로 나타났다. 모든 실험 조건에 대하여 지반 속에서 발생한 말뚝의 수평변위는 거의 직선적으로 나타났고, 모형 말뚝이 콘크리트 블록에 소켓된 지점에서 파괴가 발생하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제7권3호
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• pp.11-21
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• 2005

본 연구에서는 기존의 아스팔트 콘크리트 포장구조해석에 사용되는 다층탄성해석에서 경계면의 영향을 평가하기 위해 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS와 다층탄성 프로그램인 KENLAYER를 이용하여 연직하중이 작용하는 경우의 경계면 특성에 따른 포장성능에 관한 비교 분석을 실시하였다. 그리고 실제 주행하중에 의해 발생되는 수평하중이 포장체에 미치는 영향을 고찰하기 위해 수평하중을 고려한 포장구조해석도 실시하였다. 이를 위해 ABAQUS를 이용하여 경계면 상태에 따른 포장구조체 내부에서 발생하는 변형률 및 처짐을 분석하고, 경계면의 접합상태에 따른 효과를 분석하였다. 이러한 과정을 통해 경계면 상태에 따른 포장체의 공용성에 관한 기존의 정성적 평가로부터 수치해석을 통해 정량적 평가를 실시하고, 경계면 효과에 대한 기본연구를 실시하였다. 연구 결과 기존 해석에서 사용되는 연직하중만 작용하는 경우와 실제 주행하중을 모사하는 연직하중과 수평하중이 동시에 작용하는 경우 수평하중의 작용으로 인해 공용횟수가 약 1/300로 감소하여 포장구조해석시 수평하중을 고려한 해석이 절실히 필요함을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권11호
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• pp.63-73
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• 2010

해상풍력발전기의 기초로 사용되는 단말뚝은 풍력과 파랑하중에 의해 큰 크기의 반복수평하중을 받는다. 본 연구에서는 모래지반에서 반복수평하중을 받는 항타말뚝의 거동 특성을 조사하기 위해서 가압토조와 길이가 다른 3개의 모형말뚝을 이용해서 모형말뚝재하시험을 수행하였다. 실험결과에 따르면 하중의 최초 재하는 그 이후에 가해지는 반복재하보다 말뚝의 수평변위를 크게 발생시키고, 반복하중의 재하횟수가 증가함에 따라 1회 재하로 인해 발생하는 말뚝의 수평변위량은 감소하는 것으로 나타났다. 하중의 한방향 반복재하는 말뚝의 영구수평변위를 재하방향으로 증가시킨 반면, 양방향 반복재하는 최초 재하방향과 반대방향으로 말뚝의 영구수평변위를 증가시켰다. 그리고 반복 하중으로 인한 말뚝의 영구수평변위는 지반의 상대밀도가 감소하거나 말뚝에 가해지는 반복하중의 크기가 커질수록 급격히 증가하였고, 지반의 토압계수나 말뚝의 근입길이 변화에는 크게 영향을 받지 않았다. 또한 모형실험의 결과에 근거해서 하중이 한방향으로 반복재하될 때 말뚝의 영구수평변위와 영구회전각을 예측할 수 있는 산정식을 제안하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권5호
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• pp.487-495
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• 2013

국내 현실을 고려한 직접해석법 적용 방안의 제안을 위한 기초 연구로 국내의 강구조물 제작 및 설치시 적용되는 초기변형 허용값을 반영한 직접해석법 적용의 타당성을 해석적으로 평가하였다. 해석의 주요 변수로는 골조의 규모, 축력비, 축력분포, 가상하중 크기, 가상하중 가력 위치, 최소수평하중 개념 적용 여부 등을 적용하였다. 수치해석적 연구 결과 국내 초기변형 허용값인 L/700의 적용은 타당한 것으로 나타났으며, 이를 위한 방안으로 초기변형 허용값 L/700에 근거한 가상하중을 B2계수의 결과가 1.5 이하이고 수평하중이 존재하는 경우에라도 수평하중과 가상하중간에 최소수평하중 개념을 이용하여 층수평하중 형태로 가력하는 방법을 제안하였다.