• 대한토목학회논문집
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• 제28권3C호
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• pp.149-158
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• 2008

본 연구에서는 수치해석을 통하여 국내 해상 장대교량의 기초로 사용된 대구경 현장타설말뚝의 거동특성을 분석하고 외부 강관케이싱에 의한 말뚝의 지지력 증진효과를 검증하고자 한다. 직경이 다른 3종류의 현장타설말뚝에 대하여 1) 외부강관이 없는 경우, 2) 외부강관이 있는 경우 그리고 3) 외부강관과 콘크리트가 일체화 거동을 하는 경우 등 3가지 모델을 설정하고 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 강관과 콘크리트사이에는 경계면 요소(interface)를 적용하였으며, 지반 및 하중조건은 현장의 조건을 사용하였다. 각 모델에 대한 세부적인 변위 및 응력분석을 통하여 강관합성 현장타설말뚝의 거동특성을 파악하였다. 수치해석결과 본 해석에서 선정한 대구경 현장타설말뚝의 경우 외부강관을 구조재로 고려하는 경우 동일 하중조건에 대한 수평변위 및 수직변위가 각각 32~37%와 15~19% 정도 감소되는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권11호
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• pp.111-123
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• 2010

강관합성 현장타설말뚝은 굴착시 공벽보호를 위해 사용되는 강관케이싱을 구조재로 보고 내부에 콘크리트를 채운 합성말뚝으로서 외부 강관이 내부 콘크리트의 변형을 억제하여 말뚝의 강도를 증가시키고 연성파괴를 유도하는 보강 효과를 발휘한다. 본 연구에서는 강관합성 현장타설말뚝의 현장 적용성을 분석하기 위하여 현장재하시험을 수행하였다. 시험결과 강관 선단부 즉, 강관합성-콘크리트 경계면이 구조적으로 취약하며 휨에 대한 저항력이 작기 때문에 내부 철근망을 설치하여 이 부분을 보강할 필요가 있었다. 또한 강관합성-콘크리트 경계면이 휨모멘트의 영향을 받지 않는 충분히 갚은 깊이에 위치하고 주변지반의 구속효과가 발휘되는 경우에는 강관합성 현장타설말뚝의 하부 콘크리트 재료에 대한 허용강도가 증가하므로 강관합성 현장타설말뚝의 설계하중을 증가시켜 경제적인 설계가 기능해질 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권6C호
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• pp.267-275
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• 2009

강관합성말뚝은 외부 강관의 합성 구속효과에 의해 말뚝강도가 커지고, 연성파괴 거동이 발생한다. 본 연구에서는 해상 지반에 근입된 말뚝에 대하여 말뚝재료의 항복거동 및 지반의 탄소성 거동을 함께 고려할 수 있는 3차원 수치해석을 수행하여 하중-변위 거동 및 강관합성말뚝의 보강효과를 분석하였다. 이를 위하여 강관, 콘크리트, 강관합성말뚝에 대하여 각각 말뚝직경과 재하방향에 따른 변수연구를 수행하였다. 그 결과, 수직방향 극한지지력의 경우 강관합성말뚝은 강관말뚝과 비교하여 평균 1.90배, 콘크리트 말뚝에 대하여는 평균적으로 동일한 지지력을 보여주었다. 허용변위 기준에서의 수평방향 지지력의 경우 강관합성말뚝은 강관말뚝에 비하여 평균 1.46배, 콘크리트 말뚝에 비하여 평균 1.25배 큰 것으로 나타났다. 그리고, 허용변위 기준에서의 강관합성말뚝의 말뚝두부 변위는 평균적으로 강관말뚝의 약 78%, 콘크리트 말뚝의 약 53%로 나타나 강관합성말뚝의 변위억제 효과가 큰 것으로 나타났다. 본 해석조건에서 강관합성말뚝의 수직방향 극한지지력 증가효과는 작았지만 수평방향 재하시의 강관합성말뚝의 변위억제 효과에 의해 현장타설말뚝의 경제적인 설계가 가능할 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권6C호
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• pp.259-266
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• 2009

강관합성말뚝의 강관은 내부 콘크리트의 변형을 억제하여 말뚝강도를 증가시키고 연성파괴를 유도하는 보강효과를 발휘한다. 본 연구에서는 강관, 콘크리트, 강관합성 시험체에 대하여 수행된 압축재하 실험의 하중-변위 곡선을 모사할 수 있는 해석모델 및 입력물성값을 분석하였다. 그 결과, 강관은 von-Mises 모델, 그리고 콘크리트는 소성변형률에 따라 점착력과 팽창각을 감소시키는 변형률 연화모델을 적용하여 실험결과를 모사하였다. 또한, 콘크리트 내부의 철근은 항복 모멘트 적용 및 철근의 단면적을 감소시켜 모사하였다. 본 연구에서 적용된 해석기법은 실험결과와 비교하여 강관합성말뚝의 항복거동 및 보강효과를 잘 모사할 수 있는 것으로 나타났다. 실물크기 말뚝에 대한 변수연구를 수행한 결과, 강관 합성말뚝의 재료강도는 강관의 보강효과에 의해 축방향에 대해 약 10%, 횡방향에 대해 약 20~45% 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권2호
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• pp.95-102
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• 2012

본 연구에서는 기존 C.I.P 공법의 개선사항을 보완하여 벽체 강성 및 차수성을 증진시킨 개량형 C.I.P 공법을 개발하고 이에 대한 현장 적용성을 검토하였다. 개량형 C.I.P 공법의 특징은 원형케이싱의 내부 양쪽에 삼각형 형태의 조인트를 설치하여 연직연속천공을 위한 가이드로 이용하고 연속천공 이후에는 조인트와 조인트를 소형 H형강으로 연결하여 개별말뚝들이 연결된 벽체를 형성함과 동시에 H형강 외의 내부는 그라우팅으로 충진되어 벽체 전체가 차수성을 확보하도록 고안된 점이다. 이러한 특성에 대한 현장 적용성을 검토하기 위해 모형 토조실험을 수행하여 차수성을 검토하였으며 벽체 강성의 증진에 대한 사항은 케이싱의 두께를 2mm와 3mm로 변화를 둔 실물크기의 시험체를 대상으로 강도실험과 수치해석이 병행되었다. 수치해석의 경우, 강도실험에 대한 시뮬레이션을 통해 사용프로그램의 타당성을 우선 검토한 후, 케이싱의 두께 변화에 따른 영향을 비교분석하였다. 연구결과, 차수성 시험은 정수압 300KPa의 가압상태에서도 이음부의 누수가 발생하지 않았다. 휨강도 실험결과, 개량형 흙막이 벽체의 강성이 기존 C.I.P 벽체의 강성보다 4배 정도 큰 것으로 나타났으며 압축강도 또한 콘크리트의 압축강도보다 큰 것으로 나타났다. 이상의 결과로부터 제안된 개량형 C.I.P 공법은 기존의 C.I.P 공법의 차수공정의 생략뿐만 아니라, 연결부 차수성 확보, 연직연속천공, 그리고 상대적으로 우수한 강성등의 장점을 보유한 것으로 나타나 향후 주열식 흙막이 시공에 일조할 수 있을 것으로 판단된다.