• Geomechanics and Engineering
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• 제19권1호
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• pp.79-91
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• 2019

Renewed interest in the long-term pile foundations has been driven by the increase in offshore wind turbine installation to generate renewable energy. A monopile subjected to repetitive loads experiences an evolution of displacements, pile rotation, and stress redistribution along the embedded portion of the pile. However, it is not fully understood how the embedded pile interacts with the surrounding soil elements based on different pile geometries. This study investigates the long-term soil response around offshore monopiles using finite element method. The semi-empirical numerical approach is adopted to account for the fundamental features of volumetric strain (terminal void ratio) and shear strain (shakedown and ratcheting), the strain accumulation rate, and stress obliquity. The model is tested with different strain boundary conditions and stress obliquity by relaxing four model parameters. The parametric study includes pile diameter, embedded length, and moment arm distance from the surface. Numerical results indicate that different pile geometries produce a distinct evolution of lateral displacement and stress. In particular, the repetitive lateral load increases the global lateral load resistance. Further analysis provides insight into the propagation of the shear localization from the pile tip to the ground surface.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권4호
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• pp.407-420
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• 2022

Embedded piles, which are typically used in Korea, are precast piles inserted into prebored ground with cement paste. Dynamic pile tests tend to underestimate the bearing capacity of embedded piles because of the undeveloped shaft resistance prior to the curing of the cement paste and the insufficient energy transferred after the curing. In this study, a resistance combination method using the base resistance before the cement paste is cured and the shaft resistance after the cement paste is cured is proposed to obtain a combined load-settlement curve from dynamic pile tests. Two pairs of embedded piles with diameters of 600 and 500 mm are installed. Each pair comprises one pile for the dynamic pile test and another pile for the static load test. The shape of the load-settlement curve obtained using the proposed method is similar to that obtained from the static load test. Thus, the resistances evaluated using the proposed method at selected settlements are similar to those obtained from the static load test. This study shows that the resistance combination method may be used effectively in dynamic pile tests to accurately evaluate the bearing capacity of embedded piles.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.965-975
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• 1994

PHC말뚝의 선단부를 개방시켜서 사용하면 관입저항력의 감소로 인하여 관입깊이가 증가되며, 결과적으로 지지력의 증가를 가져온다. 그러나 개단 PHC말뚝의 사용을 위해서는 다음의 두가지 문제가 해결되어야 한다. 첫째는 말뚝의 선단부를 개방시킴에 따른 지지력의 변화이며, 둘째는 말뚝 내부로 유입되는 관내토에 의한 말뚝 선단부의 파괴여부이다. 따라서 본 연구에서는 개단 PHC말뚝의 실용성을 검토하기 위하여 먼저 말뚝의 선단부 형상에 따른 지지력 비교를 목적으로 두개의 폐단말뚝과 두 개의 개단말뚝을 이용하여 토조에서 모형말뚝실험을 수행하였다. 실험결과로부터 말뚝의 선단부 형상에 따른 관입저항력과 지지력의 변화 및 PHC말뚝 선단부의 파괴여부가 검토되었다. 실험결과 동일한 관입깊이에서 개단말뚝의 전체지지력은 관입깊이가 증가함에 따라 폐단말뚝의 전체지지력과 비슷해지며, PHC 말뚝의 경우 말뚝선단부로부터 말뚝내경의 0.8~1.1배되는 영역에서 균열발생의 가능성이 제시되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권12호
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• pp.105-111
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• 2013

국내외에서 널리 사용 중인 표준관입시험(Standard Penetration Test, SPT)은 작업의 용이성, 다양한 지반정수와 강도정수를 결정방법 등의 장점을 지니고 있다. 이러한 SPT 수행시에 발생하는 해머 에너지는 N치의 산정 및 보정에 매우 중요한 영향인자가 된다. SPT시험시 해머 타격에 의하여 롯드로 응력파가 전달되는 현상이 말뚝 항타 시에 발생하는 현상과 동일하다하여 SPT에 PDA장비를 적용하여 관입에너지를 측정하는 방법이 개발되어 사용 중에 있다. 본 연구에서는 SPT 롯드를 말뚝으로 가정하여 SPT 에너지 효율 측정롯드를 SPT시험과 동적콘관입시험에 적용하여 얻어진 힘과 속도의 파형을 매칭기법(CAPWAP, CAse Pile Wave Analysis Program) 분석을 수행하여 매입말뚝에 대한 극한선단지지력을 예측하는 기법을 제안하였다. 또한, SPT 에너지 효율 측정롯드에서 예측된 선단지지력과 실물 말뚝정재하시험을 통하여 산정된 선단지지력을 비교분석하였다. 연구결과를 토대로 SPT나 동적콘관입시험을 통하여 매입말뚝의 지지력을 간편하게 예측할 수 있는 경험식을 제시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권12호
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• pp.21-33
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• 2017

본 연구에서는 항타시공성(BPM, blow per meter)을 고려하여 대구경 항타강관말뚝을 시공하였을 때 발생하는 폐색효과를 분석하였다. Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL)해석 시 적용된 항타에너지는 파동방정식을 이용하여 산정하였고, CEL 대변형 3차원 유한요소 해석을 수행하여 말뚝 항타시공 과정을 모사하였다. 본 연구 결과, 말뚝 직경이 증가함에 따라 목표 깊이까지 소요되는 항타에너지는 증가(일정한 BPM인 경우에 해당함) 하였으며, 그 결과 soil plugging index(SPI)는 서로 유사하게 나타나지만 폐색효과는 감소함을 알 수 있었다. 또한, 말뚝의 근입 깊이가 증가할수록 SPI는 서로 유사한 값을 나타냈으나 관내토에서 발생하는 수평토압이 증가하게 되어 폐색효과는 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과, 폐색효과의 대표적 영향인자인 말뚝 직경, 말뚝 근입 깊이, 지반 탄성계수, BPM에 따른 관내토의 수평토압계수 분포 경향을 제안하였다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제2권3호
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• pp.205-215
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• 2012

Recently, interest of offshore structure construction in South Korea is growing as the land space becomes limited for further development and the renewable energy grows to be more attractive for the replacement of the fossil energy. In order for the optimal construction of optimum offshore floating structures, development of safe and economical offshore foundation technologies is a priority. In this study, the large-deformation behavior of a suction pile, which markets are rapidly growing nowadays, is analyzed for three different loading locations (top, middle, and bottom of the suction pile) with three different displacement inclinations (displacement controlled with displacement inclinations of 0, 10, and 20 degrees from the horizontal). The behavior analysis includes quantifications of maximum resistances, translations, and rotation angles of the suction pile. The suction pile with its diameter of 10 m and height of 25 m is assumed to be embedded in clay, sand, and multi layers of subsea foundation. The soil properties of the clay, sand, and multi layers were determined based on the results of the site investigations performed in the West sea of South Korea. As analyses results, the maximum resistance was observed at the middle of the suction pile with the displacement inclination of 20 degrees, while the translations and rotations resulting from the horizontal and inclined pullouts were not significant until the horizontal components of movements at the loading points reach 1.0 m.

• 대한토목학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.361-375
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• 2015

에너지파일은 기존의 수직밀폐형 지중열교환기를 경제적으로 대체할 수 있는 새로운 형태의 지중열교환기이다. 즉, 에너지파일은 건물의 기초 구조물과 지중열교환기의 역할을 동시에 수행하는 에너지 구조체로서, 말뚝 기초 내부에 열교환 파이프를 삽입하고 파이프를 통해 유체를 순환시켜 지반과의 열교환을 유도한다. 본 연구에서는 병렬 U형(5쌍, 8쌍, 10쌍)의 열교환 파이프를 대구경 현장타설 에너지파일에 삽입하여, 3본의 에너지파일을 실규모로 시공하였다. 또한 현장 열응답 시험(In-situ thermal response tests, TRTs)을 수행하고 시공된 현장타설 에너지파일과의 열교환 효율을 비교하기 위하여 30m 깊이의 수직밀폐형 지중열교환기를 별도로 시공하였다. 병렬 U형 현장타설 에너지파일에 대해서는 냉난방 부하를 인공적으로 주입하는 열교환 성능 평가시험을 수행하여 열교환 성능(heat exchange rate)을 평가하였다. 마지막으로 현장타설 에너지파일의 적용성 평가를 위해 산정된 상대 열교환 효율(relative heat exchange efficiency) 및 열교환 성능을 선행 연구 결과와 비교하였으며, 본 연구에서 시공된 현장타설 에너지파일은 안정적이고 효율적인 열성능을 보이는 것으로 나타났다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제43권6호
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• pp.499-508
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• 2011

The paper briefs a fuel performance code, COSMOS, which can be utilized for an analysis of the thermal behavior and fission gas release of fuel, up to a high burnup. Of particular concern are the models for the fuel thermal conductivity, the fission gas release, and the cladding corrosion and creep in $UO_2$ fuel. In addition, the code was developed so as to consider the inhomogeneity of MOX fuel, which requires restructuring the thermal conductivity and fission gas release models. These improvements enhanced COSMOS's precision for predicting the in-pile behavior of MOX fuel. The COSMOS code also extends its applicability to the instrumented fuel test in a research reactor. The various in-pile test results were analyzed and compared with the code's prediction. The database consists of the $UO_2$ irradiation test up to an ultra-high burnup, power ramp test of MOX fuel, and instrumented MOX fuel test in a research reactor after base irradiation in a commercial reactor. The comparisons demonstrated that the COSMOS code predicted the in-pile behaviors well, such as the fuel temperature, rod internal pressure, fission gas release, and cladding properties of MOX and $UO_2$ fuel. This sufficient accuracy reveals that the COSMOS can be utilized by both fuel vendors for fuel design, and license organizations for an understanding of fuel in-pile behaviors.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권6C호
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• pp.231-239
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• 2010

본 논문에서는 지열을 이용한 PHC, 강관, 동관말뚝 형태인 에너지 파일의 지반 조건별 내부 충진재 열전도도 효율과 겨울철 열교환기 내부 순환수의 유속별(0.3m/s, 0.6m/s, 0.9m/s) 24시간 운용(8시간 운용, 16시간 대기)시너지 파일의 열전달 거동을 ABAQUS(ver 6.10)와 FLUENT(ver 6.3.26)를 사용하여 분석하였다. 분석결과 말뚝 재료와 지반조건별 열전달 효율은 동관, 강관, PHC 말뚝순으로 열전달 효율이 좋은 것으로 나타났으며, 말뚝 중 PHC 말뚝 형태의 에너지 파일을 유속별 8시간 운용에 따른 분석결과 경계조건이 일정할 때 유속 조건 중 유입속도 0.6m/s 일 때 평균 유출온도(275.4K) 및 열교환율(103.1W/m)로 경제적인 유속으로 판단되었으며, 8시간 운용 후 초기조건과 동일하게 16시간동안 지열이 에너지파일에 공급 시 정상상태와의 온도차는 0.1K 로 열량이 충분히 충전되어 에너지 파일의 겨울철 8시간운용 - 6시간대기는 운용상 적절한 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권3A호
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• pp.323-330
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• 2008

선박과 방호구조물 충돌시 구조물의 동적 특성들을 분석하기 위하여 항로상에 위치한 교량의 방호구조물인 강관파일그룹에 대한 선박충돌해석을 수행하였다. 해석은 선박과 파일의 유한요소 모델링, 비선형성 재료의 모델링, 강성충돌해석, 변위기반해석 그리고 충돌시나리오에 대한 연성충돌해석 등을 포함하고 있다. 강체벽에 대한 강성충돌해석을 통하여, 선수부의 충돌유형에 따른 충돌하중을 산정하였다. 변위기반 해석에서 방호시스템이 최대 수평 이격거리 내에서 흡수할 수 있는 대략적인 에너지의 범위를 산정할 수 있었다. 충돌시나리오별 연성충돌해석에서는 충돌시 거동을 방호시스템 설계를 고려하면서 검토하였다. 파일지지구조물의 에너지소산 메카니즘 분석을 통해 방호구조물의 최적 설계를 도출할 수 있다.