• 한국지반공학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.239-249
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• 1999

본 논문에서는 측방변형을 받는 수동 군말뚝의 거동특성을 연구하기 위해 말뚝의 휨강성, 말뚝중심간격, 상대밀도와 두부구속조건을 변화시킨 단독말뚝과 말뚝 중심간격이 말뚝직경(D)의 2.5, 5.0, 7.0배가 되는 1열 군말뚝에 대한 모형실험을 실시하였다. 실내모형실험은 주문진 표준사와 화강 풍화토에 근입된 수동말뚝에 직사각형 형태의 측방변위를 점진적으로 가하여 주문진 표준사에 대해 총 32회, 화강풍화토에 대해 총 16회의 실험을 실시하였다. 주문진 표준사에 대해서는 알루미늄과 PVC말뚝을, 화강풍화토에 대해서는 PVC 말뚝만을 사용하였다. 그 결과 수동말뚝에서 발생하는 최대 휨모멘트와 말뚝변위는 말뚝의 휨강성, 말뚝중심간격, 지반조건, 두부구속조건에 따라 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 1열 군말뚝은 두부 구속조건에 상관없이 말뚝중심간격 7.0D 이하에서 그룹효과가 나타났으며, 7.0D에서 거의 단독말뚝과 같은 거동을 보임을 알 수 있었다. 말뚝의 간격이 좁아짐에 따라 말뚝의 변위와 휨모멘트 모두 감소하였다. 아울러 말뚝의 휨강성이 클수록 휨모멘트는 증가하나 변위는 감소하고, 상대밀도가 클수록 휨모멘트와 변위는 커지는 경향을 보였다. 상대밀도에 대한 휨모멘트의 크기 변화는 고정단에 의한 실험보다 자유단에 의한 실험에서 더 크게 나타났다.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권1호
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• pp.81-89
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• 2023

A simplified calculation method of natural vibration characteristics of high-speed railway multi-span bridge-longitudinal ballastless track system is proposed. The rail, track slab, base slab, main beam, bearing, pier, cap and pile foundation are taken into account, and the multi-span longitudinal ballastless track-beam-bearing-pier-cap-pile foundation integrated model (MBTIM) is established. The energy equation of each component of the MBTIM based on Timoshenko beam theory is constructed. Using the improved Fourier series, and the Rayleigh-Ritz method and Hamilton principle are combined to obtain the extremum of the total energy function. The simplified calculation formula of the natural vibration frequency of the MBTIM under the influence of vertical and longitudinal vibration is derived and verified by numerical methods. The influence law of the natural vibration frequency of the MBTIM is analyzed considering and not considering the participation of each component of the MBTIM, the damage of the track interlayer component and the stiffness change of each layer component. The results show that the error between the calculation results of the formula and the numerical method in this paper is less than 3%, which verifies the correctness of the method in this paper. The high-order frequency of the MBTIM is significantly affected considering the track, bridge pier, pile soil and pile cap, while considering the influence of pile cap on the low-order and high-order frequency of the MBTIM is large. The influence of component damage such as void beneath slab, mortar debonding and fastener failure on each order frequency of the MBTIM is basically the same, and the influence of component damage less than 10m on the first fourteen order frequency of the MBTIM is small. The bending stiffness of track slab and rail has no obvious influence on the natural frequency of the MBTIM, and the bending stiffness of main beam has influence on the natural frequency of the MBTIM. The bending stiffness of pier and base slab only has obvious influence on the high-order frequency of the MBTIM. The natural vibration characteristics of the MBTIM play an important guiding role in the safety analysis of high-speed train running, the damage detection of track-bridge structure and the seismic design of railway bridge.

• Geomechanics and Engineering
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• 제5권2호
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• pp.119-142
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• 2013

Pile load tests using Osterberg cells (O-cell) were conducted on cast-in-place concrete piles founded in oil sand fill and in situ oil sand at an industrial plant site in Fort McMurray, Alberta, Canada. Interpreted pile test results show that very high pile shaft resistance (with the Bjerrum-Burland or Beta coefficient of 2.5-4.5) against oil sand could be mobilized at small relative displacements of 2-3% of shaft diameter. Finite element simulations based on linear elastic and elasto-plastic models for oil sand materials were used to analyze the pile load test measurements. Two constitutive models yield comparable top-down load versus pile head displacement curves, but very different behaviour in mobilization of pile shaft and end bearing resistances. The elasto-plastic model produces more consistent matching in both pile shaft and end bearing resistances whereas the linear elastic under- and over-predicts the shaft and end bearing resistances, respectively. The mobilization of high shaft resistance in oil sand under pile load is attributed to the very dense and interlocked structure of oil sand which results in high matrix stiffness, high friction angle, and high shear dilation.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.71-77
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• 2019

지지력이 큰 하부지반에 구조물의 하중을 전달하기 위한 방안으로 말뚝기초가 대부분 적용되고 있다. 이 연구에서는 접합부에 보강되는 철근량에 따라 반복하중 하에서 프리캐스트공법과 철근 및 속채움 콘크리트로 말뚝머리부를 보강한 철근콘크리트 말뚝(HPC)과 기초 접합부 거동을 실험을 통해 평가하였다. 철근량에 변화에 따라 제작된 두 종류의 접합부 실험체의 균열패턴과 파괴거동은 유사한 수준으로 평가되었다. 철근량 1.77배 증가에 기인하여 BS-H25 실험체는 BS-H19 실험체에 비해 최고하중은 약 1.47배 증가하였지만 연성비는 정가력시 76%, 부가력시 70% 수준을 나타내었다. 강성감소는 접합부 철근 항복 이후 BS-H19 실험체와 BS-H25 실험체는 정가력시 초기강성의 약 66% ~ 71% 수준으로 부가력시 54% ~ 57% 수준으로 감소되었고 BS-H25 실험체가 평균 13% 높은 강성값을 나타내었다. 극한하중 상태에서의 BS-H19와 BS-H25 실험체의 누적 에너지 소산량은 사용하중 상태에 비해 약 5.5배 및 6.6배 큰 값으로 측정되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.45-54
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• 2010

말뚝 구조물의 동적 거동을 분석하고 지진파에 대한 공진 안정성을 확보하기 위해서는 고유 진동수를 합리적으로 산정하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 간단한 질량 - 스프링 모델을 이용하여 지진 하중을 받는 말뚝 구조물의 고유 진동수를 간편하면서도 효율적으로 예측할 수 있는 방법을 모색하였다. 고유진동수 산정 결과에 큰 영향을 미치는 지반-말뚝 간 스프링 강성을 지반반력상수와 p-y 곡선 그리고 지반 탄성계수 등을 이용하여 결정하고, 이들을 이용하여 계산한 고유진동수를 1g 진동대 실험에서 계측한 고유진동수와 비교한 결과, 지반반력상수를 이용한 Reese(1974) 방법과 동적 p-y 중추 곡선을 이용한 Yang(2009)의 방법을 이용하여 스프링 강성을 산정하는 것이 가장 우수한 결과를 나타내었는데, 건조토에 위치한 말뚝구조물에서는 5% 이내의 오차를 보였으며, 포화토에 위치한 말뚝 구조물의 경우에는 진동 중에 과잉간극수압의 발생여부에 따라 5%에서 40% 사이의 오차를 나타내었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회
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• pp.357-367
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• 2010

In this study, several design and construction cases of the pile bent system for bridges were introduced. The lateral displacement of the pile bent system is larger than the displacement of pile cap system, due to the smaller bending stiffness and the longer unsupported length. So, the analysis of the lateral pile displacement is main factor for the design of pile bent system and superstructure. For the accurate estimation of the pile displacement, an iterative analysis method was developed. The superstructure was analyzed regarding the pile foundation as $6{\times}6$ spring and the substructure was analysed using non-linear load transfer curves (p-y, t-z, q-z curve). And, to verify this analysis method, the estimated displacements are compared with the results of lateral load test. This analysis method is expected to be a viable alternative approach for the design of bridge foundation hereafter.

• 한국지진공학회논문집
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• 제5권3호
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• pp.1-8
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• 2001

교량 구성요소의 설계지진력은 현행 국내 도로교설계기준에 의하면 설계지진을 가하여 얻어진 탄성지진력을 구조형식에 따른 응답수정계수로 나눔으로써 결정되어진다. 말뚝기초가 채택된 교량시스템의 탄성지진력의 크기는 말뚝기초의 모형화 방법에 따라 크게 달라질 수 있다. 이 논문에서는 근사적이고 실용적인 말뚝기초의 모형화 기법을 제시하였다. 이 모형화 기법에서는 말뚝기초의 강도를 횡방향으로 반복하중을 가진 현장시험으로 얻은 말뚝-지반의 상호작용이 고려된 지반반력-변위 곡선을 이용한 말뚝의 수평방향 강도와 탄성 축변형은 물론 선단지지력 및 주변마찰력을 고려한 말뚝의 수직방향 강도로 나타내는 것이다. 예제 교량의 해석을 수행하여 제시된 절차가 타당성있고 적용 가능한 교량의 지진응답해석용 말뚝기초의 모형화 기법임을 검증하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권8호
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• pp.35-43
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• 2012

널말뚝을 해안지역이나 도심지역에 건설하는 경우 주변에 위치한 횡방향 재하 말뚝의 영향권 내에 존재하게 되는 경우가 발생하게 되지만, 기존 설계방법에서는 이러한 영향에 대하여 고려하고 있지 않다. 본 연구를 통해 말뚝에 횡방향 하중이 재하되는 경우 근접한 널말뚝에 미치는 영향을 정량적으로 예측할 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 상용프로그램인 ABAQUS를 이용하여 3차원 유한요소 모델을 만들었으며 지반 구성모델로는 Drucker-Prager 모델, 널말뚝과 말뚝은 선형탄성으로 거동하도록 모사하였다. 널말뚝의 휨강성, 말뚝과 널말뚝 간의 거리, 굴착깊이, 그리고 지반의 탄성계수 등 총 4가지 변수들을 사용하여 횡방향 재하 말뚝이 주변 널말뚝에 미치는 영향을 분석해 보았다. 수치해석 결과를 이용하여 널말뚝에 발생하는 최대 횡방향 변위 및 휨모멘트를 측정할 수 있는 간단한 식을 제시하였다.

• Earthquakes and Structures
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• 제19권4호
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• pp.273-286
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• 2020

The pile group foundation is widely used for gravity pier of high-speed railway bridges in China. If a moderate or strong earthquake occurs, the pile-surrounding soil will exhibit obvious nonlinearity and significant pile group effect. In this study, an improved pushover analysis model for the pile group foundation with consideration of pile group effect is presented and validated by the quasi-static test. The improved model uses simplified springs to simulate the soil lateral resistance, side friction and tip resistance. PM (axial load-bending moment) plastic hinge model is introduced to simulate the impact of the axial force changing of pile group on their elastic-plastic characteristics. The pile group effect is considered in stress-stain relations of the lateral soil resistance with a reduction factor. The influence factors on nonlinear characteristics and plastic hinge distribution of the pile group foundation are discussed, including the pier height, longitudinal reinforcement ratio and stirrup ratio of the pile, and soil mechanical parameters. Furthermore, the displacement ductility factor, resistance increase factor and yielding stiffness ratio are provided to evaluate the seismic performance of soil-pile system. A case study for the pile group foundation of a railway simply supported beam bridge with a 32 m-span is conducted by numerical analysis. It is shown that the ultimate lateral force of pile group is not determined by the yielding force of the single one in these piles. Therefore, the pile group effect is essential for the seismic performance evaluation of the railway bridge with pile group foundation.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2004년도 추계학술대회 논문집
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• pp.922-927
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• 2004

The bending moment and settlement of the slab track can be reduced by the installation of small numbers of micro piles beneath the track. This paper presents the effect of micro pile installation on the reduction of bending moment and settlement of slab track, estimated by a numerical method. The slab track is modeled as a plate based on the Mindlin's plate theory, and soil and piles are modeled as Winkler and coupled springs, respectively. The stiffness of piles is obtained by the approximate analytical method proposed by Randolph and Wroth. and the modulus of subgrade reaction is adopted to evaluate Winkler spring constant. From the analysis results, the effect of the micro pile installation is significant to considerably reduce the settlement of slab track. However, for the proper reduction of bending moments in a slab track, the pile arrangement should be reasonably taken into account to prevent the stress concentration at pile location.