Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.6
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pp.25-32
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2002
In the seismic designing of bridges, the pile foundation of bridge piers generally have been modeled to have a fixed end for its convenience and conservative designing. The fixed-end assumption, however, produces very conservative results in terms of the pier forces. Therefore, many other design methods are evolved to consider the flexibility of the pile foundation. In this study, the response spectrum analysis was performed for a bridge pier having a pile foundation. The shear force, moment, and displacement, which occurred at the pier column under an earthquake loading, were compared to analyze the effects of the modeling method, soil condition and the input earthquake response spectrum. In most cases, the fixed-end model gives larger design forces than flexible foundation models. However, when a long period earthquake is applied to the bridge pier on a soft clay foundation, it is found that the flexible foundation models give larger design forces than the fixed-end model. In the end, the reliability of several flexible foundation models was verified by comparing their results with those of a numerical analysis that considers the soil-structure interaction phenomenon in a rigorous manner.
The shear load distribution and deformation of offshore friction piles are investigated using experimental tests and a numerical analysis. Special attention is given to the soil-pile interaction of axially loaded pile. A framework for determining the f-w curve is proposed based on both theoretical analysis and experimental load test data base. A numerical analysis that takes into account the proposed f-w curves was performed for major parameters on pile-soil interaction such as the pile diameter, the pile length, and the soil condition. Based on the analysis, it is shown that the proposed f-w method is capable of predicting the behavior of a friction pile in deep soft clay. Through comparisons with case histories and finite element results, it is found that the proposed f-w curves are more appropriate and realistic m representing the pile-soil interaction of axially loaded piles in deep soft clay than that of existing f-w method.
Three-dimensional(3D) numerical analyses have been conducted to study the behaviour of a single pile to adjacent tunnelling conducted in the lateral direction of the pile. In the numerical analyses, the interaction between the tunnel, the pile and the soil next to the pile has been analysed. The study includes the pile settlement, the relative shear displacement between the pile and the soil, the shear stresses at the soil next to the pile and the axial force on the pile. In particular, the shear stress transfer mechanism along the pile related to the tunnel advancement has been rigorously analysed. Due to changes in the relative shear displacement between the pile and the soil next to the pile during the tunnel advancement, the shear stress and the axial force distributions along the pile have been changed. Downward shear stress developed above the tunnel springline (Z/L=0.0-0.7~0.8), while upward shear stress is mobilised below the tunnel springline (Z/L=0.7~0.8-1.0) resulting in compressive force on the pile, where Z is the pile location and L is the pile length. Maximum compressive force of about $0.475P_a$ was developed on the pile after completion of tunnel advancement, where $P_a$ is the allowable pile capacity. Some insights into the pile behaviour to tunnelling obtained from the numerical analyses will be reported and discussed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.5C
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pp.199-210
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2012
The effects of tunnelling in weak weathered rock on the behaviour of a pre-existing single pile and pile groups ($3{\times}3$ and $5{\times}5$ pile groups) above a tunnel have been studied by carrying out three-dimensional (3D) elasto-plastic numerical analyses. Numerical modelling of such effects considers the response of the single pile and pile groups in terms of tunnelling-induced ground and pile settlement as well as changes of the shear transfer mechanism at the pile-soil interface due to tunnelling. Due to changes in the relative shear displacement between the pile and the soil at the pile-soil interface with tunnel advancement, the shear stresses and axial pile force distributions along the pile change drastically. Based on the computed results, upward shear stresses are induced up to about Z/L=0.775 from the pile top, while downward shear stresses are mobilised below Z/L=0.775, resulting in a reduction in the axial pile force distribution with depth equivalent to a net increase in the tensile force on the pile. A maximum tensile force of about $0.36P_a$ developed on the single pile solely due to tunnelling, where $P_a$ is the service axial pile loading prior to tunnelling. The degree of interface shear strength mobilisation at the pile-soil interface was found to be a key factor governing pile-soil-tunnelling interaction. Overall it has been found that the larger the number of piles, the greater is the effect of tunnelling on the piles in terms of pile settlement, while changes of the axial pile forces for the piles in the groups are smaller than for a single pile due to the shielding effect. The reduction of apparent allowable pile capacity due to tunnelling-induced pile head settlement was significant, in particular for piles inside the groups.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.9-20
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2002
The purpose of this research is to develop computational procedures for studying nonlinear soil-structure interaction Problems. In orders to study soil-structure interaction behavior, the finite element analysis for the strip footing subjected to both vortical and lateral loads, and foundation layer reinforced with sheet pile are considered, interface elements are used between the footing and the soil to model the interaction behavior The main analyzed results are as follows; 1. For the prediction of settlement and lateral displacement, the result due to interface element was evaluated larger then without interface element. 2. For the determination of ultimate bearing capacity, the value using interface element appeared smaller by 12%, which was safe. 3. The horizontal and vertical displacement of strip footing affected by the presence of interface element.
Park, Woo-Jin ;Park, Dong-Su;Shin, Mun-Beom;Seo, Young-Kyo
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.39
no.5
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pp.51-63
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2023
Numerical analysis was conducted to determine the effect of soil behavior by thawing and freezing of seasonal frozen soil on pile foundations. The analysis was performed using the finite element method (FEM) to simulate soil-pile interaction based on the atmosphere temperature change. Thermomechanical coupled modeling using FEM was applied with the temperature-dependent nonlinear properties of the frozen soil. The analysis model cases were applied to the MCR and HDP models to simulate the elastoplastic behavior of soil. The numerical analysis results were analyzed and compared with various conditions having different length and width sizes of the pile. The results of the numerical analysis showed t hat t he HDP model was relat ively passive, and t he aspect and magnit ude of t he bearing capacit y and displacement of the pile head were similar depending on the length and width of the pile conditions. The vertical displacement of the pile head by thawing and freezing of the ground showed a large variation in displacement for shorter length conditions. In the MCR model, the vertical displacement appeared in the maximum thaw settlement and frost heaving of 0.0387 and 0.0277 m, respectively. In the HDP model, the vertical displacement appeared in the maximum thaw settlement and frost heaving of 0.0367 and 0.0264 m, respectively. The results of the pile bearing capacity for the two elastoplastic models showed a larger difference in the width condition than the length condition of the pile, with a maximum of about 14.7% for the width L condition, a maximum of about 5.4% for M condition, and a maximum of about 5.3% for S condition. The significance of the effect on the displacement of the pile head and the bearing capacity depended on the pile-soil contact area, and the difference depended on the presence or absence of an active layer in the soil and its thickness.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.28
no.4
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pp.222-231
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2016
Multi-member lattice-type structures including jackets and tripods are being considered as good alternatives to monopile foundations for relatively deep water of 25-50 m of water depth owing to their technical and economic feasibility. In this study, the reliability analysis of bottom-fixed offshore wind turbines with monopile and/or multi-member lattice-type foundations is carried out and the sensitivities of random variables such as material properties, external wind loadings and scouring depth are compared with respect to different types of foundations. Numerical analysis of the NREL 5 MW wind turbine supported by monopile, tripod and jacket substructures shows that the uncertainties of soil properties affect the reliability index more significantly for the monopile-supported OWTs while the reliability index is not so sensitive to the material properties in the cases of tripod- and jacket-supported OWTs. In conclusion, the reliability analysis can be preliminarily carried out without considering soil-pile-interaction in the cases of tripod- and jacket-supported OWTs while it is very important to use the well-measured soil properties for reliable design of monopile-supported OWTs.
In this paper, a numerical comparison of predictions by limit equilibrium analysis and 3D analysis is presented for slope/pile system. Special attention is given to the coupled analysis based on the explicit finite difference code, FLAC 3D. To this end, an internal routine (FISH) was developed to calculate a factor of safety for a file reinforced slope according to shear strength reduction technique. The case of coupled analyses was performed for stabilizing piles in slope in which the pile response and slope stability are considered simultaneously. In this study, by using these methods, the failure surfaces and factors of safety were compared and analyzed in several cases, such as toe, middle and top of the slope, respectively. Furthermore, the coupled method based on shear strength reduction technique was verified by the comparison with other analysis results.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.2
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pp.9-20
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2003
At present, the information on the foundation-structure interaction is lacking. As a result, the seismic performance evaluation of buildings seldom considers the effect of the foundation performance on the building responses. Recent earthquakes such as the 1993 Hokkaido Nansei-oki Earthquake(M=7.8), the 1994 Northridge Earthquake(M=6.7), the 1995 Hyogoken-Nambu Earthquake(M=7.2), and the 1999 Chi-Chi Earthquake (M=7.6) have shown that building damages are significantly affected by the degree of damage sustained by the building foundation and the interaction between the building and the foundation. This paper presents a nonlinear seismic analysis method for the seismic performance evaluation of reinforced concrete buildings which considers the pile foundation-structure interaction. The proposed method is applied to an actual building which was damaged during the 1993 Hokkaido Nansei-oki Earthquake. The result reveal that the method is able to predict the performance of the building.
Safety issue for offshore wind-turbine foundation becomes a crucial factor as offshore wind turbines have been scaled up. Correspondingly, there is a demand to understand the effect of soil-structure interaction on to system behavior in geotechnical engineering point of view. The p-y curve method researched in past few decades is one of the most appropriate methodology to analyze the problem. In this study, recently proposed p-y curve models for various rocks are calibrated to analyze the engineering characteristics of seabed of Jeju Island where it is known to be most suitable area for offshore wind energy farm. Step by step calibration process for p-y models is presented. Analysis results show that subgrade reaction generally increases as closer to seabed. It is also shown that the behavioral characteristics of foundation reflect well rock properties in terms of resultant moment, shear force, etc.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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