A Study on Dynamic Pile-Soil-Structure Interactions

말뚝-지반-구조물의 동섬 상호작용 연구

A study of the effects of dynamic pile-soil-structure interactions on the response of super- structures, supported by group piles, are presented in this paper. The dynamic impedance functions of single pile generated by soil-pile interactions are obtained and compared among others using the methods proposed by Novak, Gazetas, and Kuhlemeyer, and using the equivalent cantilever method. Group pile effects are also considered by the following approaches : neglecting interaction effects : group efficiency ratio concept : static interaction approach . and dynamic interaction approach. The responses of a nuclear containment structure are obtained by using the elastic half-space analysis, based on the impedance functions mentioned above. Main conclusions drawn from this study are as follows : 1. The numerical results of the impedance functions calculated by each method were quite different : the Novak's was the smallest, and the Kuhlemeyer's the highest. Considering group effects, similar values in each approach were obtained for the stiffness : the difference was very big for the damping. 2. The top displacement of the structure was reduced by 20% or more by pile installations. However, the base shear force, the base moment, and the resonance frequency were increased by more than two times due to stiffening effect of the ground by pile installations. 3. Whether frequency dependant impedence functions or frequency independant functions were used, the responses of the structure were not so much affected by the choice of the impedance functions. 4. The reduction effect of the top displacement increased with the increase of the maximum ground acceleration.

본 연구에서는 말뚝 기초로 지지된 상부 구조물의 동적 해석을 하였다. 구조물 해석에는 반무한체 방법을 이용하였으며, 이 방법의 입력자료가 되는 임퍼 던스 함수를 구하는 방법과 각 방법으로 구한 상부구조물의 거동을 상호 비교해 보았다. 먼저 단말뚝에 대한 임피던스 함수를 Equivalent Cantilever 방법, Novak이 제안한 방법, Gazetas가 제안한 방법, Kuhlemeyer가 제안한 방법으로 구하였으며, 군 효과는 Novak에 의 해 제안된 방법, 군 효과 비(Group Efficiency Ratio, GER), Poulos가 제안한 정적영향계수를 이용한 방법, Kaynia 8E Kausel이 제안한 동적영향계수를 이용한 방법 등을 이용하였으며, 구조물의 상부 변위, 저 면에서의 전단력과 휨모우먼트에 대한 상호 비교를 하였다. 본 연구에서 얻은 결론은 다음과 같다. 1. 각 방법으로 구한 강성과 감쇠 값은 그 차이가 상당히 크게 나타났으며, Novak이 제안한 방법이 가장 작고, Kuhlemeyer가 제안한 방법이 가장 크게 나타났다. 또한,각 방법에 의한 군효과를 비교, 분석해 본 결과 강성효과는 비교적 유사한 결과를 보이나, 감쇠의 경우 군효과의 차이가 큼을 알 수 있었다. 2.말뚝의 설치로 인해 상부변위는 200A이상 감소하였으며,반면에 말뚝 설치로 인한 강성 증가 효과로 인해 저면에서의 전단력과 휭모우먼트는 크게는 2배 이상 커짐을 알 수 있으며, 공명 현상을 일으키는 frequency가 약 2배 이상 증가함을 알 수 있다. 3. 말뚝 시스템의 강성과 감쇠의 산정시 주파수 종속값과 독립간을 사용한 차이로 인한 상부변 위,저 면에서의 전단력,횝모우먼트의 변화는 비교적 적은 것으로 나타났다. 4. 지진가속도가 커짐에 따라 말뚝의 설치에 의한 상부변위 감소 효과가 더욱 커짐을 알 수 있다.