Model tests in calibration chamber with open -ended steel pipe pile have been performed in sand deposit to clarify effect of soil plug on bearing capacity, load transfer mechanisms in soil plug, and behavior of soil plug under dynamic and static conditions. Model piles were devised so that bearing capacity of open -ended pile could be measured separately into outside skin friction, inside skin friction due to soil plug -pile interaction and end bearing force on the section of steel pipe pile. It may be concluded, form the test results, that the plugging level of open -ended pile is more correctily defined by specific recovery ratio, y, rather than by plug length ratio, PLR, and the major part of inside skin friction is generated within the range of three times as long as the inner diameter of the pile from the pile tip. The ratio of inside skin friction to total bearing capacity is much larger than that of outside skin friction to total bearing capacity. Therefore, the bearing capacity of pile could not be well predicted, unless the inside skin friction is properly taken into account.
This paper presents an advanced analytical approach for the design and analysis of fixed offshore structures with soil structure interaction considered. The proposed methodology involves conducting case studies to illustrate and assess the structural response of a structure considering seven different earthquakes, with the primary goal of ensuring there is no global collapse in the structures. The case studies focus on developing a model for structural analysis and its topside, incorporating nonlinear axial and lateral springs to capture soil-pile interaction. Additionally, mass and damping ratios are considered through the use of dashpots in the analyses. Finite Element Software was employed for structural analyses with detailed modeling, with soil spring nodes applied in the entire structure across various depths. After the finite element analysis was carried out, a sensitivity analysis was conducted to quantify and report the effects of different parameters.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.6
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pp.25-32
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2002
In the seismic designing of bridges, the pile foundation of bridge piers generally have been modeled to have a fixed end for its convenience and conservative designing. The fixed-end assumption, however, produces very conservative results in terms of the pier forces. Therefore, many other design methods are evolved to consider the flexibility of the pile foundation. In this study, the response spectrum analysis was performed for a bridge pier having a pile foundation. The shear force, moment, and displacement, which occurred at the pier column under an earthquake loading, were compared to analyze the effects of the modeling method, soil condition and the input earthquake response spectrum. In most cases, the fixed-end model gives larger design forces than flexible foundation models. However, when a long period earthquake is applied to the bridge pier on a soft clay foundation, it is found that the flexible foundation models give larger design forces than the fixed-end model. In the end, the reliability of several flexible foundation models was verified by comparing their results with those of a numerical analysis that considers the soil-structure interaction phenomenon in a rigorous manner.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.14
no.5
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pp.529-545
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2012
Three-dimensional (3D) finite element analyses have been performed to study the behaviour of a single pile to open face tunnelling in stiff clay. Several key factors such as tunnelling-induced ground and pile settlement, and shear transfer mechanism have been studied in detail. Tunnelling resulted in the development of pile settlement larger than the Greenfield soil surface settlement. In addition, due to changes in the shear transfer between the pile and the soil next to the pile with tunnel advancement, axial force distributions along the pile change drastically. The apparent allowable pile capacity was reduced up to about 30% due to the development of tunnelling-induced pile head settlement. The skin friction on the pile was increased with tunnel advancement associated with the changes of soil stresses and ground deformation and hence axial pile force distribution was reduced. Maximum tunnelling-induced tensile force on the pile was about 21% of the designed pile capacity. The zone of influence on the pile behaviour in the longitudinal direction may be identified as ${\pm}1$-2D (D: tunnel diameter) from the pile centre (behind and ahead of the pile axis in the longitudinal direction) based on the analysis conditions assumed in the current study. Negative excess pore pressure was mobilised near the pile tip, while positive excess pore pressure was computed at the upper part of the pile. It has been found that the serviceability of a pile experiencing adjacent tunnelling is more affected by pile settlement than axial pile force changes.
The most of original horizontal bearing capacity theory of the pile is not efficiently to consider interaction between soil and pile because it is only to consider the earth pressure theory and separately the ground form pile. In recent, in order to improve the pile technology, it is necessary to confirm the real behaviour characteristics of pile under lateral load. Hence, to evaluate the behaviour characteristics of the single and group pile under lateral loads using the strain wedge model that could consider the interaction between soil and piles. Primarily, laboratory scale down model tests was carried out to predict the behaviour characteristics on real size piles using the strain wedge model. The comparative analyses between model test and numerical analysis for the evaluation of whole behaviour were conducted.
In the design of a piled raft, the axial resistance is offered by the raft and group piles acting on the same supporting ground soils. As a consequence, pile - soil - raft and pile - soil interactions, occurring by stress and displacement duplication with pile and raft loading conditions, act as a key element changing resistances of the raft and group piles. In this study, a series of centrifuge model tests have been performed to compare the axial behavior of group pile and raft with that of a piled raft (having 16 component piles with an array of $4{\times}4$) in sands with different relative densities. The test results revealed that the increase of settlement resistance occurs separately with settlement by group pile - soil interactions. The axial resistance of group piles (at piled raft) increases by group pile - raft (pile cap) interactions and that of raft (at piled raft) decreases by group pile - raft (pile cap) interactions.
Brillouin Optical Frequency Domain Analysis (BOFDA) is a distributed fiber optic sensing (DFOS) technique that has unique advantages for performance monitoring of piles. However, the complicated production process and harsh operating environment of offshore PHC pipe piles make it difficult to apply this method to pile load testing. In this study, sensing cables were successfully pre-installed into an offshore PHC pipe pile directly for the first time and the BOFDA technique was used for in-situ monitoring of the pile under axial load. High-resolution strain and internal force distributions along the pile were obtained by the BOFDA sensing system. A finite element analysis incorporating the Degradation and Hardening Hyperbolic Model (DHHM) was carried out to evaluate and predict the performance of the pile, which provides an improved insight into the offshore pile-soil interaction mechanism.
This paper describes the results for a numerical analysis of'single piles and pile oops in clayey soils subjected to monotonous lateral loading using the ABAQUS finite element software. The investigated variables in this study include free head and embedded capped single piles, pile diameter (1.0 m, 0.5 m), pile length (7.0 m, 10.0 m), and pile groups. The 1$\times$3 pile group was selected to investigate the individual pile and group lateral resistance, the distribution of the resistance among the piles, the effects of lateral stresses in front of and on the sides of the piles, and the effect of a cap on the lateral resistance of the leading pile. The soil was modeled using Cam-clay constitutive relationship and the pile was considered as a elastic circular concrete pile. The results show that the size of the cap influences lateral capacity of sin pile. The results also show in pile groups, the pile-soil-pile interaction and the cap effect the resistance in the leading pile, and the p-multiplier for the leading pile of greater than 1.0 was able to be obtained.
Reasonable solutions are needed when the lateral load acting on the head of a pile can not be ignored. There are many difficulties in analyzing the displacement of a laterally loaded Pile because of the complex interaction between the pile and the surrounding soil. In this paper, assuming that a pile and surrounding soil are elasto-plastic mass, and discontinuity between the two is connected with interface elements, writers have tried to solve the problem by using three-dimensional finite element method. Furthermore, the results of numerical analysis obtained by the developed program in this study have been compared with measured field values. The conclusions of this study are as follows; 1. Assuming that the soil behaves as an elasto-plastic mass, there has been a good agreement with measured field displacements. 2. It has been confirmed that interface elements overcome discontinuity between a pile and surrounding soil. 3. As the thickness of interface elements Increases, the stress and the displacement decrease. Al- though the difference is not significant, good results can be expected when it is as thin as possible.
Centrifuge model tests were used to simulate pile-raft composite foundation and pile-geogrid composite foundation with different pile spacing for researching the time effect of negative skin friction of rigid piles in high-speed railways. The research results show that the negative skin friction has a significant impact on the bearing capacity of composite foundation. Pile-raft composite foundation has higher bearing capacity compared to pile-geogrid composite foundation to reduce the effect of negative skin friction on piles. Both the foundation settlement and negative skin friction have significant time effect. The distribution of skin friction can be simplified as a triangle along the pile. The neutral point position moves deeper in the postconstruction stage at larger pile spacing. For pile-geogrid composite foundation, the setting of pile-cap affects the position of neutral point in the post-construction stage. Reinforced cushion with geotextile may promote the better performance of cushion for transmitting the loads to piles and surrounding soils. Arching effect in the cushion of the composite foundation is a progressive process. The compression of the rigid piles contributes less than 20% to 25% of the total settlement while the penetration of the piles and the compression of the bearing stratum below the pile tips contribute more than 70% of the total settlement. Some effective measures to reduce the settlement of soils need to be taken into consideration to improve the bearing capacity of pile foundation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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