This study investigates the behavior of group of tapered and cylindrical piles. The bearing capacities of groups of tapered and cylindrical piles are computed and compared. Modeling of group of piles in this study is conducted in sand using three-dimensional finite element software. For this purpose, total bearing capacity of each group is firstly calculated using the load-displacement curve under specific load and common techniques. Then, the model of group of piles is reloaded under this calculated capacity to find group settlements, stress states on the lateral surfaces of group block, efficiency of group and etc. In order to calculate the efficiency of each group, single tapered and cylindrical piles are modeled separately. Comparison for both tapered and cylindrical group of piles with same volume is conducted and a relation to predict tapered pile group efficiency is developed. A parametric study is also performed by changing parameters such as tapered angle, angle of internal friction of sand, dilatancy angle of soil and coefficient of lateral earth pressure to find their influences on single pile and pile group behavior.
The study deals with the physical modeling of a typical single storeyed building frame resting on pile foundation and embedded in cohesive soil mass using the finite element based software SAP-IV. Two groups of piles comprising two and three piles, with series and parallel arrangement thereof, are considered. The slab provided at top and bottom of the frame along with the pile cap is idealized as four noded and two dimensional thin shell elements. The beams and columns of the frame, and piles are modeled using two noded one dimensional beam-column element. The soil is modeled using closely spaced discrete linear springs. A parametric study is carried out to investigate the effect of various parameters of the pile foundation, such as spacing in a group and number of piles in a group, on the response of superstructure. The response considered includes the displacement at the top of the frame and bending moment in columns. The soil-structure interaction effect is found to increase the displacement in the range of 38 -133% and to increase the absolute maximum positive and negative moments in the column in the range of 2-12% and 2-11%. The effect of the soil- structure interaction is observed to be significant for the type of foundation and soil considered in this study. The results obtained are compared further with those of Chore et al. (2010), wherein different idealizations were used for modeling the superstructure frame and sub-structure elements (foundation). While fair agreement is observed in the results in either study, the trend of the results obtained in both studies is also same.
Current design of pile group is based on the estimation of the overall bearing capacity of a pile group from that of a single pile using a group efficiency. However, the behaviors of a pile group are influenced by various factors such as the method of pile installation, pile-soil-pile interaction, cap-soil-pile interaction, etc. Thus, it is practically impossible to take into account these factors reasonably with the only group efficiency. In this paper, a new method for the design of pile groups is proposed, where the significant factors affecting the behavior of a pile group are considered separately by adopting several efficiencies. Furthermore, in the proposed method, the load transfer characteristics of piles and the difference of pile behaviors with respect to the pile locations in group can be taken into account. The efficiencies for the method are determined using the settlement failure criterion, which is consistent with the concept of allowable settlement fur structures. The efficiencies calculated from the results of existing model tests are presented, and the bearing capacity of a pile group in the other model test is calculated and compared with that from the test result to verify the validity of the proposed method.
The dragload on pile groups in consolidating ground was investigated based on a numerical analysis. The case of a single pile and subsequently the response of groups were analyzed by 2D and 3D finite element studies. Conventional continuum elements and special slip elements were used in the analyses for comparison. Based on a limited parametric study, it is shown that dragload for a single pile and group effect are normally overestimated by continuum analyses, compared with the predictions by the slip analyses. The group effect was examined from the slip analysis by considering various factors such as pile configurations, surface loading, interface friction coefficient, and axial loading on piles. An examplary analysis and one previous experimental observation of dragload and group effects were back-analysed. The case histories demonstrated that the slip analysis might predict a better estimate of dragload and group effect compared to the no-slip continuum analysis.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1999.03a
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pp.447-454
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1999
The compressive capacity and the soil plugging resistance of single open-ended pipe pile were completely decreased in the previous study on the behavior of shorter single pile during simulated seaquake induced by the vertical component of earthquake. But the capacity of single open-ended pipe pile with greater penetration and the capacity of piles group with shorter penetration were expected to be stable after seaquake motion. In this study, first, 2-piles or 4-piles are driven into the calibration chamber included in saturated fine medium sand with several simulated penetrations, and the compressive load test for each piles group was performed. Then, about 95 % compressive load of the ultimate capacity was applied on the pile head during the simulated seaquake motion. Finally, In confirm the reduction of pile capacity during the simulated seaquake motion, the compressive load test for each single pile or piles group after seaquake motion was performed. During the simulated seaquake, the compressive capacity of open-ended pipe piles with greater penetration ( 〉about 27 m) was not degraded even in deep sea deeper than 220 m and soil plug within open-ended pipe pile installed in deep sea was stable after seaquake motion. Also, in the case of 2-piles or 4-pile groups, the compressive capacity after seaquake motion was not degraded at all regardless of pile penetration depth beneath seabed, sea water depth and seaquake frequency.
Preventing or reducing the damage impact of lateral soil movements on piled foundations is highly dependent on understanding the behavior of passive piles. For this reason, a detailed experimental study is carried out, aimed to examine the influence of soil density, the depth of moving layer and pile spacing on the behavior of a 2×2 free-standing pile group subjected to a uniform profile of lateral soil movement. Results from 8 model tests comprise bending moment, shear force, soil reaction and deformations measured along the pile shaft using strain gauges and others probing tools were performed. It is found that soil density and the depth of moving layer have an opposite impact regarding the ultimate response of piles. A pile group embedded in dense sand requires less soil displacement to reach the ultimate soil reaction compared to those embedded in medium and loose sands. On the other hand, the larger the moving depth, the larger amount of lateral soil movement needs to develop the pile group its ultimate deformations. Furthermore, the group factor and the effect of pile spacing were highly related to the soil-structure interaction resulted from the transferring process of forces between pile rows with the existing of the rigid pile cap.
A series of three-dimensional (3D) parametric finite element analyses have been performed to study the influence of the relative locations of pile tips with regards to the tunnel position on the behaviour of single piles and pile groups to adjacent tunnelling in weathered soil. When the pile tips are inside the influence zone, which considers the relative pile tip location with respect to the tunnel position, tunnelling-induced pile head settlements are larger than those computed from the Greenfield condition. However, when the pile tips are outside the influence zone, a reverse trend is obtained. When the pile tips are inside the influence zone, the tunnelling-induced tensile pile forces mobilised, but when the pile tips are outside the influence zone, compressive pile forces are induced because of tunnelling, depending on the shear stress transfer mechanism at the pile-soil interface. For piles connected to a cap, tensile and compressive forces are mobilised at the top of the centre and side piles, respectively. It has been shown that the increases in the tunnelling-induced pile head settlements have resulted in reductions of the apparent factor of safety up to approximately 43% when the pile tips are inside the influence zone, therefore severely affecting the serviceability of the piles. The pile behaviour, when considering the location of the pile tips with regards to the tunnel, has been analysed in great detail by taking the tunnelling-induced pile head settlements, axial pile forces, apparent factor of safety of the piles and shear transfer mechanism into account.
This paper analyzed the characteristics of p-multiplier and the load distribution of H-pile group installed in weathered soil under horizontal loading. The results of this study conducted in pile arrangement ($2{\times}3$, $3{\times}3$), the pile center to center spacing (2D, 4D, 6D), and soil density (relative density: 40%, 80%) were drawn as follows. As to the average horizontal loading applied to each pile in pile groups, the fewer number of piles was, the larger average horizontal resistance became. As the result of analysis on p-y curves of single piles and pile groups according to the pile distance and the soil density, as the pile spacing was increased from 2D to 6D, the interaction coefficients of pile group showed 0.85~0.94 (piles in the front row), 0.57~0.79 (piles in the middle row), and 0.60~0.71 (piles in the rear row) in the loose ground and showed 0.76~0.82 (piles in the front row), 0.58~0.73 (piles in the middle row), and 0.53~0.70 (piles in the rear row) in the dense ground. As above, the wider pile distance was, the larger interaction coefficient value was shown among piles. In addition, piles in the front row showed bigger interaction coefficients than that of piles in the middle and back row.
In this study, three dimensional numerical analyses were performed with variation of pile spacing (S=3D, 4D, 5D) to compare the behaviour of single pile and pile group with cap in granite soil. In order to compare and analyze the lateral resistance of single pile and pile group by changing pile spacing, the pile group with array of $1{\times}3$ was employed. To reduce the computation time the symmetric boundary condition was used. And Druker-Prager model and elasticity model were used for granite soil and for concrete pile and cap, respectively. Using the analyses results of pile group in granite soil under lateral loading, p-y curve for pile group and single pile with changing pile spacing was drawn. With p-y curve p-multiplier was evaluated. As a result of analysis, the value of p-multiplier was increased with increasing pile spacing under 1.0 due to pile shadow effects.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.343-358
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2008
Piles of a bridge pier are connected with a column through a pile cap(footing). Behavior of the pile foundation can be different according to the connection method between piles and the pile cap. This difference causes a change of the design method. Connection methods between pile heads and the pile cap are divided into two groups ; rigid connections and hinge connections. KHBDC(Korea Highway Bridge Design Code) has specified to use rigid connection method for the highway bridge. In the rigid connection method, maximum bending moment of a pile occurs at the pile head and this helps the pile to prevent the excessive displacement. Rigid methods are also good to improve the seismic performance. However some specifications prescribe that conservative results through investigations for both the fixed-head condition and the free-head condition should be reflected in the design. This statement may induce an over-estimated design for the bridge which have very good quality structures with casing covered drilled shafts and the PC-house contained pile cap. Because the assumption of free-head conditions (hinge connections) are unreal for the elevated pile cap system with multiple piles of the long span sea-crossing bridges. On the other hand, elastic displacement method to evaluate the pile reactions under the pile cap is not suitable for this type of bridges due to impractical assumptions. So, full modeling techniques which analyze the superstructure and the substructure simultaneously should be performed. Loads and stress state of the very large diameter drilled shaft and the pile cap for Incheon Bridge which will the longest bridge in Korea were investigated through the full modeling for rigid connection conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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