Proposal of a New Design Method of the Pile-Bent Structure Considering Plastic Hinge

단일 현장타설말뚝의 소성힌지를 고려한 최적설계법 제안

In this study, a new design method of Pile-Bent structure considering plastic hinge was proposed on the basis of the beam-column model. To obtain the detailed informations, the optimized cross-section ratio between column and pile was analyzed to induce the plastic hinge at the joint section between the pile and column. Base on this study, the optimized diameter ratio of pile and column can be obtained below the inflection point of the bi-linear curve depending on the relations between column-pile diameter ratio ($D_c/D_p$) and normalized lateral cracking load ratio ($F/F_{Dc=Dp}$). Moreover, through comparisons with field cases to find out in-depth limit in which minimum concrete-steel ratio could be applied, in-depth limits ($L_{As=0.4%}$) normalized by the pile length ($L_p$) proportionally decrease as the pile length ($L_p/D_p$)increases up to $L_p/D_p=17.5$, and beyond that in-depth limit converges to a constant value (${\simeq}0.3$).

본 연구에서는 소성힌지를 고려한 단일 현장타설말뚝의 수평거동을 분석하기 위하여 Beam-Column 해석모델을 토대로 단일 현장타설말뚝 기초의 거동특성을 파악하고, 소성힌지를 고려한 최적설계법을 제안하였다. 단일 현장타설말뚝의 소성힌지를 지상부로 유도하기 위한 최적의 기둥-말뚝의 직경비를 분석하기 위해, 변단면 단일 현장타설말뚝의 단면조건에 따른 균열 휨모멘트를 산정하고 지반조건과 수평하중에 따른 말뚝의 거동을 해석하였다. 연구 결과, 최적의 단면 조건은 기둥/말뚝 직경비($D_c/D_p$)와 정규화된 수평균열하중($F/F_{Dc}=D_p$)의 관계를 나타내는 이중직선의 변곡점 이하 부분에서 산정할 수 있었으며, 이로부터 최적의 단면 조건을 제안하였다. 또한 실제 시공사례 분석을 통해, 깊이별 휨모멘트를 바탕으로 최소철근비 적용이 가능한 구간을 분석하였으며, 그 결과 말뚝길이($L_p$)로 정규화된 최소 철근비 적용이 가능한 한계깊이($L_{As=0.4%}$)는 말뚝 직경으로 정규화된 말뚝길이($L_p/D_p$)에 따라 선형적으로 감소하였으며, $L_p/D_p=17.5$ 이후부터는 일정한 값(${\simeq}0.3$)에 수렴함을 알 수 있었다.