• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권10호
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• pp.41-49
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• 2023

산악지역 및 경사지반과 같은 비대칭지반에 설치된 교각과 같은 구조물은 바람, 온도, 지진등의 다양한 하중을 받게 된다. 비대칭지반에 설치된 교각과 같은 구조물을 안정적으로 지지하기 위해 보편적으로 말뚝기초가 많이 사용되고 있다. 교각을 지지하는 말뚝기초의 거동은 다양한 하중조건에 의해 변화하게 된다. 특히 지진과 같은 동적하중이 작용하는 교각을 지지하는 말뚝기초의 거동을 분석하기 위해서는 지반-말뚝-구조물 상호작용이 검토되어야 한다. 지진이 작용하는 비대칭지반에 설치된 말뚝기초는 지반경사, 진동방향에 따른 지반저항력 차이, 지반 변위 등에 의해 말뚝기초와 지반의 동적 상호작용은 매우 복잡해진다. 본 연구에서는 비대칭지반으로 경사사모래지반의 소단에 설치된 상부구조물을 지지하는 무리말뚝의 동적거동에 경사지반의 기울기가 미치는 영향을 확인하기 위해 1g 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과, 경사지반의 기울기가 증가함에 따라 말뚝캡, 상부구조물의 가속도는 감소하는 것으로 확인되었으며, 말뚝의 동적 p-y 곡선의 할선기울기는 감소하는 것으로 확인되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.95-104
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• 1999

Set-up현상이 나타나는 지반에 항타된 말뚝의 지지력은 시간경과에 따라 지지력이 증가하게 된다. 파동이론해석법(WEAP해석법)은 말뚝의 항타관입성을 평가하는데 매우 유용한 것으로 평가되고 있다. 그러나 기존의 WEAP해석법은 항타후 변화하는 지반의 강도특성을 고려할 수 없다는 측면에서 재항타시의 신뢰도 있는 지지력을 예측하는데 한계가 있다고 평가된다. WEAP에 의한 항타말뚝의 지지력 평가가 신뢰성 있기 위해서는 set-up효과가 반영되어야만 한다. 그러나 아직까지 이를 고려할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다. 본 논문에서는 항타시와 재항타시의 동재하시험 결과들을 통계분석하여 WEAP해석시 set-up효과를 반영할 수 있는 방안을 제시하였다. 또한 현장 시험결과와의 비교를 통해서, 제안된 변수(quake, damping)를 적용한 파동이론해석 결과는 기존의 방법보다 신뢰성이 있음을 알 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권3호
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• pp.1749-1755
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• 2014

진동해머에 의해 시공되는 말뚝의 해석기법을 개발하고 매개변수연구를 수행하여 개발된 해석기법의 신뢰성을 평가해보았다. 편심모멘트와 진동수에 따른 매개변수해석을 통해 구한 가속도를 비교분석해 본 결과 최대가속도의 크기는 대략적으로 편심모멘트에 비례하였으며 진동수의 제곱에 비례하였다. 또한 변위진폭은 편심모멘트에 비례하는 결과를 나타내었고 진동수에는 거의 영향을 받지 않았는데 이러한 경향은 공운전시의 거동특성과 유사하다. 매개변수해석을 통해 구한 동적 하중전이곡선을 비교해 볼 때 편심모멘트와 진동수의 크기에 관계없이 최대 동적단위선단저항력의 크기는 동일하였으며 최대 동적단위주면마찰력의 크기는 편심모멘트에 영향을 받으나 진동수와는 무관하였다. 매개변수해석결과를 종합적으로 비교분석해 볼 때 개발된 해석기법은 합리적인 해석결과를 보인다고 볼 수 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.437-448
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• 2000

본 연구에서는 외부의 동하중에 의한 다층 지반-말뚝 상호작용계의 해석을 위한 동적 유한요소-경계요소 조합 주파수 응답해석 알고리즘을 개발하였다. 전체 상호작용계를 내부영역과 외부영역으로 나누고, 내부영역에 보요소를 도입하여 말뚝을 모형화 하고 평면변형률 요소로 모형화된 지반과 조합하였다. 말뚝머리 절점에 집중질량을 이용하여 상부구조물을 고려하므로써 전체 지반-말뚝 상호작용계의 내부영역을 형상화하였다. 외부영역에 동적 기본해를 이용한 경계요소 해석을 도입하고 유한요소로 구성된 내부영역과 조합하므로써 반무한체에 대한 방사조건을 만족시키고 내부의 복잡한 기하학적 성질과 다양한 물성의 고려가 가능한 수치해석 기법을 개발하였다. 개발된 지반-말뚝-구조물계의 상호작용 해석법에 대한 타당성을 알아보기 위해 다층반무한 지반에 근입되어진 말뚝에 조화하중을 가하여 동적 응답해석을 실시하고 기존의 연구결과 및 실험값과 비교 검증하였다. 또한 상호작용계의 주요 인자들의 변화를 통한 다양한 해석을 수행하므로써 다층 반무한 지반에 근입되어진 말뚝의 동적 특성을 고찰하였다.

• Coupled systems mechanics
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• 제1권4호
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• pp.381-395
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• 2012

Dynamic response of Pile Supported Structures is highly depended on Soil Pile Structure Interaction. In this paper, by comparison of experimental and numerical dynamic responses of a prototype jacket offshore platform for both hinge based and pile supported boundary conditions, effect of soil-pile-structure interaction on dynamic characteristics of this platform is studied. Jacket and deck of a prototype platform is installed on a hinge-based case first and then platform is installed on eight skirt piles embedded on continuum monolayer sand. Dynamic characteristics of platform in term of natural frequencies, mode shapes and modal damping are compared for both cases. Effects of adding and removing vertical bracing members in top bay of jacket on dynamic characteristics of platform for both boundary conditions are also studied. Numerical simulation of responses for the studied platform is also performed for both mentioned cases using capability of ABAQUS and SACS software. The 3D model using ABAQUS software is created using solid elements for soil and beam elements for jacket, deck and pile members. Mohr-Coulomb failure criterion and pile-soil interface element are used for considering nonlinear pile soil structure interaction. Simplified modeling of soil-pile-structure interaction effect is also studied using SACS software. It is observed that dynamic characteristics of the system changes significantly due to soil-pile-structure interaction. Meanwhile, both of complex and simplified (ABAQUS and SACS, respectively) models can predict this effect accurately for such platforms subjected to dynamic loading in small range of deformation.

• 한국지진공학회논문집
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• 제13권3호
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• pp.21-28
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• 2009

지반-말뚝-구조의 상호작용을 정밀하게 해석하기 위해서는 토층, 말뚝 그리고 구조물의 적절한 묘사가 필요하다. 일반적으로 사용하는 유한요소해석의 경우에는 지반이나 구조물의 물성이 바뀌는 경계를 따라서 요소의 경계가 정해지게 된다. 그러나 실제로는 토층 단면과 말뚝의 형상이 매우 복잡하여 요소의 배열이 매우 어려운 작업이 될 수 있다. 이 어려움을 해결하기 위하여, 이 논문에서는 불연속선의 위치에 관계없이 규칙적인 요소를 사용하여 쉽게 적분을 가능하게 하는 다른 적분 방법을 채택하였다. 이 방법을 적용함으로 써 요소는 매우 빠르고 규칙적인 강성 매트릭스를 만든다. 구조물 응답에 대한 토층과 말뚝의 영향을 조사하였고, 예를 통하여 본 방법의 유효성을 보였다. 탄성 말뚝의 사용으로 20% 대의 가속도 감소 효과를 얻었고 지반 층의 모양에 따라 그 영향이 변하는 것을 확인하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제27권5호
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• pp.465-479
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• 2021

One of the important causes of building and infrastructure failure, such as bridges on pile foundations, is the placement of the piles in liquefiable soil that can become unstable under seismic loads. Therefore, the overarching aim of this study is to investigate the seismic behavior of a soil-pile system in liquefiable soil using three-dimensional numerical FEM analysis, including soil-pile interaction. Effective parameters on concrete pile response, involving the pile diameter, pile length, soil type, and base acceleration, were considered in the framework of finite element non-linear dynamic analysis. The constitutive model of soil was considered as elasto-plastic kinematic-isotropic hardening. First, the finite element model was verified by comparing the variations on the pile response with the measured data from the centrifuge tests, and there was a strong agreement between the numerical and experimental results. Totally 64 non-linear time-history analyses were conducted, and the responses were investigated in terms of the lateral displacement of the pile, the effect of the base acceleration in the pile behavior, the bending moment distribution in the pile body, and the pore pressure. The numerical analysis results demonstrated that the relationship between the pile lateral displacement and the maximum base acceleration is non-linear. Furthermore, increasing the pile diameter results in an increase in the passive pressure of the soil. Also, piles with small and big diameters are subjected to yielding under bending and shear states, respectively. It is concluded that an effective stress-based ground response analysis should be conducted when there is a liquefaction condition in order to determine the maximum bending moment and shear force generated within the pile.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제6권3호
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• pp.13-30
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• 1990

본 연구에서는 깊은 기초의 내진설계에 적용하기 위해, 지진하중에 의한 말뚝기초의 응답을 산출하여 비교, 검토하였다. 본 연구에서 사용된 해석 방법은 Subgrade Reaction Theory 및 탄성해석법과 같은 유사정적 해석방법, Prakash및 Gazetas가 각각 제안한 동적 해석방법이며, 예제해석을 통해 말뚝의 최대 상대변위 및 최대 휨모멘트를 위의 각 방법을 이용해서 산출하였고, 그 결과를 각각 비교하였다. 또한 말뚝의 군효과를 근사적으로 고려하여 Novak에 의해 수행된 실험 결과와 비교하였다. 해석결과를 분석해 볼 때 Kaynia와 Kausel이 제안한 동적 Group Interaction Factor Approach 에 의한 땅법 및 Gazetas가 제안한 방법의 최대 상대변위는 실측치와 부합하게 산정되었으며, Prakash 가 제안한 방법과 정적 Group Interaction Factor Approach에 의한 변위 및 휨모멘트는 과대평가되었다. 그러므로, 말뚝의 내진설계시에 동적 Group Interaction Factor Approach와 결합한 유사정적해석 을 사용하고 Gazetas가 제안한 동적방법에 의해 이를 검토하는 것이 바람직하다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제15권3호
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• pp.861-868
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• 2018

Recent occurrences of earthquakes in Korea have increased the importance of considering how horizontal loads affect foundation structures as a result of wind and dynamic impact. However, to date, there are few studies on tunnelling-induced behaviour of ground and pile structures simultaneously subjected to horizontal and vertical loads. In this research, therefore, the behaviour of ground and single piles due to tunnelling were investigated through a laboratory model test. Three cases of horizontal loads were applied to the top of the pile. In addition, a numerical analysis was carried out to analyse and compare with the results from the laboratory model test.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권3호
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• pp.307-320
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• 2013

기존 해상풍력발전 지지구조물의 단점을 보완한 신형식의 파일 기초 하이브리드 지지구조물을 본 연구에서 제안하였다. 이 지지구조는 콘크리트 자중을 이용한 중력식 기초의 개념으로부터 수정되어 4개의 파일로 지지되며, 강재 샤프트와 원추형 콘크리트가 결합된 하이브리드 형식이다. 규모가 크고 두꺼운 콘크리트의 3차원 해석을 위해, 정확한 기하형상 모델링과 응력의 절점 보간이 가능한 솔리드-쉘 입체요소를 개발하였다. 해양구조물 전용 유한요소 프로그램인 XSEA에 탑재된 솔리드-쉘 요소와 Stream Function 파랑 이론을 적용하여, 제안한 하이브리드 지지구조물에 대해 서남해안 지역의 환경조건을 적용한 준정적 해석 및 고유진동수 해석을 실시하였다. 해석결과, 수평변위가 허용변위 이내로 나타났고, 고유진동수 해석을 통해 하이브리드 구조형식의 동적거동에 대한 우수성을 입증하였다. 결과적으로, 파일지지 하이브리드 지지구조물은 우리나라 서남해안 지역과 같이 연약지반에 적용 할 수 있는 충분한 안정성을 가진 것으로 평가 되었고, 각 부재에 대한 최적화 연구를 통해 경제성 확보가 가능한 것으로 검토되었다.