• 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.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2009년도 세계 도시지반공학 심포지엄
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• pp.913-922
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• 2009

Fourteen model pile load tests using a calibration chamber and instrumented model pile were preformed to investigate the variation of the behaviors of driven piles in sands with soil and lateral cyclic loading conditions. Results of the model tests showed that the first loading cycle generated more than 70% of the pile head rotation developed for 50 lateral loading cycles. Lateral cyclic loading also made an increase of the ultimate lateral load capacity of piles for $K_0$=0.4 and an decrease for $K_0$ higher than 0.4. Higher portion of the increase or decrease in the ultimate lateral load capacity by lateral cyclic loading was generated for the first loading cycle due to densification of loosening of the soil around the pile by lateral cyclic loading. It was also observed that a two-way cyclic loading caused higher ultimate lateral load capacity of driven piles than a one-way cyclic loading. When the pile was in the ultimate state, the maximum bending moment developed in the pile increased with increasing $K_0$ value of soil and was insensitive to the magnitude and number of lateral cyclic loading.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.5-19
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• 2014

본 논문에서는 천층블록/심층말뚝 혼합식 시멘트혼합처리 공법을 구조체적 관점에서 해석하였고, 각 방법별 특징 및 관련 거동을 분석하였다. 연속보 해석법의 경우 침하량을 매우 작게 예측하였고, 천층블록의 전단력과 휨응력은 다소 크게 예측하였다. Frame 해석법의 경우 천층블록의 부재력과 장주의 부재력은 수치해석법과 가장 근접한 거동을 예측하였지만, 장주의 침하는 작게 예측하여, 장주 반력을 이용한 별도 침하계산을 실시해야하는 것으로 나타났다. 지반아칭법과 말뚝지지전면기초해석법의 경우 장주의 하중분담율이 타방법에 비해 매우 커서 장주의 축력이 과대 예측되었다. 천층블록/심층말뚝 혼합식 시멘트혼합처리공법을 적용하면, 천층블록의 침하 및 지반반력은 중앙에서 가장 크고, 외곽에서 가장 작았다. 또한, 개량체와 지반간의 상호작용을 고려할 수 있는 해석법에서 장주 개량체가 분담하는 하중은 약 20~45% 범위를 보였고, 응력분담비는 일반적인 말뚝식 DCM 공법보다 작은 약 2.0~5.0정도의 범위를 나타내었다. 장주 두부 경계조건에 따라 최대 부재력에서는 유사하지만, 두부 구속조건에서는 장주의 위치에 따라 축력 및 연직변위는 서로 다르게 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.3-16
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• 1999

현재 국내에서는 부유식 구조물을 이용하여 소각로 및 담수화 공장을 해상에 축조하는 BMP(Barge Mounted Plant) 시스템에 관한 연구를 수행중에 있다(한국기계연구원 1997). 본 논문에서는 이러한 BMP의 계류 돌핀(mooring dolphin) 구조물하부의 말뚝기초의 거동을 모델하는 기법에 관하여 다루었다. 지반-말뚝계의 축하중 및 횡하중에 대한 거동은 지반을 비선형 스프링으로 모델하고 말뚝을 일축부재 및 보로 모델하여 유한차분적으로 해를 구하는 비선형 지반반력해석을 수행한다. 이러한 말뚝두부에서의 하중-변위관계로부터 지반-말뚝계의 등가강성을 산정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 거제도 주변 해역을 대상으로 지반조사를 수행하였고 이를 토대로 지반의 깊이에 따른 축방향 및 횡방향 하중전이 관계를 도출하였다. 그리고 돌핀하부의 말뚝에 대하여 축하중 및 횡하중에 대한 지반반력해석을 수행하였다. 이러한 해석과정을 통하여 대상지역에 적합한 말뚝의 관입깊이 및 단면을 합리적으로 산정할 수 있었다. 결국 말뚝두부에서의 하중-변위관계로부터 지반-말뚝계의 강성을 모델함으로써, 지반조건을 고려하여 돌핀구조물의 동적해석을 합리적으로 수행할 수 있었다. 해석결과 지반-말뚝계의 강성을 고려할 경우에는 강체로 고려한 경우에 비하여 변위 진폭이 상당히 크게 나타났다. 그리고 돌핀의 케이싱 상부의 모멘트가 더 크게 나타나고 해저지표 말뚝두부에 전달되는 모멘트는 더 작게 나타남을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권12호
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• pp.33-43
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• 2006

직항타공법에서 사용되는 해머 쿠션의 재질 차이가 항타시 주변 지반의 진동과 발생 소음 및 에너지 전달효율에 미치는 영향을 실내 모형시험을 통해 평가하였다. 항타 과정을 모사할 수 있는 모델 말뚝과 항타시스템 및 스트레인 게이지와 홉킨슨 바(Hopkinson bar)를 이용한 에너지 전달효율 측정장치를 제작, 구성하였다. 해머 쿠션 재질로는 상용의 해머 쿠션재인 Micarta 이외, 현장에서 다수 사용하는 Plywood, Polyurethane, Rubber(SBR), Silicone rubber 등의 5가지 재료를 선정하여 항타시험을 실시하였다 항타시험결과 쿠션 재료별 에너지 전달효율은 (1)Micarta, (2)Polyurethane, (3)Plywood, (4)Rubber(SBR), (5)Silicone rubber의 순이었다. 또한 에너지 전달효율이 높은 쿠션재료가 음압레벨의 평균치 또한 높은 비례관계를 보였다. 항타 종료후 말뚝 정재하시험을 실시하여 말뚝의 지지력과 축하중전이 특성을 비교, 분석한 결과 Micarta와 Polyurethane이 다른 쿠션재료에 비해 높은 지지력 값을 보였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권5호
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• pp.529-545
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• 2012

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 실시하여 견고한 점토에 기시공되어 있는 단독말뚝의 하부에서 실시된 open face 터널굴착에 의한 말뚝의 거동을 분석하였다. 수치해석에서는 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 규명하기 위하여 지반, 말뚝의 침하 및 전단응력전이 메커니즘을 심도 있게 분석하였다. 터널굴착으로 인해 Greenfield 조건의 지표면의 침하를 크게 초과하는 말뚝침하가 발생하였으며, 말뚝과 인접지반 사이 경계면에서의 전단응력전이현상으로 인해 말뚝에 작용하는 축력의 분포가 매우 크게 변화하였다. 말뚝침하의 증가로 인하여 말뚝의 겉보기지지력(apparent pile capacity)이 약 30% 감소하는 것으로 분석되었다. 터널굴착에 따른 지중응력 및 변형에 의해 말뚝의 마찰력이 증가하는 현상이 발생하고 이에 따라 말뚝의 축력이 터널의 굴착에 따라 지속적으로 감소하였다. 순수하게 터널굴착에 의하여 단독말뚝에는 설계하중의 최대 21%에 상응하는 인장력이 유발되는 것으로 분석되었다. 말뚝은 터널의 시공이 말뚝의 중심에서 종방향으로 ${\pm}1$-2D (D: 터널직경)에서 실시될 때 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 말뚝선단 인근에서는 (-)의 과잉간극수압이 발생하였으며, 말뚝상부 부근에서는 (+)의 과잉간극수압이 발현하였다. 터널굴착에 의한 말뚝의 사용성은 축력변화에 비해서는 말뚝의 침하에 의해 큰 영향을 받는 것으로 분석되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권9호
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• pp.51-62
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• 2016

다양한 현장 조건에서 일어날 수 있는 건조토 지반-말뚝-구조물 시스템의 동적거동을 평가하고 고찰하기 위해 3차원 수치 모델을 이용한 매개변수 연구가 수행되었다. 강진 시 지반의 비선형 거동을 적절하게 모사하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 통해 시간 영역에서 이루어졌다. 지반 구성 모델은 Mohr-Coulomb 탄소성 모델을 적용하였으며 지반 전단 탄성 계수의 비선형적인 감소를 모사할 수 있는 이력 감쇠 모델을 적용하였다. 진동 시 지반-말뚝 간의 완전 접촉, 미끄러짐, 분리 현상을 모두 모사하는 경계요소 모델을 적용하였으며 경계 조건의 경우, 지반-말뚝 상호작용의 영향을 받는 근역 지반만 메쉬를 생성하고 근역 지반의 경계부에 원역 지반의 가속도-시간 이력을 입력하는 방식인 단순화 연속체 모델링 기법을 적용함으로써 해석 효율을 증가시키고자 하였다. 또한, 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 지반의 비선형 거동을 더욱 정확히 모사하고자 하였다. 개발된 수치 모델을 이용하여 상부질량의 크기, 말뚝의 길이, 두부 경계조건, 지반의 상대밀도에 대한 매개변수 연구를 수행함으로써 다양한 현장 조건에 대한 지반-말뚝-구조물 시스템의 동적 거동을 평가하였다. 매개변수 연구 결과, 건조토 지반 조건에서는 상부질량에 의한 관성력이 시스템의 동적 거동에 지배적인 영향을 미침을 확인하였으며 지반에 의한 운동력의 영향은 상대적으로 적다고 평가되었다. 또한 짧은 말뚝과 긴 말뚝의 동적 거동 차이 및 말뚝두부 고정단과 자유단의 거동 차이를 해석적으로 검증하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권1호
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• pp.5-14
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• 2023

본 연구에서는 설계 대상인 현장타설말뚝기초에 대하여 상사율을 고려한 하중전이 대형토조 모형시험과 3차원 수치해석을 수행함으로써 현장타설말뚝 선단부와 주면부의 하중전이 특성을 분석하고 하중분담율을 산정하였다. 대형토조 모형시험 및 3차원 수치해석 결과에서 나타난 현장타설말뚝의 선형적 거동으로부터, 본 연구의 설계 조건에 대한 주면하중전이곡선은 Baquelin 등의 제안식, 선단하중전이곡선은 Baquelin 등의 제안식, 수평하중전이곡선은 Reese 등의 제안식이 적정한 것으로 확인되었다. 암반근입부에서 축하중은 시험값이 수치해석값보다 약간 크게 측정되었지만 암반 근입부에서 하중분담율은 연직하중이 증가함에 따라 평균적으로 약 27.8%의 분담율을 나타내었다. 연직재하 시에 말뚝두부의 침하량은 해석값이 시험값보다 약간 작게 평가되었으며, 모형시험 및 해석 최대 연직하중에서 말뚝두부의 최대 침하량은 시험치 10.6mm, 해석치 10.0mm 이고, 말뚝선단에서 최대 침하량은 시험치 2.0mm, 해석치 1.9mm로 나타났다. 수평재하 시에 기둥 두부(지표)와 말뚝 두부에서 수평변위는 시험값과 해석값이 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났고, 모형토조시험 결과 최대 수평변위 38.0mm에서 측정된 수평하중은 24,713kN, 수치해석에서의 수평하중은 26,073kN으로 평가되었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.57-64
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• 2005

Since the allowable bearing capacities of piles in weathered/fractured rock are mainly governed by settlement, the load-displacement behavior of the rock socketed pile should be well known. To predict pile head settlement at the design stage, the exact understanding of the load-transfer mechanisms is essential. Therefore, in this research, the load-transfer mechanisms of drilled shaft socketed into weathered rock was investigated. For that, 5 cast-in-place concrete piles with diameters of 1,000 mm were socketed into weathered gneiss. The static axial load tests and the load-transfer measurements were performed to examine the axial resistant behavior of the piles. A comprehensive field/laboratory testing program on weathered rock at the field test sites was also performed to describe the in situ rock mass conditions quantitatively. And then, the effect of rock mass condition on the load transfer mechanism was investigated. The side shear resistance of the pile in moderately weathered rock reached to yielding point at a few millimeter displacements, and after that, the rate of resistance increment dramatically decreased. However, that in the highly /completely weathered rock did not show the obvious yielding point, and gradually increased showing the hyperbolic pattern until with the relatively high displacement (>10 mm). The end bearing-displacement curves showed linear increase at least until with the base displacement of approximately 10 mm, regardless rock mass conditions.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권9호
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• pp.33-40
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• 2023

지진 시 상부구조물을 지지하는 말뚝기초에 가해지는 수평 하중은 상부구조물의 관성력과 지반의 운동력으로 구분된다. 상부구조물의 관성력과 지반의 운동력은 서로 다른 복잡한 메커니즘을 통해 말뚝기초에 피해를 입힐 수 있기 때문에 지반-말뚝-구조물의 상호작용을 적절히 예측하고 평가하는 것이 말뚝기초의 안전한 내진설계를 위해 필요하다. 지반-말뚝-구조물의 상호작용은 구조물의 동적특성, 말뚝의 길이, 두부 경계조건 및 지반의 상대밀도에 영향을 받는다. 지반의 상대밀도가 달라지면 그에 따른 구속압 및 지반 강성이 변화하며 결과적으로 지반반력계수도 각 시스템에 따라 달라지게 된다. 말뚝기초의 수평방향 지지거동 및 극한 지지력은 수평방향 하중조건 및 모래지반의 상대밀도에 따라 다르게 나타난다. 이에 본 연구에서는 건조된 모래지반의 상대밀도가 상부구조물을 지지하는 무리말뚝의 동적거동에 미치는 영향을 확인하기 위해 1g 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과 상대밀도가 증가함에 따라 상부구조물의 가속도는 증가하고 말뚝캡의 가속도는 감소하는 것으로 확인되었으며, 말뚝의 p-y 곡선의 기울기는 감소하는 것으로 확인되었다.