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.
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.
In this study, an interactive analysis considering column-pile interaction is performed on the basis of an equivalent base spring model for supplementing virtual fixed point design of bent pile structures. Through this analytical method, the application of the minimum steel reinforcement ratio of the pile (0.4%) is analyzed by taking into account the major influencing parameters. Furthermore, the limit depth for steel reinforcement ratio is proposed through the relationships between column and pile conditions. To obtain the detailed information, it is found that an interactive analysis is intermediate in theoretical accuracy between the virtual fixed point model analysis and full-modeling analysis. Base on this study, it is also found that the maximum bending moment is located within cracking moment of the pile when material nonlinearity is considered. Therefore, the minimum steel reinforcement ratio is appropriately applicable for the optimal design of bent pile structures. Finally, the limit depth for steel reinforcement ratio ($L_{As=x%}$) is proposed by considering the field measured results. It is shown that the normalized limit depth ratio for steel reinforcement ratio ($L_{As=x%}/L_P$) decreases linearly as the length-diameter ratio of pile ($L_P/D_P$) increases, and then converges at a constant value.
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 (${\simeq}0.3$).
This study presents structural and parametric analyses on the behavior of an integrated and pile-bent abutment with mechanically stabilized earth wall (IPM) bridge. The IPM bridge is an integral abutment bridge (IAB) with partially protruded piles, which excludes earth pressure by means of a mechanically stabilized earth wall developed by the authors. The results of the analysis indicate that the IPM bridge, as any other IAB, is influenced to a large extent by temperature and time-dependent loads. When these loads are applied, the stress on a pile in the IPM bridge decreases as the displacement of the pile top increases, because the piles protrude from the ground surface and no soil reaction is generated on the protruded pile. Because the length of an IAB is restricted by the forces acting on its piles, the IPM bridge is an effective alternative to extend its length.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.7
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pp.137-144
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2019
For the structures near the seismogenic fault, the evaluation of seismic performance against near-fault ground motions is important as well as for design ground motions. In this study, characteristics of seismic behaviors and seismic performance of the pile-bent bridge constructed on the thick soft soil site with various weak soil layers were analyzed. The input ground motions were synthesized by the directivity pulse parameters for intra-plate regions. The ground motion acceleration histories of each layer were obtained by one-dimensional site response analysis. Each soil layer was modeled by equivalent linear springs, and multi-support excitations with different input ground motions at each soil spring were applied for nonlinear seismic analyses. The analysis result by the near-fault ground motions and ground motions matched to design spectra were compared. In case of the near fault ground motion input, the bridge behaved within the elastic range but the location of the maximum moment occurred was different from the result of design ground motion input.
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.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.4
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pp.534-544
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2019
Because the pile-bent of IPM Bridge is projected from the soil surface, excessive displacement of abutment can be induced. According to design guide of IPM Bridge, the shape of the bridges used in this study was applied to the maximum applicable 120.0m span, 30-degree for skew angle, and 10.0m for the protruded pile-bent height. The maximum displacement by the maximum span application condition of the IPM Bridge was calculated using this bridge model, and the safety of a horizontal displacement of the IPM Bridge was investigated based on the allowable displacement presented by Bozozuk. The maximum horizontal displacement of the IPM Bridge was calculated to be larger in the winter shrinkage condition than in the summer expansion condition, the horizontal displacements were more affected by the length of a bridge than by the skew angle. And the vertical displacement was not affected by the skew angle and length. As the span increases, the horizontal displacement increases significantly, the horizontal displacement at 120.0m span length was found to exceed the allowable displacement proposed by Bozozuk. However, the moment generated in the pile-bent did not exceed the plastic moment.
The inverted T-type abutments are generally used in highway bridges constructed in Korea. This type of abutment is used because it has greater stability, with more pile foundations embedded in the bedrock, while simultaneously providing support for lateral earth pressure and vertical loads of superstructures. However, the cross section of inverted T-type abutments is large compared with the piers, which makes them more expensive. In addition, a differential settlement between the abutment and embankment, as well as the expansion joints, causes driving discomfort. This study evaluated the driving comfort of several types of abutments to improve driving comfort on the abutment. To achieve this objective, a traditional T-type abutment and three types of candidate abutments, namely, mechanically stabilized earth wall (MSEW) abutment supported by a shallow foundation (called "true MSEW abutment"), MSEW abutment supported by piles (called "mixed MSEW abutment"), and pile bent and integral abutment with MSEW (called "MIP abutment"), were selected to consider their design and economic feasibility. Finite element analysis was performed using the design section of the candidate abutments. Subsequently, the settlements of each candidate abutment, approach slabs, and paved surfaces of the bridges were reviewed. Finally, the driving comfort on each candidate abutment was evaluated using a vehicle dynamic simulation. The true MSEW abutment demonstrated the most excellent driving comfort. However, this abutment can cause problems with respect to serviceability and maintenance due to excessive settlements. After our overall review, we determined that the mixed MSEW and the MIP abutments are the most appropriate abutment types to improve driving comfort by taking the highway conditions in Korea into consideration.
Upon setting up a dedicated plastic greenhouse for tomato cultivation developed by the Rural Development Administration on the Gyehwa reclaimed land, this study was aimed at analyzing the problems can be occurred in the installation of plastic greenhouse on reclaimed lands as well as finding out solutions for improvement. A relatively cheaper wooden pile was used in the installation in order to supplement the soft ground conditions. Based on the results of ground investigation of the installation site, both the allowable bearing capacity and pulling resistance of the wooden pile with a diameter of 150 mm and a length of 10 m were computed and came out to be 30.645 kN. It was determined that the values were enough to withstand the maximum compressive force (17.206 kN) and the pullout force (20.435 kN) that are generally applied to the greenhouse footing. There are three problems aroused in the process of greenhouse installation, and the corresponding countermeasures are as follow. First, due to the slightly bent shape of the wooden pile, there were phenomenon such as deviation, torsion, and fracture when driving the pile. This could be prevented by the use of the backhoe (0.2) rotating tongs, which are holding the pile, to drive the pile while pushing to the direction of the driving and fixing it until 5 m below ground and applying a soft vibrating pressure until the first 2 m. Second, there exists a concrete independent footing between the column of the greenhouse and the wooden pile driven to the underground water level. Since it is difficult to accurately drive the pile on this independent footing, the problem of footing baseplate used to fix the column being off the independent footing was occurred. In order to handle with this matter, the diameter of the independent footing was changed from 200 mm to 300 mm. Last, after films were covered in the condition that the reinforcing frame and bracing are not installed, there was a phenomenon of columns being pushed away by the strong wind to the maximum of $11m{\cdot}s^{-1}$. It is encouraged to avoid constructions in winter, and the film covering jobs always to be done after the frame construction is completely over. The height of the independent footing was measured for 9 months after the completion of the greenhouse installation, and it was found to be within the margin of error meaning that there was no subsidence. The extent to the framework distortion and the value of inclinometers as well showed not much alteration. In other words, the wooden pile was designed to have a sufficient bearing capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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