Designing pile foundations subjected to the uplift forces such as buildings, oil platforms, and anchors is becoming increasingly concerned. In this paper, the conceptual design of a new type of driven piles called expanding pile is presented and assessed. Some grooves have been created in the shaft of the novel pile, and some moveable arms have been designed at the pile tip. At first, static analyses using the finite element method were performed to evaluate the effectiveness of the innovative pile on the axial bearing capacity. Then its effect on seismic behavior of moment frame is considered. Results show that the expanding arms were provided an ideal anchorage system because of the soil's noticeable locking-up effect increasing uplift bearing capacity. For example at the end of the static tensile loading procedure, displacement decrement up to 55 percent is observed. In addition, comparing the uplift bearing capacity of the usual and new pile with different lengths in sand and clay layers shows noticeable effect and sharp increase up to about two times especially in longer piles. Besides, a sensible reduction in the seismic response and the stresses in the beam-column connection between 23-36 percent are achieved that ensures better seismic behavior of the structures.
The main role of studs, which act as connectors of the steel-concrete composite structures, is to ensure that the steel and the concrete work together as a whole. The studs in steel-concrete composite structures bear the shearing force in the majority of cases, but in certain locations, such as the mid-span of a simply supported composite beam, the studs bear axial uplift force. The previous studies mainly focused on the shearing performance of the stud by some experimental and theoretical effort. However, rare studies involved the uplift performance of studs. In this paper, the single stud uplift test on 10 composite specimens was performed. Meanwhile, based on the test, numerical analysis was introduced to simulate the concrete damage process due to the stud uplifted from concrete. The static ultimate bearing capacity, under which the stud connector was pulled out from the damaged reinforced concrete, is much larger than the cyclic ultimate bearing capacity, under which the weld joint between stud and steel plate fractured. According to the fatigue test results of 7 specimens, the fatigue S-N curve of the construction detail after minus 2 times standard deviation is $logN=24.011-9.171\;log{\Delta}{\sigma}$, the fatigue strength corresponding to $2{\times}10^6$ cycles is 85.33 MPa.
In the past decade, different types of underreamed ground anchors have been developed for substructures requiring uplift resistance. This article introduces a new type of umbrella-shaped anchor. The uplift behavior of this ground anchor in clay is studied through a series of laboratory and field uplift tests. The test results show that the umbrella-shaped anchor has higher uplift capacity than conventional anchors. The failure mode of the umbrella-shaped anchor in a large embedment depth can be characterized by an arc failure surface and the dimension of the plastic zone depends on the anchor diameter. The anchor diameter and embedment depth have significant influence on the uplift behavior. A finite element model is established to simulate the pullout of the ground anchor. A parametric study using this model is conducted to study the effects of the elastic modulus, cohesion, and friction angle of soils on the load-displacement relationship of the ground anchor. It is found that the larger the elastic modulus and the shear strength parameters, the higher the uplift capacity of the ground anchor. It is suggested that in engineering design, the soil with stiffer modulus and higher shear strength should be selected as the bearing stratum of this type of anchor.
In order to investigate the influence of slanting angle of reticulated root piles(RRP) on their bearing capacities, model tests of compressive and uplift loads on RRP with different slanting angles, which were installed in sandy soils with a relative density of 47%, were carried out. Each pile which is made of a steel bar of 5mm in diameter and 300mm in length, is coated with sand to be 6.5mm in diameter. One set of RRP consists of 8 piles which are installed in circular patterns forming two concentric circles, each of which has 4 piles. Slanting angles of RRP for load tests are 0$^{\circ}$, 5$^{\circ}$, 10$^{\circ}$, 15$^{\circ}$, 20$^{\circ}$, and 25$^{\circ}$. In addition, compressive load tests on circular footing whose diameter is the same as the outer circle of RRP were carried out. Test results show that maximum load bearing capacities of RRP by regression analysis are obtained at about 12$^{\circ}$ and 13$^{\circ}$ of slanting angles for compressive and uplift load tests, respectively. Maximum compressive bearing capacity is estimated to be 13oA bigger than that of the vertical RRP and 95% bigger than that of surface footing. Maximum uplift capacity is estimated to be 21% bigger than that of the vertical RRP. And it can be appreciated that increasing the slanting angle makes the load -Settlement behavior more ductile.
Lee, Bong Guk;Yun, Sung Wook;Choi, Man Kwon;Lee, Si Young;Moon, Sung Dong;Yu, Chan;Yoon, Yong Cheol
Journal of Bio-Environment Control
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v.23
no.2
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pp.109-115
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2014
This study examined the uplift bearing capacity of spiral steel pegs according to the degree of soil compaction and embedded depth in a small-scaled lab test. As a result, their uplift bearing capacity increased according to the degree of soil compaction and embedded depth. The uplift bearing capacity under the ground condition of 85% compaction rate especially recorded 48.9 kgf, 57.9 kgf, 86.2 kgf and 116.6 kgf at embedded depth of 25 cm, 30 cm, 35 cm and 40 cm, respectively, being considerably higher than under other ground conditions. There were huge differences in the uplift bearing capacity of spiral steel pegs according to the compaction conditions of ground. Their maximum uplift bearing capacity was 116.6 kgf under the ground condition of 85% compaction rate and at embedded depth of 40 cm, and it is very high considering the data of spiral steel pegs. It is thus estimated that wind damage can be effectively reduced by careful maintenance of ground condition surrounding spiral steel pegs. In addition, spiral steel pegs will be able to make a contribution to greenhouse structural stability if proper installation methods are provided including the number and interval according to the types of greenhouse as well as fixation of plastic film. The findings of the study indicate that the optimal effects of spiral steel pegs for greenhouse can be achieved at embedded depth of more than 35cm and compaction degree of more than 85%. The relative density of the model ground in the test was 67% at compaction rate of 85%.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2010.05a
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pp.25-27
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2010
Helical steel piles are being widely used in foundation for the buildings in urban areas because of their high compressive and tensile capacities. Helical steel piles have many advantages; ease installation, a vibration-free and low level of noise process, and so on. However, the most researches are about the capacity of helical steel piles under uplift condition. Therefore, this paper focuses on the capacity under compressive loading according to the soil condition. The bearing capacity of helical steel piles varies with the diameter of the helix and shaft and the bearing area of helical steel piles is not always identical with the sum of helix and shaft area due to the difference of each bearing mechanism. Therefore, the experiment with the parameters of the ratio of helix and shaft diameter and soil condition will be carried out to survey the effective helix area under a given soil condition for the bearing capacity of helical steel piles.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1999.10a
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pp.389-396
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1999
In this study compressive and tensile load tests have been performed to investigate reinforcing effect and load transfer mechanism of small diameter piles installed in the foundation soil for the marine suspension bridge. Load tests were carried out on steel plate with diameters of 50cm, 100cm and 150cm varying loads starting from 39 tons up to 314 tons. Small diameter piles were proved to behavior like as friction piles and loads were not transmitted to the bottom of piles. From pull-out tests, the uplift capacity of small diameter piles was largely influenced by reinforcing materials compared to frictional resistance between piles and adjacent soils. The bearing capacity of small diameter piles appeared to be higher than the ultimate bearing capacity evaluated using static formulae. The load carrying capacity of small diameter piles was superior to the bored piles with a similar size. Thus, ultimate bearing capacity estimated from static formulae can provide conservative designs and thereby resulting in economic disadvantages. A further study to accumulate data regarding various soil conditions is recommended for an improved estimation of bearing capacity of piles with small diameter.
Recently, typhoons or heavy rainfalls frequently occurred because of the effect of global warming, which caused serious damage such as landslide of mountain road, debris flow and uplift seepage pressure. Uplift seepage pressure induced on the pavement of mountain roads may cause serious pavement damage. It was known that subsurface drainage method is very effective to reduce uplift seepage pressure. Suitable permeability and stiffness of drainable base is very important to have the effectiveness of subsurface drainage. In this study, optimum particle size distribution of drainable base is investigate to meet the required permeability and bearing capacity of drainable base.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.9
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pp.3599-3609
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2010
Recently, the construction of coastal structures and high-rise structures against the horizontal and uplift forces increases with the developing the coastal developments. Especially the application of belled tension pile as foundation type to effectively resist uplift force is increasing in coastal structures. However, research on pullout resistance of belled tension pile has been limited and not yet been fully performed. Therefore, the pullout load tests of belled tension piles in four overseas sites were performed, then the bearing capacity, characteristics on load-displacement of piles and load distribution considering skin friction were investigated in this paper. In addition, the limit pullout bearing capacity calculated by the three-dimensional finite element analysis and theoretical methods were compared with values of in-situ test.
This experimental study was devoted to investigate skin friction of H group piles with uplift loading conditions in granite soil under laboratory test. Model piles made of steel embedded in weathered granite soil were used in this study. Pile arrangements($2{\times}2,\;3{\times}3$), pile space(2D, 4D, 6D), and soil density($D_r=40%,\;80%$) were tested. The main results obtained from the model tests can be summarized as follows. The series of tests found that ultimate uplift load and displacement for group piles were increased as piles space ratio increases to $D_r=40%$ of soil density. In the relative density of $D_r=80%$, bearing capacity for group piles was greater than for single pile. In the relative density of $D_r=40%$, the theoretical value of skin friction for group piles was greater than practical value. In the relative density of $D_r=80%$, both theoretical and practical value of skin friction for group piles were increased as piles space ratio increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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