• 한국지반공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.19-31
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• 2013

기존의 설계에서는 상부구조물의 거동은 하부기초 및 지반을 고정단 조건으로 가정하여 분석하였고, 하부기초의 설계는 상부구조물의 하중조건만 고려하였다. 이는 상부구조물 및 기초의 부재력과 침하량을 과다하게 판단할 가능성이 있다. 본 연구에서는, 상부구조물과 말뚝지지 전면기초의 상호작용을 고려한 상호작용 해석기법을 제안하였으며, 전체 구조물의 거동을 파악하기 위한 상호작용해석기법의 적용성을 고찰하였다. 일련의 수치해석을 통하여 상호작용해석과 일체해석의 결과를 비교한 결과, 본 설계기법으로 산정한 말뚝지지 전면기초의 침하거동 및 휨모멘트가 유한요소해석과 유사하게 나타났다. 또한 상부구조물과 하부기초의 상호작용을 고려하여 전체구조물의 거동을 비교적 정확히 산정하는 것을 알 수 있었다. 이러한 검증을 토대로 본 해석기법이 실제 상부구조물-말뚝지지 전면기초설계에 적용 가능할 것으로 판단된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제32권4호
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• pp.427-443
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• 2023

Across the globe, rapid urbanization demands the construction of basements for car parking and sub way station within the vicinity of high-rise buildings supported on piled raft foundations. As a consequence, ground movements caused by such excavations could interfere with the serviceability of the building and the piled raft as well. Hence, the prediction of the building responses to the adjacent excavations is of utmost importance. This study used three-dimensional numerical modelling to capture the effects of twin excavations (final depth of each excavation, H_e=24 m) on a 20-storey building resting on (4×4) piled raft. Because the considered structure, pile foundation, and soil deposit are three-dimensional in nature, the adopted three-dimensional numerical modelling can provide a more realistic simulation to capture responses of the system. The hypoplastic constitutive model was used to capture soil behaviour. The concrete damaged plasticity (CDP) model was used to capture the cracking behaviour in the concrete beams, columns and piles. The computed results revealed that the first excavation- induced substantial differential settlement (i.e., tilting) in the adjacent high-rise building while second excavation caused the building tilt back with smaller rate. As a result, the building remains tilted towards the first excavation with final value of tilting of 0.28%. Consequently, the most severe tensile cracking damage at the bottom of two middle columns. At the end of twin excavations, the building load resisted by the raft reduced to half of that the load before the excavations. The reduced load transferred to the piles resulting in increment of the axial load along the entire length of piles.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권11호
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• pp.5-19
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• 2016

본 연구에서는 해상풍력타워를 지지하는 말뚝지지중력식기초에 대한 수평거동을 분석하기 위하여 3차원 수치해석을 수행하였다. 말뚝지지중력식기초는 연약한 점토지반에 취약한 중력식기초를 보완하기 위하여 개발되었으며, 다섯본의 말뚝이 십자배열로 설치되어 수직지지력을 확보한다. 수치해석은 다음 네 가지 케이스를 모델링하여 비교하였다. 이는 a) 단말뚝 b) $3{\times}3$무리말뚝 c) 십자배열무리말뚝 d) 말뚝지지중력식기초이다. 모든 케이스는 비배수전단강도 20kPa의 단일 점토층을 모사하였으며, 수치해석결과로부터 네 가지 케이스에 대한 p-y곡선과 P-승수를 산정하였다. 말뚝 수가 증가함에 따라 무리말뚝효과가 증가하였다. 말뚝지지중력식기초의 경우, P-승수가 무리말뚝과 상이한 경향을 보였다. 응력분포를 통해 거동의 차이를 비교하였고 말뚝지지중력식기초의 수평거동은 지표면과 매트 사이의 상호 작용이 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권4호
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• pp.553-570
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• 2016

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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.283-293
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• 2008

현재까지 기존 파일에 근접하여 터널을 굴착할 경우 발생하는 상호적인 지반거동에 대한 연구는 대부분의 지반공학자에게 잘 인식이 되지 않아 왔다. 왜냐하면 이것은 매우 복잡한 경계조건의 문제이기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 복잡한 지반거동과 관련한 전단변형률 형성을 파악하기 위해 실내모형실험과 더불어 수치해석을 수행하였다. 실험 및 수치해석 결과, 선단지지파일의 선단부 위치에 따른 두 개의 뚜렷한 전단변형률 형성을 구분하는 경계선을 제안하였다. 이러한 경계선은 도심지에서 파일로 지지되는 빌딩의 손상을 방지하기 위해 적절한 터널의 위치를 계획하는데 있어 도움이 될 것이라고 판단한다.

• 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.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권3호
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• pp.155-164
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• 2019

이 연구에서는 기초의 종류에 따라 지반-구조물 상호작용(SSI) 효과가 LNG 저장탱크의 지진응답해석에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 위하여 직경 71m인 LNG 탱크와 기반암 위 점토지반의 깊이가 30m인 지반조건을 고려하였다. 그리고 기초형식으로 네 가지(얕은 기초, 말뚝지지 전면기초, 말뚝기초(지표면 접촉식, 부유식)를 고려하였다. 지반의 비선형성은 자유장 지반에 대하여 등가선형화기법으로 고려되었다. 또한, 말뚝기초의 시공과정에서 발생하는 동다짐 효과에 대해서도 분석하였다. SSI 해석을 위하여 진동수영역 해석프로그램인 KIESSI-3D를 이용하였다. 지반-구조물 상호작용 해석을 통해 LNG 저장탱크의 외조 벽체 쉘의 응력과 내조탱크의 밑면전단력 및 전도모멘트를 구하였다. 해석결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다: (1) 고정 기초해석에 의한 외조와 내조탱크의 지진응답이 SSI 효과로 인한 지진응답보다 매우 컸다. (2) SSI의 효과가 내조탱크와 외조탱크의 동적응답에 미치는 영향은 기초의 형식에 따라 다르게 나타난다. (3) 말뚝지지 전면기초에서 동다짐 효과에 의한 구조물 응답의 변화는 약 10%로서 무시할 수 없을 정도로 큰 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.83-91
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• 2017

말뚝지지 전면기초에서 침하량을 산정할 경우 기초판-말뚝-지반간 상호작용을 고려해야 하며, 단순 해석법으로는 이러한 복잡한 상호작용을 고려하여 해석하는 것이 어렵다. 본 연구에서는 말뚝지지 전면기초의 침하량 해석을 위해 기초판-말뚝-지반간 상호작용을 고려한 근사해석법(HDPR)을 개발하였다. 기초판은 Mindlin 판이론을 이용하여 유한요소로 모델링 하였고, 지반 및 말뚝은 기초판에 연결된 스프링으로 모델링되었다. 지반 스프링의 경우 다층지반을 고려한 선형 스프링을 적용하였고, 말뚝은 비선형 스프링을 적용하였으며, 각각의 스프링은 기초판-말뚝-지반간 상호작용이 반영되었다. 본 연구에서의 해석기법 검증을 위해 3차원 유한요소해석, 기존에 개발된 근사해석방법 및 실제 현장 계측결과와 비교분석을 수행하였다. 그 결과, 개발된 기법이 말뚝 및 기초판의 침하량을 합리적으로 예측하는 것으로 나타났다. 이를 통해 실제 말뚝지지 전면기초 해석 및 설계 시 실용적인 측면에서 적용이 가능함을 확인할 수 있었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권6호
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• pp.805-820
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• 2016

A fully coupled non-linear effective stress response finite difference (FD) model is built to survey the counter-intuitive recent findings on the reliance of pore water pressure ratio on foundation contact pressure. Two alternative design scenarios for a benchmark problem are explored and contrasted in the light of construction emission rates using the EFFC-DFI methodology. A strain-hardening effective stress plasticity model is adopted to simulate the dynamic loading. A combination of input motions, contact pressure, initial vertical total pressure and distance to foundation centreline are employed, as model variables, to further investigate the control of permanent and variable actions on the residual pore pressure ratio. The model is verified against the Ghosh and Madabhushi high acceleration field test database. The outputs of this work are aimed to improve the current computer-aided seismic foundation design that relies on ground's packing state and consistency. The results confirm that on seismic excitation of shallow foundations, the likelihood of effective stress loss is greater in deeper depths and across free field. For the benchmark problem, adopting a shallow foundation system instead of piled foundation benefitted in a 75% less emission rate, a marked proportion of which is owed to reduced materials and haulage carbon cost.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권8호
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• pp.41-52
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• 2017

본 연구에서는 말뚝지지 전면기초의 하중분담률 및 거동분석을 위해 시공단계 별 현장계측을 수행하였다. 현장계측은 시공시작일 부터 약 300일 동안 수행되었으며, 사용된 말뚝지지 전면기초는 $3.1m{\times}3.1m$ 크기의 전면기초와 길이 23m 직경 0.508m의 매입말뚝 5본이 시공되었다. 현장계측을 통해 시공단계에 따라 말뚝지지 전면기초의 하중-침하량 관계를 확인할 수 있었고, 극한하중조건에서 말뚝의 하중분담률은 약 70%에 수렴하였다. 기초의 침하량이 증가함에 따라 말뚝의 하중분담률이 증가하는 경향을 보였으며, 이는 하부 지반인 풍화토의 주면마찰력이 크게 영향을 주었기 때문으로 판단된다. 현장계측 결과를 이용하여 하중전이분석을 수행하였으며, 이를 통해 말뚝-지반 사이의 비선형 하중전이곡선을 산정하고 하중전이기법을 이용한 수치해석 결과에 적용하였다.