In this study, the performance of foil thrust bearings was investigated by performing bearing take-off and load capacity tests, using an in-house designed and manufactured vertical bearing test rig. The mean take-off rotational speed and maximum load capacity of the bearing specimen were ~18,000 rpm and ~80 kPa, respectively. The vertical bearing test rig was observed to yield higher coefficients of friction and frictional torques than a horizontal bearing test rig under identical test conditions. This was a result of its structural characteristics, in that the bearing specimen is placed atop the thrust runner, which keeps it from being separated from the runner after the bearing take-off. In addition, bearing take-off was observed at a higher runner rotational speed as this structure keeps air from flowing between the top foil and runner surfaces, which requires a higher runner speed. The parallel alignment between the bearing specimen and runner surfaces can be maintained within a certain range more easily in a vertical test rig than in a horizontal test rig. Because of these advantages, Korean Industrial Standard, KS B 2060, recommends a vertical bearing test rig as the standard test device for foil thrust bearings.
In this study, based on the relationship of the vertical force - settlement of batter piles obtained by pressure chamber model tests, the vertical bearing capacity of vertical and batter piles according to the increase of pile inclination was analyzed. A model open - ended steel pipe pile with the inclination of 5$^\circ$, 10$^\circ$ and 15$^\circ$ was driven into saturated fine sand with relative density of 50 %, and the static compression load tests were performed under each confining pressure of 35, 70 and 120 kPa in pressure chamber. The vertical bearing capacity of pile obtained from pressure chamber tests increased with the pile inclination. In the case of the inclination of 5$^\circ$, 10$^\circ$, 15$^\circ$, increasing ratios of pile bearing capacity were 111, 121, 127 ~ 140 % of vertical bearing capacity respectively. In the case of the inclination of above 20$^\circ$, the model tests could not be performed because of pile of pile head during compressive loading on the pile head.
The socket-spigot template supporting system is widely used in engineering applications in China. As a newer type of support structure, there has been growing research interest in its bearing capacity. In this paper, four vertical bearing capacity tests were carried out on the basic mechanical unit frame of a socket-spigot template supporting system. The first goal was to explore the influence of the node semi-rigid degree and the longitudinal spacing of the upright tube on the vertical bearing capacity. The second objective was to analyze the displacement trend and the failure mode during the loading process. This paper presents numerical analysis of the vertical bearing capacity of the unit frames using the finite element software ANSYS. It revealed the relationship between the node semi-rigid degree and the vertical bearing capacity, that the two-linear reinforcement model of elastic-plastic material can be used to analyze the socket-spigot template supporting system, and, through node entity model analysis, that the load transfer direction greatly influences the node bearing area. Finally, this paper indicates the results of on-site application performance experiments, shows that the supporting system has adequate bearing capacity and stability, and comments on the common work performance of a socket and fastener scaffold.
Due to the sea-crossing bridge span is generally large and main pier pile foundations are located in deep water and carry large vertical load, sea-crossing bridge main pier pile foundations bearing mechanism and load deformation characteristics are still vague. Authors studied the vertical bearing properties of sea-crossing bridge main pier pile foundations through pilot load tests. Large tonnage load test of Qingdao Bay Bridge main pier pile program is designed by using per-stressed technique to optimize the design of anchor pile reaction beam system. Test results show that the design is feasible and effective. This method can directly test bearing capacity of main pier pile foundations, and analysis bearing behaviors from test results of sensors which embedded in the pile. Through test study the vertical bearing properties of main pier pile foundation and compared with the generally short pile, author summarized the main pier pile foundations vertical bearing capacity and the main problem of design and construction which need to pay attention, and provide a reliable basis and experience for sea-crossing bridge main pier pile foundations design and construction.
Conventionally, because evaluation methods of the bearing capacity for double steel pipe-concrete composite pile design have not been established, the conventional vertical bearing capacity equations for steel hollow pile are used. However, there are severe differences between the predictions from these equations, and the most conservative one among vertical bearing capacity predictions are conventionally adopted as a design value. Consequently, the current prediction method for vertical bearing capacity of composite pile prediction composite pile causes design reliability and economical feasibility to be low. This paper investigated mechanical behaviors of a new composite pile, with a cross-section composed of double steel pipes filled with concrete (DSCT), vertical bearing capacities were analyzed for several DSCT pile conditions. Axisymmetric finite element models for DSCT pile and surrounding ground were created and they were used to analyze effects on behaviors of DSCT pile pile by embedding depth, stiffness of plugging material at pile tip, height of plugging material at pile tip, and rockbed material. Additionally, results from conventional design prediction equations for vertical bearing capacity at steel hollow pile tip were compared with that from numerical results, and the use of the conventional equations for steel hollow pile was examined to apply to that for DSCT pile.
The use of a skirt, a vertical projection attached to the footing, is a recently developed method to increase the bearing capacity of soils and reduce foundation settlements. Most of the studies were focused on vertical skirted circular footings resting on clay while neglecting the rigidity and inclination of skirts. This study employs finite element limit analysis to investigate the bearing capacity enhancement of flexible and rigid inclined skirts in cohesionless soils. The results indicate that the bearing capacity initially improves with an increase in the skirt inclination but subsequently decreases for both flexible and rigid skirts. However, the rigid skirt exhibits more apparent optimum skirt inclination and bearing capacity enhancement than the flexible one, owing to differences in their failure mechanisms. Furthermore, the bearing capacity of the inclined skirted foundation increases with the skirt length, footing depth, and internal friction angle of the soil. In the case of rigid skirts, the bearing capacity increases linearly with skirt length, while for flexible skirts, it reaches a stable value at a certain skirt length. The efficiency of the flexible footing reduces as the footing depth and soil internal friction angle increase. Conversely, the efficiency of the rigid skirt decreases only with an increase in the depth of the footing. The paper also presents a detailed analysis of various failure patterns, highlighting the behaviour of inclined skirted footings. Additionally, nonlinear regression equations are provided to quantify and predict the bearing capacity enhancement with the inclined skirts.
Park, Jeongseon;Park, Duhee;Jee, Sunghyun;Kim, Dongjoon
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.16
no.9
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pp.33-41
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2015
The vertical bearing capacity of a bucket foundation installed in sand can be calculated as sum of the skin friction and end bearing capacity. However, the current design equations are not considering the non-associated flow characteristics of sand and the reduction in the skin friction and increase in the end bearing capacity when the vertical load is applied. In this study, we perform two-dimensional axisymmetric finite element analyses following non-associated flow rule and calculate the vertical bearing capacity of circular bucket foundation of various sizes installed in sand of different friction angles. After calculating the skin friction and end bearing force at the ultimate state, design equations are derived for each. The skin friction of bucket foundation is shown significantly small compared to the end bearing capacity. Considering the difference with the available design equation for piles, it is recommended that the equation for piles is used for the bucket foundation. A new shape-depth factor ($s_q{\cdot}d_q$) for bucket foundation is recommended which also accounts for the increment of the end bearing capacity due to skin friction. Additionally, the shape and depth factor of embedded foundation proposed from the associated flow rule can overestimate the bearing capacity in sand, so it is more adequate to use the shape-depth factor proposed in this study.
The present paper evaluates seismic bearing capacity of rock masses subjected to loads of strip footings using the upper bound method. A general formula was proposed to evaluate the seismic bearing capacity considering both the horizontal and vertical accelerations of the earthquake and the effects of footing embedment depth simultaneously. Modified Hoek-Brown failure criterion was employed for the rock mass. Some comparisons were made with the available solutions and the finite element numerical models to show the accuracy of the developed upper bound formulations. The obtained results show significant improvement compared to the other available solutions. By increasing the horizontal earthquake acceleration from 0.1 to 0.3, the bearing capacity was reduced by up to 39%, while the effect of the vertical earthquake acceleration depends on its direction. An upward acceleration in the range of zero to 0.2 results in an increase in the bearing capacity by up to 24%, while the downward earthquake acceleration has an adverse effect. Also, by increasing the embedment depth of the footing from zero to 5 times the footing width, the value of seismic bearing capacity was raised about 86%. The obtained results were presented as design tables for use in practical applications.
Most of the pile's vertical static load tests in construction sites are the proof load tests, which is difficult to accurately estimate the ultimate bearing capacity and analyze the reliability of piles. Therefore, a reliability analysis method based on the proof load-settlement (Q-s) data is proposed in this study. In this proposed method, a simple ultimate limit state function based on the hyperbolic model is established, where the random variables of reliability analysis include the model factor of the ultimate bearing capacity and the fitting parameters of the hyperbolic model. The model factor M = RuR / RuP is calculated based on the available destructive Q-s data, where the real value of the ultimate bearing capacity (RuR) is obtained by the complete destructive Q-s data; the predicted value of the ultimate bearing capacity (RuP) is obtained by the proof Q-s data, a part of the available destructive Q-s data, that before the predetermined load determined by the pile test report. The results demonstrate that the proposed method can easy and effectively perform the reliability analysis based on the proof Q-s data.
With the increasing usages of micropile, several researchers have been studying the bearing characteristics of micropile or micropile-raft system. But most cases of research were focused on the bearing capacity of micropile-raft system on sand layer. And it was not considered that the bearing capacity of micropile-raft system was affected by the failure mode of soil and pile installation conditions. Thereby this study conducted the numerical analysis to estimate the bearing capacity of micropile-raft system on sand or silt layer with different shear failure mode. It was found that the bearing capacity of micropile-raft system installed in positive or negative angle was larger than that of the system installed in vertical angle, in the case of the sand layer undergoing the general shear failure. In the case of silt layer undergoing the punching shear failure, the bearing capacity of micropile-raft system installed only in negative angle was larger than that installed in vertical or positive angle. And the bearing capacity of foundation system in positive angle was similar to the vertical micropile-raft system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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