• Earthquakes and Structures
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• 제17권4호
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• pp.373-385
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• 2019

In this article, different frequently adopted modeling aspects of linear and nonlinear dynamic soil-structure interaction (SSI) are studied on a pile-supported integral abutment bridge structure using the open-source platform OpenSees (McKenna et al. 2000, Mazzoni et al. 2007, McKenna and Fenves 2008) for a 2D domain. Analyzed approaches are as follows: (i) free field input at the base of fixed base bridge; (ii) SSI input at the base of fixed base bridge; (iii) SSI model with two dimensional quadrilateral soil elements interacting with bridge and incident input motion propagating upwards at model bottom boundary (with and without considering the effect of abutment backfill response); (iv) simplified SSI model by idealizing the interaction between structural and soil elements through nonlinear springs (with and without considering the effect of abutment backfill response). Salient conclusions of this paper include: (i) free-field motions may differ significantly from those computed at the base of the bridge foundations, thus put a significant bias on the inertial component of SSI; (ii) conventional modeling of SSI through series of soil springs and dashpot system seems to stay on the safer side under dynamic conditions when one considers the seismic actions on the structure by considering a fully coupled SSI model; (iii) consideration of abutment-backfill in the SSI model positively affects the general response of the bridge, as a result of large passive resistance that may develop behind the abutments.

• 한국해양공학회지
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• 제27권4호
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• pp.98-106
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• 2013

Seismic fragility curves for an offshore wind-turbine structure were obtained. The dynamic response of an offshore wind turbine was analyzed by considering the nonlinear behavior of layered soil and the added mass effect due to seawater. A pile-soil interaction effect was considered by using nonlinear p-y, t-z curves. In the analysis, the amplification effect of ground acceleration through layered soil was considered by applying ground motion to each of the soil layers. The vertical variation in ground motion was found by one-dimensional free-field analysis of ground soils. Fragility curves were determined by damage levels in terms of tower stress and nacelle displacements that were found from static pushover analysis of the wind-turbine structure.

• Steel and Composite Structures
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• 제42권2호
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• pp.209-219
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• 2022

Offshore platforms in seismically active areas must be designed to survive in the face of intense earthquakes without a global structural collapse. This paper scrutinizes the seismic performance of a newly designed and established jacket type offshore platform situated in the entrance of the Gulf of Suez region based on the API-RP2A normalized response spectra during seismic events. A nonlinear finite element model of a typical jacket type offshore platform is constructed taking into consideration the effect of structure-soil-interaction. Soil properties at the site were manipulated to generate the pile lateral soil properties in the form of load deflection curves, based on API-RP2A recommendations. Dynamic characteristics of the offshore platform, the response function, output power spectral density and transfer functions for different elements of the platform are discussed. The joints deflection and acceleration responses demands are presented. It is generally concluded that consideration of the interaction between structure, piles and soil leads to higher deflections and less stresses in platform elements due to soil elasticity, nonlinearity, and damping and leads to a more realistic platform design. The earthquake-based analysis for offshore platform structure is essential for the safe design and operation of offshore platforms.

• Geomechanics and Engineering
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• 제17권6호
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• pp.583-595
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• 2019

In this paper, a comprehensive investigation of the dynamic response of a long-bridge subjected to spatially varying earthquake ground motions (SVEGM) is performed based on a proposed analytical model which includes the effect of soil-structure interaction (SSI). The spatial variability of ground motions is simulated by the powerful record generator, SIMQKE II. Modeling of the SSI in the system is simplified by replacing the pile foundations and soil with sets of independent equivalent linear springs and dashpots along the pile groups. One of the most fundamental objectives of this study is to examine how well the proposed model simulates the dynamic response of a bridge system. For this purpose, the baseline data required for the evaluation process is derived from analyzing a 3D numerical model of the bridge system which is validated in this paper. To emphasize the importance of the SVEGM and SSI, bridge responses are also determined for the uniform ground motion and fixed base cases. This study proposing a compatible analytical model concerns the relative importance of the SSI and SVEGM and shows that these effects cannot be neglected in the seismic analysis of long-bridges.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권9호
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• pp.11-18
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• 2017

수치해석기법을 이용한 말뚝의 거동특성 예측방법은 정재하시험비가 고가이기 때문에 공사 전 말뚝의 거동을 예측할 수 있다는 장점으로 설계단계에서 널리 이용되고 있지만 그 신뢰성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 실제 현장에서 말뚝의 거동과 수치해석으로 예측한 말뚝의 거동을 비교함으로써 수치해석 기법의 신뢰성을 검증하였다. 지반과 말뚝의 상호작용에 의한 말뚝의 거동을 정확하게 파악하기 위하여 정재하시험이 수행되는 지반에서 시추조사, 현장원위치시험 등을 통해 지반특성을 확인하였고, 실규모 정재하시험을 수행하여 말뚝의 거동특성을 분석하였다. 정재하시험이 수행된 방식과 동일하게 수치해석을 모사하여 재하시험과 동일한 하중단계에서 말뚝의 거동을 수치해석으로 모사하여 현장시험 결과와 비교함으로써 수치해석 기법의 신뢰성을 검증하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제15권5호
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• pp.1101-1111
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• 2018

This study aims to present accurate soil modeling and validation of a single roadside guardrail post as well as a single concrete pile installed near cut slopes or compacted sloping embankment. The conventional Winkler's elastic spring model and p-y curve approach for horizontal ground cannot directly be applied to sloping ground where ultimate soil resistance is significantly dependent on ground inclination. In this study, both grid-based 3-D FE model and particle-based SPH (smoothed particle hydrodynamics) model available in LS-DYNA have been adopted to predict the static behavior of a laterally loaded guardrail post. The SPH model has potential to eliminate any artificial soil stiffness due to the deterioration of the node-connected Lagrangian soil mesh. For this purpose, this study comprises two parts. Firstly, only 3-D FE modeling has been tested to show the numerical validity for a single concrete pile in sloping ground using Mohr-Coulomb material. However, this material option cannot be implemented for SPH elements. Nevertheless, Mohr-Coulomb model has been used since this material model requires six input soil data that can be obtained from the comparative papers in literatures. Secondly, this work is extended to compute the lateral resistance of a guardrail post located near the slope using the hybrid approach that combines Lagrange FE elements and SPH elements by the suitable node-merging option provided by LS-DYNA. For this analysis, the FHWA soil material developed for application to road-base soils has been used and also allows the application of SPH element.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.367-374
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• 2019

논문에서는 수직방향 지진입력에 의한 지반-구조물 상호작용 효과가 기초 종류에 따라 LNG 저장탱크의 지진응답에 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 응력을 구하였다. 해석결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다: (1) 얕은 기초에서 외조탱크의 수직응력은 SSI 효과로 인하여 고정기초응답 보다 작았다. (2) 말뚝으로 지지된 기초에서 말뚝으로 인해 기초의 수직강성이 커지고 방사감쇠가 작아질 수 있기 때문에 SSI 응답이 고정기초응답 보다 커질 수 있다. (3) 동다짐 효과는 수직지진에 의한 LNG 저장탱크의 응답에 미치는 영향이 매우 작았다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제9권5호
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• pp.45-52
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• 2008

본 연구에서는 지반 및 구조물의 문제점을 이상화 하는데 필요한 응용기술을 개발하기 위해 공개되어 있는 소프트웨어 즉 도스용 프로그램을 윈도우상에서 OpenSees 말뚝의 정적 지지지력과 침하를 분석할 수 있도록 하여 윈도우상에서 사용자가 편리하게 전 처리와 후 처리 및 경제조건 처리가 가능하도록 OpenSees프로그램을 개선하였다. 본 연구에 사용된 지지력 분석은 유한요소 해석과 합성된 하중전이함수에 근거한 수치해석방법이다. 본 연구에서는 흙-말뚝의 상호작용에 의한 마찰력과 선단 지지력을 각각 모델링하기 위해 경험적인 비선형 T-z과 Q-z곡선에 의한 하중전이법을 이용하여 하중재하에 따른 침하조건에서의 흙-말뚝의 반응을 나타내었다. 본 연구에서 예측한 정적 지지력과 침하량은 문헌에 의한 정적재하시험 결과와 잘 일치하는 것으로 나타나 유용하게 활용될 수 있을 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.1003-1022
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• 2018

본 연구에서는 Shield TBM 터널굴착이 기 시공된 단독말뚝의 하부를 근접하여 통과할 경우 터널 막장압에 따른 말뚝의 공학적 거동을 파악하기 위해 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 이때 터널 막장압의 크기를 터널굴착 이전 springline 위치에서 수평토압의 25~100%로 변화시키면서 그 영향을 고찰하였다. 수치해석에서는 막장압의 변화에 따른 터널굴착으로 유발된 말뚝의 침하, 축력 및 전단응력을 고려하였다. 말뚝의 두부침하는 막장압의 크기를 가장 크게 적용한 조건이 막장압의 크기를 가장 작게 적용한 조건에 비해 약 44% 감소하여 발생하였다. 말뚝의 최대축력은 막장압의 크기를 가장 작게 적용한 조건에서 가장 크게 나타났으며, 이는 막장압의 크기를 가장 크게 고려한 조건에 대비하여 약 21% 큰 것으로 분석되었다. 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동은 막장압의 변화에 따른 지반침하의 영향을 크게 받는 것을 알 수 있었으며, 막장압의 크기에 따른 말뚝 및 지반의 거동을 등고선을 이용하여 재분석하였다. 또한 모든 막장압 조건에 대하여 말뚝의 겉보기안전율이 1.0 이하로 산정되어 터널굴착이 인접말뚝에 유해한 영향을 끼치는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구를 통해 말뚝의 거동에 영향을 미치는 주요인자를 막장압의 변화에 따라 심도 있게 고찰하였다.