• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제18권2호
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• pp.1-9
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• 2022

A novel steel-pipe energy pile is introduced, in which the deformed rebars for main reinforcing are replaced with steel pipes in a large diameter cast-in-place energy pile. Here, the steel pipes act as not only reinforcements but also heat exchangers by circulating the working fluid through the hollow hole in the steel pipes. Under this concept, the steel-pipe energy pile can serve a role of supporting main structures and exchanging heat with surrounding mediums without installing additional heat exchange pipes. In this study, the steel-pipe energy pile was constructed in a test bed considering the material properties of steel pipes and the subsoil investigation. Then, the thermal performance test (TPT) in cooling condition was conducted in the constructed energy pile to investigate thermal performance. In addition, the thermal performance of the steel-pipe energy pile was compared with that of the conventional large diameter cast-in-place energy pile to evaluate its applicability. As a result, the steel-pipe energy pile showed 11% higher thermal performance than the conventional energy pile along with much simpler construction processes.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권6C호
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• pp.251-258
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• 2011

강관말뚝은 오랫동안 다양한 깊은 기초에 적용되어 왔으나 최근 강재가격의 상승으로 균질한 품질, 큰 강성, 용이한 시공 등의 장점에도 불구하고 기술자들이 자유롭게 적용 못하고 있다. 그러므로 강관말뚝으로 시공할 경우에는 초기 항타후 계획고 이상에서 절단된 강관을 재활용할 수 있다면 공사비를 절감하는데에 기여할 수 있다. 이러한 사유로 인하여 시공자들은 항타후 절단된 강관말뚝을 새롭게 시공할 말뚝과 함께 시공하고자 하나 명확한 정량적인 항타후 강관말뚝의 거동특성의 부재 및 재활용을 위한 적절한 대응방법과 기준의 부재로 인하여 말뚝의 건전도 문제, 문제 발생시의 대응방법 부재 등이 실제 현장에서 종종 발생하고 있다. 본 연구에서는 신규 강관말뚝과 사용자 하중 또는 극한 하중을 받은 강관말뚝에 대하여 현장에서 수행한 말뚝 동재하시험과 실내에서의 피로시험, 인장시험, 샤르피 충격시험을 실시하여 그 결과를 비교분석하였다. 시험결과로부터 허용응력 수준의 항타응력이 발생한 사용 하중조건에서는 항복강도의 변화가 2% 이하이며 최대 허용항타응력($0.9{\sigma}_y$)을 항타횟수가 3000회까지 받은 극한 하중조건에서는 항복강도의 변화가 5% 이하인 것을 확인할 수 있다. 또한 각 변수의 민감도를 확인하기 위하여 통계분석을 실시하였다. 모든 실험결과로부터 강관말뚝의 재활용 가능여부에 대한 판단 기준은 항복강도의 변화 보다는 오히려 샤르피충격에너지, 용접부에서의 강도변화 및 품질관리, 강관의 단면 변화, 항타후 강관의 국부좌굴에 기인하는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.14-22
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• 2023

Steel-pipe civil structures, including steel-pipe energy piles and cast-in-place piles (CIPs), utilize steel pipes as their primary reinforcements. These steel pipes facilitate the circulation of a working fluid through their annular crosssection, enabling heat exchange with the surrounding ground formation. In this study, the cooling performance of a ground source heat pump (GSHP) system that incorporated steel-pipe civil structures was investigated to assess their applicability. First of all, the thermal performance test was conducted with steel-pipe CIPs to evaluate the average heat exchange amount. Subsequently, a GSHP system was designed and implemented within an office container, considering the various types of steel-pipe civil structures. During the performance evaluation tests, parameters such as the coefficient of performance (COP) and entering water temperature (EWT) were closely monitored. The outcomes indicated an average COP of 3.74 for the GSHP system and the EWT remained relatively stable throughout the tests. Consequently, the GSPH system demonstrated its capability to consistently provide a sufficient heat source, even during periods of high cooling thermal demand, by utilzing the steel-pipe civil structures.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권6C호
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• pp.231-240
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• 2011

소재의 고강도화와 항타에너지 상향 반영에 따른 강관말뚝의 거동특성을 분석하기 위하여 광양지역에 다양한 지름과 소재별로 총 10본의 말뚝을 시공하여 동재하시험, 정재하시험, 하중전이시험 등의 다양한 현장재하시험을 수행하였다. 항타관입성을 분석한 결과, PHC말뚝이 가장 많은 항타횟수와 가장 적은 관입깊이를 나타냈으며 고강도 강관말뚝에서 가장 적은 항타횟수와 깊은 관입깊이를 확인할 수 있어 고항타에너지에 의한 효과를 파악할 수 있었다. 동재하시험결과를 말뚝별로 비교한 결과, PHC말뚝과 일반 강관말뚝의 경우에는 재료의 허용축하중이 말뚝의 설계허용지지력을 결정하는 주요 변수인 것을 확인한 반면에 고강도 강관말뚝에서는 지반의 지지력에 의해 말뚝의 설계허용지지력이 결정되는 것을 확인할 수 있었다. 정재하시험과 하중전이시험을 고강도 강관말뚝 2본에 대해서 수행한 결과, 말뚝의 설계효율을 80% 이상의 수준으로 향상할 수 있는 방안을 도출할 수 있었으며 이를 통해 소요 말뚝 본수 절감을 통한 공사비 절감이 가능함을 확인하였다. 대상 지역에서의 주면마찰력 set-up효과를 분석하여 적정 회귀식을 제시하였고 선단지지력에 대해서는 기존 설계식의 한계를 분석하여 향후 기술개발 방향을 제시할 수 있었다.

• 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.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제16권2호
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• pp.67-77
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• 2017

본 연구에서는 콘 장비를 강관말뚝 중공에 설치함에 따른 말뚝의 거동을 분석하기 위해 축소 모형실험을 진행하였다. 콘 장비를 항타하여 설치 할 경우 먼저 강관 내부에 유입되는 관내토의 높이를 수치상으로 확인 할 수 있으며, 이를 통해 플러깅을 예측하여 플러깅에 따른 말뚝의 거동을 분석 할 수 있다. 또한 물리적인 항타 에너지로 지반의 강성과 강도를 증가 시켜 지지력을 상승 시킬 것으로 기대된다. 강사 장치를 이용하여 상대밀도 90%의 지반을 조성하고 거칠기가 다른 두 강관말뚝을 항타높이를 200mm와 500mm로 나누어 근입깊이 600mm까지 설치한다. 그리고 콘 장비의 유무에 따라 총 8가지 케이스를 나누어 말뚝의 지지력을 분석하였다. 말뚝의 항타높이, 말뚝의 거칠기, 콘 장비의 유무에 따른 세 가지 변수 중 항타높이가 약 70%로 지지력에 미치는 영향이 가장 컸으며 다음으로 콘 장비의 유무가 약 40%, 말뚝의 거칠기가 약 21%로 나타났다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.765-770
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• 2010

In this study, the behavior of underground pipeline subjected to pile driving is examined using the verified finite element model based on the field experiment. Young's modules of surface soil is varied and elastic modulus of the other soil layer is fixed. The pile driving force model proposed by Mounir E. Mabsout in 1999 was used and it was functions of time and of force. The forcing function applied on this study considers the kinetic energy of ram located at 1.2m height with 7 tonf. The 3-layered pipeline is composed of steel(inner) pipe, PUR(Polyurethane Resin, filler) and HDPE(outer) pipe, and the length/diameter of main steel pipe is 20m/0.8m(O.D). It is used for district heating pipes in Korea. The results are expressed in terms of Von Mises stress, displacement, and vibration velocity for each soil condition. From the results of the analyses, PUR which is originally intended as a thermal insulation of inner pipe shows performance as a structural member which distributes external pressure.

• 한국지반공학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.99-110
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• 2001

개단 강관말뚝은 관입저항이 상대적으로 작다는 장점 때문에 육상과 해상구조물의 기초로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 말뚝의 항타에너지가 강관말뚝의 폐색효과와 지지력에 미치는 영향을 알아보기 위하여 토조를 이용한 모형말뚝시험을 수행하였다. 시험결과로부터 말뚝의 폐색정도는 동일 항타에너지에서 햄머의 중량이 클수록, 그리고 동일 낙하높이에 대해서도 햄머의 중량이 클수록 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 폐색정도의 경우와 마찬가지로 항타에너지가 일정한 경우와 햄머의 낙하높이가 일정한 경우 모두에 대하여 햄머의 중량이 증가할수록 말뚝의 선단지 지력과 주면마찰력이 증가하는 것으로 나타났다. 한편 압입말뚝(jacked pile)의 경우에는 말뚝의 설치과정에서 발생하는 폐색효과가 동일 깊이로 타입된 항타말뚝에 비해 상당히 크게 나타났으며, 그로 인해 지지력 또한 항타말뚝 보다 큰 것으로 나타났다.

• 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.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1999년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.209-216
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• 1999

Prefabricated piles used for construction of highway bridges are most of steel pipe piles and few of prestressed concrete piles. Its installation and inspection are less controllable and have much uncertainty due to changes in subsoil and groundwater conditions. However, most of these piles have been controlled using outdated pile driving formula such as Hiley's formula which models just the energy conservation due to its simple applicability in the field. This formula results in overstriking or sometimes understocking due to buckling of pile head. Engineers cannot ensure by the formula whether pile is installed properly. To compensate the drawbacks of excising pile formula, parameters in Hiley's formula and 55 formula are reviewed. Final sets used in pile formula and PDA test results(E.O.I.D) are measured during pile driving along the depth. These measured results along the depth were compared with each other and with N values, so that relations between the each result could be inferred. Also the factor of safety which can be used for pile driving formula are suggested.