KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.6C
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pp.251-258
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2011
Steel pipe piles have been used as various deep foundation materials for a long time. Recent increase in steel material cost has made engineers reluctant in using it even with its good quality and ease of construction. Therefore when constructing with steel pipe pile, the decision to reuse the excessive pile length that is cut off from the designed pile head elevation after pile driving can be cost saving. This has caused many constructors to reuse the pile leftovers with new piles, but the absence of quantitative structural capacity behaviors of steel pipe pile after pile driving or appropriate countermeasures and standards in reusing steel pipe pile has resulted in wrong applications, pile structural integrity problems, inappropriate limitation of reusable pile length, etc. The structural performance analysis between a new pile and a pile that has undergone working state and ultimate state stress level during pile driving was performed in this research by means of comparing the results between the dynamic pile load test, tensile load test, charpy energy test and fatigue test for high strength steel of $440N/mm^2$ yield strength. Test results show that under working load conditions the yield strength variation is less than 2% and for ultimate load conditions the variation is less than 5% for maximum total blow count of 3000. The results have been statistically analyzed to check the sensitivity of each factors involved. From the test results, reusability of steel pipe pile lies not in the main pipe yield strength deviation but in the reduction of absorb energy, strength changes and quality control at the welded section, shape deformation and local buckling during pile driving.
Lightweight concrete (LWC) provides an attractive alternative to conventional piles by improving the durability of deep foundations. In this paper, the drivability of cylindrical and tapered piles made of lightweight and common concrete (CC) under hammer impacts was investigated by performing field tests and numerical analysis. The different concrete mixtures were considered to compare the mechanical properties of light aggregate which replaced instead of the natural aggregate. Driving tests were also conducted on different piles to determine how the pile material and geometric configurations affect driving performance. The results indicated that the tapering shape has an appropriate effect on the drivability of piles and although lower driving stresses are induced in the LWC tapered pile, their final penetration rate was more than that of CC cylindrical pile under hammer impact. Also by analyzing wave propagation in the different rods, it was concluded that the LWC piles with greater velocity than others had better performance in pile driving phenomena. Furthermore, LWC piles can be driven more easily into the ground than cylindrical concrete piles sometimes up to 50% lower hammer impacts and results in important energy saving.
The dynamic behavior of a single pile was investigated by using analytical and numerical studies. The focus of this study was to develop the dynamic p-y curve of a pile for pseudo-static analysis considering the shear wave velocity of the soil by using three-dimensional numerical analyses. Numerical analyses were conducted for a single pile in dry sand under changing conditions such as the shear wave velocity of the soil and the acceleration amplitudes. The proposed dynamic p-y curve is a shape of hyperbolic function that was developed to take into account the influence of the shear wave velocity of soil. The applicability of pseudo-static analysis using the proposed dynamic p-y curve shows good agreement with the general trends observed by dynamic analysis. Therefore, the proposed dynamic p-y curve represents practical improvements for the seismic design of piles.
Two-row Overlap Pile wall is a novel retaining wall system with high flexural rigidity and waterproofing for deep excavation support currently being developed in Korea. The Two-row Overlap Pile wall is constructed by making an overlap between consecutive four-axis (or two-axis) auger piles which themselves are overlapped and arranged in zigzag manner. In this study, the flexural rigidity of the Two-row Overlap Pile wall, including the effect of cross-sectional shape, was examined using both theoretical and numerical approaches. The results of investigation suggested that the Two-row Overlap Pile wall formed with two-row piles exhibit greatly higher flexural rigidity than conventional one-row pile walls such as Cast in place pile (CIP) and Secant pile wall (SPW), whereas the effect of overlap length between piles on the flexural rigidity is relatively minimal.
Nano-indentation is used for measuring mechanical properties of thin films such as elastic modulus and hardness. For ductile materials, pile-up around the indenter causes the calculation of inaccurate projected contact area. This phenomenon was found by measurement of indentation shape using an atomic force microscope. In present study finite element analysis of nano-indentation was performed to compensate the effects of pile-up on the contact area. The result of finite element analysis was compared with that of nano-indentation for a ductile material. The analysis has demonstrated that the true contact area is greater than that calculated by nano-indentation. It is verified that the consideration of the effects of pile-up in nanoindentation for ductile materials using the finite element method is reasonable.
This study analyzed the general scour characteristics around group pile foundations through laboratory experiments. The experiments were performed for the pile groups consisting of 4, 9, 15 and 35 piles to investigate the effects of pile number, mean velocity and the angle of attack on the scour hole shape, and the magnitude and the position of maximum scour depth. Results reveal that the maximum scour depth for 4 and 9 piles have almost same values with single pier case regardless of approach velocity. The scour depth for 15 and 35 piles, however, increases as the mean velocity increases and reaches up to 2.2 times of maximum scour depth for single pier case. As the number of piles increase, the single scour holes are superposed and the overall scour hole turned out to be rectangular shape. The experimental results for the case of 35 piles indicate that the scour depth has the maximum value at angle of attack of 35 degree and that the main scour hole is formed in diagonal direction.
This paper presents a new analytical model for estimating the free vibration of tapered friction piles. The governing differential equation for the free vibration of statically axially-loaded piles embedded in non-homogeneous soil is derived. The equation is numerically integrated by the Runge-Kutta method, and then the eigenvalue of natural frequency is determined by the Regula-Falsi scheme. For a cylindrical non-tapered pile, the computed natural frequencies compare well with the available data from literature. Numerical examples are presented to investigate the effects of the tapering, the skin friction resistance, the end condition of the pile, the vertical compressive loading, and the soil non-homogeneity on the natural frequency and mode shape of tapered friction piles.
The design modification of bottom guide structures of the instrumented capsule, which is used for the irradiation test in the HANARO reactor, was required because of the trouble of the bottom guide arm's pin during irradiation. The previous structure with 3-pin arms was changed into the cone shape of one body. The specimens of the bottom end cap ring with three different sizes (${\Phi}68/70/72mm$) were designed and manufactured. The out-pile tests for the capsule with previous and new three bottom guide structures were performed in the one-channel flow test facilities. In order to evaluate the compatibility with HANARO and the structural integrity of the capsule, a loading/unloading, a pressure drop, a thermal performance, a vibration, and an endurance test were conducted. From out-pile test results, the capsule with the cone shape bottom guide structures was found to be more stable than the previous structure and the optimized size of the bottom guide structure selected was 70mm in diameter. It is expected that the new bottom guide structures will be applicable to all material and special capsules which will be designed and manufactured for the irradiation tests in the future.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.6
no.2
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pp.9-14
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2010
The ground source heat pump system is increasingly being considered as an alternative to traditional heating and cooling systems to reduce the emission of ground house gases. In this paper, A series of numerical analysis for energy piles has been performed focusing on heat transfer efficiency, performance and thermal stress. Results of numerical analyses for the W-shape type shows more efficient heat exchange transfer than the coil type. From results of the thermo-mechanical analysis, it is shown that the concentration of thermal stress occurs around the circulating pipe and the interfaces between different materials. The largest deformation caused by thermal stress is observed in the energy pile.
This paper presents an advanced life cycle cost (LCC) analysis of a ground source heat pump (GSHP) system and suggests a smart operation mode with a thermal performance test (TPT) and an energy pile system constructed on the site of the Incheon International Airport (IIA). First, an economic analysis of the GSHP system was conducted for the second passenger terminal of the IIA considering actual influencing factors such as government support and the residual value of the equipment. The analysis results showed that the economic efficiency of the GSHP system could be increased owing to several influential factors. Second, a multiple regression analysis was conducted using different independent variables in order to analyze the influence indices with regard to the LCC results. Every independent index, in this case the initial construction cost, lifespan of the equipment, discount rate and the amount of price inflation can affect the LCC results. Third, a GSHP system using an energy pile was installed on the site of the construction laboratory institute of the IIA. TPTs of W-shape and spiral-coil-type GHEs were conducted in continuous and intermittent operation modes, respectively, prior to system operation of the energy pile. A cooling GSHP system in the energy pile was operated in both the continuous and intermittent modes, and the LCC was calculated. Furthermore, the smart operation mode and LCC were analyzed considering the application of a thermal storage tank.
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