• Geomechanics and Engineering
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• 제16권6호
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• pp.609-618
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• 2018

A new mechanical model for predicting the vibration of a pipe pile embedded in longitudinally layered visco-elastic media with radial inhomogeneity is proposed by extending Novak's plain-strain model and complex stiffness method to consider viscous-type damping. The analytical solutions for the dynamic impedance, the velocity admittance and the reflected signal of wave velocity at the pile head are also derived and subsequently verified by comparison with existing solutions. An extensive parametric analysis is further performed to examine the effects of shear modulus, viscous damping coefficient, coefficient of disturbance degree, weakening or strengthening range of surrounding soil and longitudinal soft or hard interbedded layer on the velocity admittance and the reflected signal of wave velocity at the pile head. It is demonstrated that the proposed model and the obtained solutions provide extensive possibilities for practical application compared with previous related studies.

• Earthquakes and Structures
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• 제23권6호
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• pp.517-526
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• 2022

Previous studies have shown that pile-soil interactions have significant influences on the isolation efficiency of an isolated structure. However, most of the existing tests were carried out using a 1-g shaking table, which cannot reproduce the soil stresses resulting in distortion of the simulated pile-soil interactions. In this study, a centrifuge shaking table modelling of the seismic responses of a friction pendulum bearing isolated structure with a pile foundation under earthquakes were conducted. The pile foundation structure was designed and constructed with a scale factor of 1:100. Two layers of the foundation soil, i.e., the bottom layer was made of plaster and the upper layer was normal soil, were carefully prepared to meet the similitude requirement. Seismic responses, including strains, displacement, acceleration, and soil pressure were collected. The settlement of the soil, sliding of the isolator, dynamic amplification factor and bending moment of the piles were analysed to reveal the influence of the soil structure interaction on the seismic performance of the structure. It is found that the soil rotates significantly under earthquake motions and the peak rotation is about 0.021 degree under 24.0 g motions. The isolator cannot return to the initial position after the tests because of the unrecoverable deformation of the soil and the friction between the curved surface of the slider and the concave plate.

• Geomechanics and Engineering
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• 제34권4호
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• pp.437-447
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• 2023

Inclined piles are commonly used in civil engineering constructions where significant lateral resistance is required. Many researchers proved their positive performance on the seismic behavior of the supported structure and the piles themselves. However, most of these numerical studies were done within the framework of linear elastic or elastoplastic soil behavior, neglecting therefore the soil non-linearity at low and moderate soil strains which is questionable and could be misleading in dynamic analysis. The main objective of this study is to examine the influence of the pile inclination on the seismic performance of the soil-pile-structure system when both the linear elastic and the nonlinear soil models are employed. Based on the comparative responses, the adequacy of the soil's linear elastic behavior will be therefore evaluated. The analysis is conducted by generating a three-dimensional finite difference model, where a full interaction between the soil, structure, and inclined piles is considered. The numerical survey proved that the pile inclination can have a significant impact on the internal forces generated by seismic activity, specifically on the bending moment and shear forces. The main disadvantages of using inclined piles in this system are the bending forces at the head and pile-to-head connection. It is crucial to account for soil nonlinearity to accurately assess the seismic response of the soil-pile-structure system.

• 한국철도학회논문집
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• 제6권1호
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• pp.29-40
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• 2003

In this study, the three dimensional pile-soil dynamic interaction analysis of the railway bridge pile foundation was performed using SASSI 2000 program and the applicability of SASSI 2000 about an evaluation of the seismic stability of a pile foundation was examined. The numerical analysis was executed on the two site of actual construction and input properties such as the acceleration of bedrock were estimated by one dimensional seismic response analysis using the Pro-SHAKE. Consequently, all the piles of the subject of investigation showed that displacement occurred within a permitted limit and the shear force and moment largely occurred at the point where the soil stiffness varied rapidly.

• Wind and Structures
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• 제27권4호
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• pp.223-234
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• 2018

In this study, a simplified three-dimensional calculation model is developed for the dynamic analysis of soil-pile group-supertall building systems excited by wind loads using the substructure method. Wind loads acting on a 300-m building in different wind directions and terrain conditions are obtained from synchronous pressure measurements conducted in a wind tunnel. The effects of soil-structure interaction (SSI) on the first natural frequency, wind-induced static displacement, root mean square (RMS) of displacement, and RMS of acceleration at the top of supertall buildings are analyzed. The findings demonstrate that with decreasing soil shear wave velocity, the first natural frequency decreases and the static displacement, RMS of displacement and RMS of acceleration increase. In addition, as soil material damping decreases, the RMS of displacement and the RMS of acceleration increase.

• Wind and Structures
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• 제21권6호
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• pp.625-639
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• 2015

Monopiles have been most widely used for supporting offshore wind turbines (OWTs) in shallow water areas. However, multi-member lattice-type structures such as jackets and tripods are also considered good alternatives to monopile foundations for relatively deep water areas with depth ranging from 25-50 m owing to their technical and economic feasibility. Moreover, jacket structures have been popular in the oil and gas industry for a long time. However, several unsolved technical issues still persist in the utilization of multi-member lattice-type supporting structures for OWTs; these problems include pile-soil-interaction (PSI) effects, realization of dynamically stable designs to avoid resonances, and quick and safe installation in remote areas. In this study, the effects of PSI on the dynamic properties of bottom-fixed OWTs, including monopile-, tripod- and jacket-supported OWTs, were investigated intensively. The tower and substructure were modeled using conventional beam elements with added mass, and pile foundations were modeled with beam and nonlinear spring elements. The effects of PSI on the dynamic properties of the structure were evaluated using Monte Carlo simulation considering the load amplitude, scouring depth, and the uncertainties in soil properties.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제20권10호
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• pp.39-46
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• 2019

상부구조물을 지지하는 무리말뚝의 내진설계 시 지반-구조물의 상호작용이 고려되어야 한다. 무리말뚝 설계 시 지반과 구조물의 비선형 관계는 p-y 곡선이 많이 사용되고 있으며 지진과 같은 동적하중조건에서 지반-구조물의 상호작용이 고려된 동적 p-y 곡선을 무리말뚝의 내진설계에 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그러나 이와 같은 연구는 말뚝 캡에 의한 지지효과 및 상부구조물의 관성거동에 의한 상호작용은 고려되지 않았다. 이에 본 연구에서는 사질토 지반에 근입된 상부구조물을 지지하는 무리말뚝에서 말뚝 캡의 변화가 무리말뚝에 미치는 영향을 확인하기 위해 말뚝의 배열 및 중심 간격은 고정하고 말뚝 캡 측면과 말뚝 중심 간격을 변화시켜 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과 무리말뚝에서 말뚝 캡 측면과 말뚝 중심 간격의 변화가 말뚝의 동적 p-y 곡선 및 무리말뚝 효과에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제13권3호
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• pp.21-28
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• 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
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• 제34권8호
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• pp.15-26
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• 2018

최근, 성능기반 내진설계법이 도입되면서 동적수치해석을 수행하여 지진에 대한 구조물의 실제 거동을 엄밀히 평가하는 것이 필요해지고 있다. 성능기반설계를 수행하려면 수치해석 모델링의 적용성을 검증하는 것이 매우 중요하다. 그러므로, 본 연구에서는 2차원 수치해석을 수행하여 말뚝지지 구조물의 동적 거동을 분석하고 수치모델링 기법과 입력변수값 산정방법을 제안하였다. 수치모델링의 적용성은 느슨한 사질토 지반에 설치된 무리말뚝의 동적 원심모형실험 결과와 비교하여 검증하였다. 본 수치모델링은 동적 지반 물성값, 지반-말뚝 상호작용, 경계조건, 무리말뚝과 구조물의 모델링 등 원심모형실험의 실제 조건을 반영하도록 모델링하였다. 그 결과, 수치해석에서 얻어진 결과는 지반 내 가속도 변화, 말뚝의 모멘트와 변위, 그리고 구조물의 변위와 가속도 결과를 잘 모사하였다. 그러므로, 본 수치모델링 기법과 입력변수 산정기법이 무리말뚝의 내진성능을 평가할 때 유용하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권5호
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• pp.53-63
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• 2018

무리말뚝의 내진설계를 수행할 때 지반-말뚝 동적상호작용을 고려하는 것이 중요하다. 특히, 동적하중을 받는 무리말뚝의 횡방향 저항력은 무리말뚝 효과에 의하여 단일말뚝과 비교하여 감소한다. 그러나, 지금까지 지진하중을 받는 무리말뚝의 동적 무리말뚝 효과를 제안한 연구는 매우 부족한 실정이다. 그러므로, 본 연구에서는 건조 모래지반에 설치된 $3{\times}3$ 무리말뚝에 대한 동적 원심모형실험을 수행하여 무리말뚝 효과를 산정하였다. 이 무리말뚝 효과는 동적 p-y 곡선에서 극한 횡방향 지반반력과 지반반력계수에 대한 보정계수(multiplier)를 적용하여 고려하였다. 그리고, 본 연구에서 얻어진 동적 p-y 곡선을 Beam on Nonlinear Winkler Foundation 모델을 이용한 비선형 동해석에 적용하여 그 적용성을 검증하였다. 그 결과, 본 연구에서 제안한 무리말뚝의 보정계수가 원심모형실험 결과를 잘 모사할 수 있는 것으로 나타났다.