• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제19권10호
• /
• pp.35-41
• /
• 2018

구조물을 지지하는 말뚝기초에 대한 내진설계 시 안정을 위해 지반-기초-구조물의 동적 상호작용이 반드시 고려되어야 한다. 말뚝기초의 내진설계에 정적 및 반복하중 조건에서 제안된 p-y 곡선이 이용되고 있다. 이 p-y 곡선은 지진과 같은 동하중 조건에서 지반-기초-구조물의 상호작용이 고려되지 않았기 때문에 내진설계에 적용하기 어렵다. 이에 지반-기초-구조물의 동적 상호작용을 고려한 동적 p-y 곡선에 관한 연구가 수행되었으나 공통된 조건으로 말뚝 캡이 지표면 위에 노출되어 있고, 상부구조물은 단순 중량으로 말뚝 캡에 추가하여 동적 p-y 곡선을 확인하였다. 그러나 해양구조물인 경우를 제외한 보편적인 무리말뚝의 경우 지반에 근입하여 시공됨에 따라 말뚝 캡의 근입 여부가 말뚝의 동적 p-y 곡선에 영향을 미칠 것으로 보인다. 이에 본 연구에서는 말뚝 캡의 지반 근입에 따른 무리말뚝의 동적거동을 확인하기 위해 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과 무리말뚝의 말뚝 캡이 지반에 근입된 경우와 근입되지 않은 경우의 동적거동은 다르게 나타났다.

• 한국지진공학회논문집
• /
• 제13권3호
• /
• pp.21-28
• /
• 2009

지반-말뚝-구조의 상호작용을 정밀하게 해석하기 위해서는 토층, 말뚝 그리고 구조물의 적절한 묘사가 필요하다. 일반적으로 사용하는 유한요소해석의 경우에는 지반이나 구조물의 물성이 바뀌는 경계를 따라서 요소의 경계가 정해지게 된다. 그러나 실제로는 토층 단면과 말뚝의 형상이 매우 복잡하여 요소의 배열이 매우 어려운 작업이 될 수 있다. 이 어려움을 해결하기 위하여, 이 논문에서는 불연속선의 위치에 관계없이 규칙적인 요소를 사용하여 쉽게 적분을 가능하게 하는 다른 적분 방법을 채택하였다. 이 방법을 적용함으로 써 요소는 매우 빠르고 규칙적인 강성 매트릭스를 만든다. 구조물 응답에 대한 토층과 말뚝의 영향을 조사하였고, 예를 통하여 본 방법의 유효성을 보였다. 탄성 말뚝의 사용으로 20% 대의 가속도 감소 효과를 얻었고 지반 층의 모양에 따라 그 영향이 변하는 것을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제23권3호
• /
• pp.141-147
• /
• 2007

말뚝의 동적 응답 해석을 위한 다양한 방법들이 개발되어 있으며, 이 중에서 비선형 스프링, p-y 곡선을 이용하여 지반-말뚝 상호작용을 고려하는 방법이 널리 사용되고 있다. 그러나, 현재 사용되는 동적 p-y 곡선은 정적 또는 주기 하중에 의한 횡방향 재하 시험에 의해 개발되었다. 또한, p-y 곡선에 scaling factor를 도입하여 액상화에 의한 지반-말뚝 상호작용의 영향을 모사하고자 하는 시도가 이루어져 왔으나, 지금까지 정확한 scaling factor를 산정하지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 Ig 진동대 실험으로부터 구한 말뚝 주변 지반의 과잉간극수압과 지반-말뚝 시스템의 고유진동수 관계 및 수치해석으로부터 구한 말뚝 주변 지반의 탄성계수의 변화와 지반-말뚝 시스템의 고유진동수 관계로부터, 말뚝 주변 지반의 탄성계수의 변화로 표현되는 p-y 곡선의 scaling factor를 구하였다. 그 결과, scaling factor는 과잉간극수압비에 따른 지수 함수의 형태로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제13권2호
• /
• pp.103-112
• /
• 2012

말뚝에 대한 수평지지력 산정방법은 대부분이 토압론과 지반을 말뚝으로부터 분리하여 고려하기 때문에 지반과 말뚝의 상호작용을 효율적으로 고려하지 못하고 있다. 최근에 말뚝기술이 보다 개선됨에 따라서 수평하중을 받는 말뚝의 실제거동에 대한 규명이 요구되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 말뚝과 지반의 상호작용을 고려할 수 있는 변형률 쐐기모델을 이용하여 단일 말뚝과 무리말뚝에 대한 거동 특성을 살펴보고자 한다. 수평하중을 받는 말뚝에 대한 거동을 알아보기 위하여 축소모형실험을 우선적으로 수행하였으며, 실제 규모의 말뚝조건에 대해서는 변형률 쐐기모델을 적용하여 말뚝의 거동특성을 예측하였다. 실내모형실험 결과와 수치해석의 전반적인 거동을 살펴보기 위하여 실험결과 및 해석결과를 이용하여 비교, 분석을 수행하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제29권6호
• /
• pp.19-31
• /
• 2013

기존의 설계에서는 상부구조물의 거동은 하부기초 및 지반을 고정단 조건으로 가정하여 분석하였고, 하부기초의 설계는 상부구조물의 하중조건만 고려하였다. 이는 상부구조물 및 기초의 부재력과 침하량을 과다하게 판단할 가능성이 있다. 본 연구에서는, 상부구조물과 말뚝지지 전면기초의 상호작용을 고려한 상호작용 해석기법을 제안하였으며, 전체 구조물의 거동을 파악하기 위한 상호작용해석기법의 적용성을 고찰하였다. 일련의 수치해석을 통하여 상호작용해석과 일체해석의 결과를 비교한 결과, 본 설계기법으로 산정한 말뚝지지 전면기초의 침하거동 및 휨모멘트가 유한요소해석과 유사하게 나타났다. 또한 상부구조물과 하부기초의 상호작용을 고려하여 전체구조물의 거동을 비교적 정확히 산정하는 것을 알 수 있었다. 이러한 검증을 토대로 본 해석기법이 실제 상부구조물-말뚝지지 전면기초설계에 적용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회지:지반
• /
• 제7권2호
• /
• pp.67-82
• /
• 1991

불안정한 요반지반에 기초말뚝을 사용하여 교대를 축조할 경우 뒤채움에 의한 편재하중으로 인하 여 기초말뚝과 교대 에 수평변위가 발생되는 경우가 종종 발생되고 있다. 이 경우 교대 배면의 뒤 채움 은 하부 원지반에 편재하중을 작용시키게 되므로 결국 하부지반이 연약할 경우 측방유동이 발생되게 되며 기초말뚝은 측방유동으로 인하여 유발되는 측방토압을 받게 된다. 그러나 한편으로는 이들 기초말뚝은 지반의 측방유동에 저항하여 사면의 안전성을 증대시키는데 기여하기도 한다. 이러한 줄말뚝이 설치된 사면의 안정문제는 지반과 말뚝의 상호작용의 문제로 기초말뚝의 안정과 사면안정의 두가지 해석이 모두 실시되어야 한다. 결국 기초말뚝을 사용한 교대의 전체의 안정은 사면과 말뚝모두의 안정이 확보되었을때만가능한것이다. 본 연구에서는 이러한 측방유동이 발생될 가능성이 있는 사면지반에 말뚝을 일정간격으로 설치한 위에 교대가 설치되어 있는 경우의 합리적 해석법을 확립시켰다. 이 해석법을 한 해석예에 적용하여 검토한 결과 교대의 안정 에 영향을 미치는 여러 요소를 조사하였다. 특히 편재하중으로 인한 지반의 측방유동으로 수평변위의 피해를 받는 교대 기초말뚝의 구속상태에 대한 규명을 할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제19권1호
• /
• pp.31-40
• /
• 2003

현행 무리말뚝 설계에서는 하나의 무리효율을 이용하여 개별말뚝의 지지력으로부터 전체 무리말뚝의 지지력을 산정하고 있다. 그러나, 무리말뚝의 지지 거동은 말뚝 시공 방법, 말뚝지반말뚝 상호작용, 캡-지반말뚝 상호작용 등의 복합적인 영향을 받으며, 따라서 하나의 무리효율만으로 이렇게 다양한 영향 요소들을 합리적으로 고려하는 것은 불가능하다. 본 논문에서는 다양한 효율을 도입하여, 이들 영향 요소들을 분리하여 고려할 수 있는 무리말뚝 설계 방법을 제안하였다. 제안된 방법에서는 이 외에도 말뚝의 하중 전이 특성과 위치에 따른 말뚝 거동의 차이를 고려할 수 있으며, 침하 기준을 이용한 효율의 산정을 통해 침하 관점의 설계가 이루어질 수 있다. 기존의 모형실험 결과로부터 제안된 설계 방법에 적용할 수 있는 효율을 산정하여 제시하였으며, 이를 이용하여 또 다른 모형 실험의 지지력을 산정하고 시험결과와 비교함으로써 제안된 방법의 유효성을 평가하였다.

• 한국지진공학회논문집
• /
• 제1권1호
• /
• pp.11-17
• /
• 1997

그 동안 구조물에 대한 지진해석이 기초와 지반의 특성을 무시하고 기초가 매우 단단한 것으로 가정하고 수행되었다. 최근 구조물-지반 상호작용에 관한 연구결과 구조물 지진거동이 기초와 지반의 특성에 따라 심하게 영향을 받을 수 있다는 것이 알려졌다. 전형적인 구조물-지반 상호작용 영향은 무한강성 무질량 기초의 운동학적 상호작용과 지반과 구조물 사이에서 발생하는 관성상호작용이다. 운동학적 상호작용은 묻힌 기초의 경우에는 중요하지만, 수직으로 전달되는 지진파를 받는 지표면상 기초의 경우에는 무시될 수 있다. 이 논문에서는 멕시코시티 4개 건물에 대해 관성상호작용만을 고려하고 1985년 멕시코시티 동서방향 지진기록을 사용하여 구조물의 지진거동을 조사하였다. 연구는 지표면상 기초나 말뚝기초를 가진 구조물에 대해 선형 및 비선형 지반조건을 고려하여 수행하였으며, 연구결과를 매우 견고한 기초를 갖는 구조물에 대한 것과 비교하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제32권3호
• /
• pp.155-164
• /
• 2019

이 연구에서는 기초의 종류에 따라 지반-구조물 상호작용(SSI) 효과가 LNG 저장탱크의 지진응답해석에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 위하여 직경 71m인 LNG 탱크와 기반암 위 점토지반의 깊이가 30m인 지반조건을 고려하였다. 그리고 기초형식으로 네 가지(얕은 기초, 말뚝지지 전면기초, 말뚝기초(지표면 접촉식, 부유식)를 고려하였다. 지반의 비선형성은 자유장 지반에 대하여 등가선형화기법으로 고려되었다. 또한, 말뚝기초의 시공과정에서 발생하는 동다짐 효과에 대해서도 분석하였다. SSI 해석을 위하여 진동수영역 해석프로그램인 KIESSI-3D를 이용하였다. 지반-구조물 상호작용 해석을 통해 LNG 저장탱크의 외조 벽체 쉘의 응력과 내조탱크의 밑면전단력 및 전도모멘트를 구하였다. 해석결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다: (1) 고정 기초해석에 의한 외조와 내조탱크의 지진응답이 SSI 효과로 인한 지진응답보다 매우 컸다. (2) SSI의 효과가 내조탱크와 외조탱크의 동적응답에 미치는 영향은 기초의 형식에 따라 다르게 나타난다. (3) 말뚝지지 전면기초에서 동다짐 효과에 의한 구조물 응답의 변화는 약 10%로서 무시할 수 없을 정도로 큰 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제24권9호
• /
• pp.33-40
• /
• 2023

지진 시 상부구조물을 지지하는 말뚝기초에 가해지는 수평 하중은 상부구조물의 관성력과 지반의 운동력으로 구분된다. 상부구조물의 관성력과 지반의 운동력은 서로 다른 복잡한 메커니즘을 통해 말뚝기초에 피해를 입힐 수 있기 때문에 지반-말뚝-구조물의 상호작용을 적절히 예측하고 평가하는 것이 말뚝기초의 안전한 내진설계를 위해 필요하다. 지반-말뚝-구조물의 상호작용은 구조물의 동적특성, 말뚝의 길이, 두부 경계조건 및 지반의 상대밀도에 영향을 받는다. 지반의 상대밀도가 달라지면 그에 따른 구속압 및 지반 강성이 변화하며 결과적으로 지반반력계수도 각 시스템에 따라 달라지게 된다. 말뚝기초의 수평방향 지지거동 및 극한 지지력은 수평방향 하중조건 및 모래지반의 상대밀도에 따라 다르게 나타난다. 이에 본 연구에서는 건조된 모래지반의 상대밀도가 상부구조물을 지지하는 무리말뚝의 동적거동에 미치는 영향을 확인하기 위해 1g 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과 상대밀도가 증가함에 따라 상부구조물의 가속도는 증가하고 말뚝캡의 가속도는 감소하는 것으로 확인되었으며, 말뚝의 p-y 곡선의 기울기는 감소하는 것으로 확인되었다.