• Geomechanics and Engineering
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• 제33권5호
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• pp.463-475
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• 2023

Tunnel construction activity, conducted mainly in mountains and within urban centres, causes soil settlement, thus requiring the relevant management of slopes and structures as well as evaluations of risk and stability. Accordingly, in this study we performed a three-dimensional finite element analysis to examine the behaviour of piles and pile cap stability when a tunnel passes near the bottom of the foundation of a pile group connected by a pile cap. We examined the results via numerical analysis considering different conditions for reinforcement of the ground between the tunnel and the pile foundation. The numerical analysis assessed the angular distortion of the pile cap, pile settlement, axial force, shear stress, relative displacement, and volume loss due to tunnel excavation, and pile cap stability was evaluated based on Son and Cording's evaluation criterion for damage to adjacent structures. The pile located closest to the tunnel under the condition of no ground reinforcement exhibited pile head settlement approximately 70% greater than that of the pile located farthest from the tunnel under the condition of greatest ground reinforcement. Additionally, pile head settlement was greatest when the largest volume loss occurred, being approximately 18% greater than pile head settlement under the condition having the smallest volume loss. This paper closely examines the main factors influencing the behaviour of a pile group connected by a pile cap for three ground reinforcement conditions and presents an evaluation of pile cap stability.

• Earthquakes and Structures
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• 제11권1호
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• pp.141-163
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• 2016

Fiber models have been developed and applied to various structural elements such as shear walls, beams and columns. Only scarcely have fiber models been applied to circular foundation systems such as cast in drilled holes shafts (CIDH). In pile foundations with constraint head boundary conditions, shear deformations can easily contribute to the lateral pile response. However, soil structure interaction formulations such as the p-y method, commonly used for lateral pile design, do not include structural shear deformations in its traditional derivation method. A fiber model that couples shear and axial-bending behavior, originally developed for wall elements was modified and validated on circular cross sections (columns) before being applied to a 0.61 m diameter reinforced concrete (RC) pile with fixed head boundary conditions. The analytical response was compared to measured test results of a fixed head test pile to investigate the possible impact of pile shear deformations on the displacement, shear, and moment profiles of the pile. Results showed that shear displacements and forces are not negligible and suggest that nonlinear shear deformations for RC piles should be considered for fixed-head or similar conditions. Appropriate sensor layout is recommended to capture shear deformation when deriving p-y curves from field measurements.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권12호
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• pp.31-40
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• 2010

본 연구에서는 수직 및 수평하중을 받는 말뚝기초의 두부구속조건(고정단, 힌지단)에 따른 3차원 수치해석을 수행하였다. 수평하중과 수직하중 작용 시 말뚝과 기초의 강결합(고정단)이 힌지결합에 비하여 말뚝두부에서 횡방향 강성 및 단면 발생모멘트(휨모멘트)가 크게 나타나고 전면기초(raft)에서 발생하는 전단력도 크게 나타남을 알 수 있었다. 따라서 말뚝의 두부구속조건이 말뚝기초 전체의 거동에 지대한 영향을 미치는 것을 알 수 있었으며, 힌지결합이 강결합과 비교하여 전면기초의 두께 및 말뚝의 철근 배근량을 감소시킬 수 있기 때문에 허용변위를 만족하는 선에서 경제적인 말뚝기초의 설계가 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2004년도 춘계학술발표회
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• pp.36-43
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• 2004

Most of pile foundations are fixed head condition, but lateral loading test for pile is performed under free head condition generally In this study, a lateral loading test for a large diameter drilled shaft was performed under the fixed pile head and the free pile head condition, where lateral displacement along the pile depth was measure. Test results and theoretical values were compared and analyzed.

• Geomechanics and Engineering
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• 제32권5호
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• pp.523-540
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• 2023

The failure of slope can cause remarkable damage to either human life or infrastructures. Stabilizing piles are widely utilized to reinforce slope as a slip-resistance structure. The workability of pile-stabilized slopes is affected by various parameters. In this study, the performance of earth slope reinforced with piles and the behavior of piles under static load, by shear reduction strength method using the finite difference software (FLAC^3D) has been investigated. Parametric studies were conducted to investigate the role of pile length (L), different pile distances from each other (S/D), pile head conditions (free and fixed head condition), the effect of sand density (loose, medium, and high-density soil) on the pile behavior, and the performance of pile-stabilized slopes. The performance of the stabilized slopes was analyzed by evaluating the factor of safety, lateral displacement and bending moment of piles, and critical slip mechanism. The results depict that as L increased and S/D reduced, the performance of slopes stabilized with pile gets better by raising the soil density. The greater the amount of bending moment at the shallow depths of the pile in the fixed pile head indicates the effect of the inertial force due to the structure on the pile performance.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2008년도 춘계 학술발표회 초청강연 및 논문집
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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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권7호
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• pp.17-28
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• 2017

본 연구에서는 건조사질토 지반에 근입된 말뚝의 동적 거동을 분석하기 위해 1g 진동대 실험을 수행하였다. 지반-말뚝 시스템의 고유 진동수를 측정한 후 고유 진동수를 기반으로 하중 진동수를 산정하고 이에 대한 거동을 분석하였다. 또한, 추가적으로 말뚝의 동적 거동에 영향을 미치는 인자를 분석하기 위하여 입력 가속도, 상부하중, 말뚝 두부 구속 조건에 따른 거동을 분석하였다. 분석결과, 하중 진동수가 지반-말뚝 시스템의 고유 진동수보다 큰 경우 상대적으로 말뚝 두부변위와 휨모멘트가 크게 발생하고 동적 p-y 곡선의 기울기가 작게 나타났다. 또한, 동적 p-y 곡선의 영향인자를 분석한 결과, 말뚝 두부구속조건은 동적 p-y 곡선의 기울기에 영향을 적게 끼침을 확인하였고, 입력가속도, 상부하중 등의 의한 관성력, 지반-말뚝 시스템의 고유 진동수와 입력 진동수의 관계 그리고 지반조건이 동적 p-y 곡선의 기울기에 큰 영향을 끼치는 것으로 확인되었다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.111-116
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• 2011

본 연구에서는 횡방향 하중을 받는 말뚝의 해석 해를 유도하고 그로부터 말뚝의 거동분석과 더불어 긴 말뚝으로의 거동기준이 되는 임계 말뚝길이(critical pile length)를 지반조건을 달리하여 구하고 비교 분석하였다. 또한 해석 해에 의한 말뚝의 거동과 p-y곡선을 적용한 수치해석을 통해 말뚝의 거동을 비교분석하였다. 해석 해에 따르면 밀도를 달리한 지반조건에 대해 무차원 임계 말뚝길이는 해석에서 고려한 세 가지 말뚝머리 경계조건에 있어 2.3~3.2 사이였다. 해석 해에 의한 결과와 수치해석에 의한 결과를 비교하면 말뚝길이에 따른 말뚝의 변형과 모멘트 분포양상은 유사하였다. 말뚝머리 변형량은 해석에 의한 경우가 수치해석에 의한 경우보다 보수적인 값을 보여주었으며 휨모멘트의 값은 해석에 의한 값과 수치해석에 의한 값 사이에 큰 차이를 보이지 않았다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.267-274
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• 2021

말뚝의 허용횡방향지지력을 결정하는 방법으로는 지반반력법과 극한횡방향지지력에 근거한 방법이 많이 쓰이고 있는데 설계시 지반반력법에 근거한 방법만을 적용하는 경우가 있다. 본 연구에서는 지반조건과 말뚝머리 구속조건 그리고 말뚝길이에 따른 말뚝의 허용지지력을 이들 두 가지 방법을 적용하여 구하고 상호 비교함으로써 해석에서 고려한 조건들이 말뚝의 허용횡방향지지력 결정법에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 연구결과에 따르면 말뚝머리 구속조건 및 말뚝길이에 상관없이 연약 점성토 지반에 설치된 말뚝의 경우 지반반력법에 의한 허용횡방향지지력이 설계를 지배함을 알 수 있었고 점성토의 비배수강도가 커짐에 따라 극한횡방향지지력을 통한 허용횡방향지지력이 설계를 지배함을 알 수 있다. 사질토 지반에 설치된 말뚝의 경우 느슨한 사질토지반에 설치된 말뚝머리 자유인 짧은말뚝의 경우를 제외하고 모든 경우에 있어 극한횡방향지지력을 통한 허용횡방향지지력이 설계를 지배함을 알 수 있다. 횡방향말뚝의 설게시 허용 횡방향변위량에 근거한 설계만으로 충분하다는 견해도 있지만 본 연구결과에 따르면 극한횡방향지지력에 근거한 허용횡방향지지력의 계산 또한 필요함을 알 수 있었다. 수평지반반력계수는 허용횡방향변위량 이내에서는 말뚝폭에 큰 영향을 받지 않음을 알 수 있었으며 실제 많이 쓰이는 말뚝폭의 범위인 20~90cm 인 경우 말뚝폭의 영향을 무시해도 될 것으로 생각된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권7호
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• pp.61-73
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• 2008

다수의 말뚝을 캡(확대기초)으로 연결하여 하중을 지지하는 다주식 기초에 대하여 캡의 연결부를 강결합 조건과 힌지결합 조건으로 구분하여 말뚝 반력 해석의 합리성을 분석하였으며, 널리 사용 중인 탄성변위법과 라멘식 프레임 해석에 기반한 비선형 해석기법을 비교하여 검토하였다. 특히 실제 해상 장대교량의 조건을 대상으로 상부구조와 기초를 연계한 전체 구조계 해석 결과를 분석하여 말뚝머리 구속 조건에 대한 기초 부재 단면력 산정의 적정성을 파악하였다. 이를 위해 캡과 연결된 각 말뚝에서 발생하는 휨모멘트, 전단력, 압축력 등 반력을 산정하고 PM상관도 분석과 지지력 산정을 통해 말뚝 부재의 안정성을 검토하였다. 일반적인 규모의 교량, 또는 강성이 크지 않은 말뚝을 적용한 기초에서는 말뚝-캡 결합 조건에 따른 말뚝 단면 설계의 차이가 현저하지 않으나, 말뚝이 지면 위로 일정 길이 이상 돌출되는 다주식 기초의 해상교량에서는 말뚝머리를 힌지로 고려할 경우 지중부에서 매우 큰 휨모멘트와 전단력이 유발되며, 말뚝머리의 수평변위량이 극단적으로 증가하였다. 해상 장대교량에 대해서는 비현실적 가정조건에 기반한 탄성변위법 보다는 말뚝머리를 캡에 강결합하고 말뚝이 탄성판에 지지된 보로 간주하는 라멘(rahmen) 모델링을 통해 상부구조와 연계한 전체 구조계 해석을 수행하는 것이 바람직하다.