• Earthquakes and Structures
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• 제16권1호
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• pp.1-9
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• 2019

To provide a simplified method for the base isolation design of LNG tanks, such as $16{\times}104m^3$ LNG tanks, we conducted a derivation and calculation example analysis of the dynamic response of the base isolation of LNG storage tanks, using dynamic response analysis theory with consideration of pile-soil interaction. The ADINA finite element software package was used to conduct the numerical simulation analysis, and compare it with the theoretical solution. The ground-shaking table experiment of LNG tank base isolation was carried out simultaneously. The results show that the pile-soil interaction is not obvious under the condition of base isolation. Comparing base isolation to no isolation, the seismic response clearly decreases, but there is less of an effect on the shaking wave height after adopting pile top isolation support. This indicates that the basic isolation measures cannot control the wave height. A comparison of the shaking table experiment with the finite element solution and the theoretical solution shows that the finite element solution and theoretical solution are feasible. The three experiments are mutually verified.

• 한국지진공학회논문집
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• 제1권1호
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• pp.11-17
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• 1997

그 동안 구조물에 대한 지진해석이 기초와 지반의 특성을 무시하고 기초가 매우 단단한 것으로 가정하고 수행되었다. 최근 구조물-지반 상호작용에 관한 연구결과 구조물 지진거동이 기초와 지반의 특성에 따라 심하게 영향을 받을 수 있다는 것이 알려졌다. 전형적인 구조물-지반 상호작용 영향은 무한강성 무질량 기초의 운동학적 상호작용과 지반과 구조물 사이에서 발생하는 관성상호작용이다. 운동학적 상호작용은 묻힌 기초의 경우에는 중요하지만, 수직으로 전달되는 지진파를 받는 지표면상 기초의 경우에는 무시될 수 있다. 이 논문에서는 멕시코시티 4개 건물에 대해 관성상호작용만을 고려하고 1985년 멕시코시티 동서방향 지진기록을 사용하여 구조물의 지진거동을 조사하였다. 연구는 지표면상 기초나 말뚝기초를 가진 구조물에 대해 선형 및 비선형 지반조건을 고려하여 수행하였으며, 연구결과를 매우 견고한 기초를 갖는 구조물에 대한 것과 비교하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제17권3호
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• pp.95-102
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• 2001

본 연구에서는 말뚝-지반, 말뚝-캡 상호작용을 고려한 군말뚝 거동을 해석하는 효율적인 알고리즘을 제안하였다. 단독말뚝의 말뚝-지반 상호작용은 하중전이법을 사용하여 비선형적인 특성을 갖는 지반스프링(p-y, t-z, q-z 곡선등)을 이용하여 모델링하였으며 Beam-column 방법을 이용하여 말뚝-지반 시스템을 수치적으로 모델링하였다. 좀 더 실제적인 군말뚝의 해석을 위해서 지반-말뚝-지반 상호작용에 의한 그룹효과와 더불어 군말뚝 내에서 말뚝의 위치 및 말뚝과 말뚝캡의 결합조건에 따른 말뚝-캡 상호작용에 의한 효과를 고려하였다. 본 연구에서는 말뚝-캡의 상호작용에 중점을 두었으며 Beam-column 방법을 이용하여 이를 해석할 수 있는 타당한 수치해석적 방법을 개발하고자 하였다. 개발된 알고리즘을 수치해석 예제를 통해 비교, 검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.157-162
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• 2000

측발유동을 받는 일렬 군말뚝의 그룹효과를 파악하이 위해 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 국내의 대표적인 화강풍화토 지반에 선단지지된 말뚝을 대상으로 측방으로 지반변위 발생시 말뚝 두부조건과 중심간격(2.5D, 5.0D, 7.0D, 단독말뚝) 및 말뚝주면의 접촉효과를 고려한 군말뚝의 상호작용계수를 산정하였다. 본 연구 결과, 단독말뚝과 비교하여 군말뚝의 간격이 좁아짐에 따라 상호작용계수는 현저하게 감소하였으며 말뚝 두부조건이 회전구속, 힌지,자유단의 순으로 감소정도가 크게 나타났다. 이는 실내모형실험을 통해 산정된 상호작용계수와도 비교적 잘 일치함을 보였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1C호
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• pp.31-40
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• 2008

본 연구에서는 지진하중을 받는 Single Column/Shaft의 내진해석으로 의사정적해석법을 적용하였으며 해석상에서 지반의 비선형 거동특성을 나타내는 다양한 수평방향 하중전이특성(p-y 곡선, Bi-linear 곡선)를 이용하여 지반-말뚝의 상호작용을 고려하였다. 비선형 지반모델을 적용한 해석은 지반-말뚝 시스템의 지진거동을 간편히 예측할 수 있었으며 동일한 해석조건에서 응답변위법에 의한 Single Column/Shaft의 수평거동이 진도법에 근거하여 산정한 해석결과보다 크게 예측되었다. 두부경계조건과 상대강성이 Single Column/Shaft의 단면력에 미치는 영향을 분석하기 위해 다양한 지반모델에 대한 변수연구를 수행한 결과, 두부경계가 고정이고 말뚝강성이 감소할수록 수평변위가 작은 것으로 나타났으며, JRA의 Bi-linear 지반모델을 적용한 해석은 Single Column/Shaft의 수평거동을 비교적 정확히 예측하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제43권5호
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• pp.637-655
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• 2012

In this study, stochastic responses of a cable-stayed bridge subjected to the spatially varying earthquake ground motion are investigated by the finite element method taking into account soil-structure interaction (SSI) effects. The considered bridge in the analysis is Quincy Bay-view Bridge built on the Mississippi River in between 1983-1987 in Illinois, USA. The bridge is composed of two H-shaped concrete towers, double plane fan type cables and a composite concrete-steel girder deck. In order to determine the stochastic response of the bridge, a two-dimensional lumped masses model is considered. Incoherence, wave-passage and site response effects are taken into account for the spatially varying earthquake ground motion. Depending on variation in the earthquake motion, the response values of the cable-stayed bridge supported on firm, medium and soft foundation soil are obtained, separately. The effects of SSI on the stochastic response of the cable-stayed bridge are also investigated including foundation as a rigidly capped vertical pile groups. In this approach, piles closely grouped together beneath the towers are viewed as a single equivalent upright beam. The soil-pile interaction is linearly idealized as an upright beam on Winkler foundation model which is commonly used to study the response of single piles. A sufficient number of springs on the beam should be used along the length of the piles. The springs near the surface are usually the most important to characterize the response of the piles surrounded by the soil; thus a closer spacing may be used in that region. However, in generally springs are evenly spaced at about half the diameter of the pile. The results of the stochastic analysis with and without the SSI are compared each other while the bridge is under the sway of the spatially varying earthquake ground motion. Specifically, in case of rigid towers and soft soil condition, it is pointed out that the SSI should be significantly taken into account for the design of such bridges.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권2호
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• pp.309-323
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• 2016

As the forefront of structural design method, capacity spectrum method can be applied conveniently, and through this method, deformation demand of structure can be considered. However, there is no research for the seismic application in the structure of sheet pile retaining wall to report. Therefore, focusing on laterally loaded stabilizing sheet pile wall, which belongs to flexible cantilever retaining structure and meets the applying requirement of capacity spectrum method from seismic design of building structure, this paper studied an approach of seismic design of sheet pile wall based on capacity spectrum method. In the procedure, the interaction between soil and structure was simplified, and through Pushover analysis, seismic fortification standard was well associated with performance of retaining structure. In addition, by comparing the result of nonlinear time history analysis, it suggests that this approach is applicable.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권7호
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• pp.29-38
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• 2018

액상화 시 지반-말뚝 시스템의 동적 거동을 정확히 예측하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 이용하여 시간영역에서 3차원 수치 모델링을 수행하였다. 지반의 전단변형에 따른 간극수압의 발달을 직접적으로 모사하기 위해 유효응력 해석법을 이용한 액상화 모델인 Finn model을 적용하였으며 Mohr-Coulomb 탄소성 모델에 접목되어 해석이 수행되었다. 이력감쇠모델을 적용하여 지반 비선형 거동을 고려하였으며 지반과 말뚝 간의 분리현상, 미끄러짐 현상을 모사하는 인터페이스 모델을 적용하였다. 경계조건으로써 단순화 연속체 모델링 기법을 도입하여 반사파의 생성을 막고 해석 효율을 증가시켰으며 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 비선형 거동을 정확히 모사하고자 하였다. Wilson(1998)이 수행한 원심모형시험 케이스 중 상부지반 상대밀도가 55%인 모델을 이용하여 제안된 모델링 기법의 캘리브레이션을 수행한 결과, 수치해석으로부터 도출된 깊이 별 과잉간극수압 비-시간 이력, 휨모멘트-시간이력, 말뚝 두부 변위-시간이력이 실험 결과를 잘 모사하였다. 상부지반 상대밀도가 30%인 모델의 결과를 이용하여 제안된 모델링 기법의 적용성 평가를 수행한 결과, 수치해석으로부터 도출된 지반 및 말뚝 응답이 실험 결과를 잘 모사하였으며 제안된 모델링 기법이 지반-말뚝 시스템의 액상화 거동을 적절히 모사한다고 판단되었다.

• 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.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제76권2호
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• pp.223-237
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• 2020

Transmission towers have come to represent one of the most important infrastructures in today's society, which may suffer severe earthquakes during their service lives. However, in the conventional seismic analyses of transmission towers, the towers are normally assumed to be fixed on the ground without considering the effect of soil-structure interaction (SSI) on the pile-supported transmission tower. This assumption may lead to inaccurate seismic performance estimations of transmission towers. In the present study, the seismic response and failure analyses of pile-supported transmission towers considering SSI are comprehensively performed based on the finite element method. Specifically, two detailed finite element (FE) models of the employed pile-supported transmission tower with and without consideration of SSI effects are established in ABAQUS analysis platform, in which SSI is simulated by the classical p-y approach. A simulation method is developed to stochastically synthesize the earthquake ground motions at different soil depths (i.e. depth-varying ground motions, DVGMs). The impacts of SSI on the dynamic characteristic, seismic response and failure modes are investigated and discussed by using the generated FE models and ground motions. Numerical results show that the vibration mode shapes of the pile-supported transmission towers with and without SSI are basically same; however, SSI can significantly affect the dynamic characteristic by altering the vibration frequencies of different modes. Neglecting the SSI and the variability of earthquake motions at different depths may cause an underestimate and overestimate on the seismic responses, respectively. Moreover, the seismic failure mode of pile-supported transmission towers is also significantly impacted by the SSI and DVGMs.