• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권4호
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• pp.734-742
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• 2016

최근 21세기에 접어들어 무분별한 발전의 결과로 석탄, 석유 등의 화석연료가 고갈되고 있으며, 지구 온난화가 진행중이다. 이미 유럽과 미국 등의 선진국에서는 신재생 에너지 분야에 관심을 갖고 있으며, 그 중에서도 풍력에너지가 많은 관심을 받고 있다. 풍력발전타워는 운용 중 주기적인 하중의 발생으로 만들어지는 주파수를 회피하여 설계를 해야 한다. 일반적으로 구조해석 과정 시 지반을 고정단 경계조건으로 해석한다. 하지만, 고정단 경계조건의 경우 지반 조건 상호작용을 고려하지 못하여 목표 진동수를 벗어나게 된다. 본 연구에서는 용량 별 지반경계 조건 및 기초의 근입깊이를 고려한 고유진동수 효과를 연구하였으며, 변수에 따른 차이를 확인하였다. 결과적으로 고정단 경계조건 모델은 지반조건과 근입깊이의 영향을 받지 않으며, Coupled Spring 경계조건 모델은 지반조건에는 영향을 받지만, 근입깊이에는 영향을 받지 않는다. Winkler Spring 경계조건의 경우에는 지반조건과 근입깊이에 모두 영향을 받는다. 하지만, 얕은 깊이의 지반에서는 지반조건의 영향을 받지 않으므로 Coupled Spring 경계조건 모델을 활용한 지반조건 별 해석을 수행하는 것이 효과적이다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제24권3호
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• pp.275-290
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• 2006

In this paper, the performance of a tuned liquid damper (TLD) in suppressing the seismic response of buildings is investigated with shake table testing of a four-story steel frame model that rests on pile foundation. The model tests were performed in three phases with the steel frame structure alone, the soil and pile foundation system, and the soil-foundation-structure system, respectively. The test results from different phases were compared to study the effect of soil-structure interaction on the efficiency of a TLD in reducing the peak response of the structure. The influence of a TLD on the dynamic response of the pile foundation was investigated as well. Three types of earthquake excitations were considered with different frequency characteristics. Test results indicated that TLD can suppress the peak response of the structure up to 20% regardless of the presence of soils. TLD is also effective in reducing the dynamic responses of pile foundation.

• Geomechanics and Engineering
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• 제14권5호
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• pp.479-489
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• 2018

In this paper, a comparative study of the effects of soil modelling on the interaction between tunnelling in soft soil and adjacent piled structure is presented. Several three-dimensional finite element analyses are performed to study the deformation of pile caps and piles as well as tunnel internal forces during the construction of an underground tunnel. The soil is modelled by two material models: the simple, yet approximate Mohr Coulomb (MC) yield criterion; and the complex, but reasonable hardening soil (HS) model with hyperbolic relation between stress and strain. For the former model, two different values of the soil stiffness modulus ($E_{50}$ or $E_{ur}$) as well as two profiles of stiffness variation with depth (constant and linearly increasing) were used in attempts to improve its prediction. As these four attempts did not succeed, a hybrid representation in which the hardening soil is used for soil located at the highly-strained zones while the Mohr Coulomb model is utilized elsewhere was investigated. This hybrid representation, which is a compromise between rigorous and simple solutions yielded results that compare well with those of the hardening soil model. The compared results include pile cap movements, pile deformation, and tunnel internal forces. Problem symmetry is utilized and, therefore, one symmetric half of the soil medium, the tunnel boring machine, the face pressure, the final tunnel lining, the pile caps, and the piles are modelled in several construction phases.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.59-72
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• 2009

대구경 해상 말묵의 수평 하중전이 거동 및 변형 해석을 위해 p-y 하중전이 해석법이 널리 사용되고 있다. 그러나, 본 연구에서는, 기존의 p-y 해석법의 단점을 극복하여, 지반의 연속성을 고려한 수평방향 하중전이 해석을 고찰하였으며, 3D wedge failure mode의 이론적인 해법과 재하시험을 통해 말뚝의 실제 거동에 보다 부합되도록 연약지반의 p-y 곡선을 제안하였다. 제안된 하중전이함수법의 타당성을 검증하기 위하여 현장재하시험 사례와의 비교분석을 수행하였고, 그 결과 제안된 해석방법은 기존 p-y 곡선에 비해 대구경 해상말뚝의 거동 및 변형 특성을 적절히 예측함을 알 수 있었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.17-22
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• 2010

본 연구에서는 풍화토 지반에 설치된 수평하중을 받는 H-pile 무리말뚝의 하중분담특성 및 상호작용계수(p-multiplier)를 분석하였다. 말뚝의 배열($2{\times}3$, $3{\times}3$), 말뚝의 간격(2D, 4D, 6D), 그리고 지반밀도(상대밀도:40%, 80%)를 고려한 수평재하 실험을 실시한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 무리말뚝내 각각의 말뚝에 작용된 평균수평하중은 말뚝의 수가 감소할수록 평균수평저항력이 증가하는 것으로 나타났다. 말뚝간격과 지반밀도에 따라 단말뚝과 무리말뚝의 p-y곡선을 분석한 결과 말뚝간격이 2D에서 6D로 증가함에 따라 무리말뚝의 상호작용계수값이 느슨한 지반의 경우 0.85~0.94(앞열말뚝), 0.57~0.79(중간말뚝), 0.60~0.71(후열말뚝), 조밀한 지반의 경우 0.76~0.82(앞열말뚝), 0.58~0.73(중간말뚝), 0.53~0.70(후열말뚝)의 값을 각각 나타냈다. 이와같이 단말뚝과 무리말뚝간 상호작용계수는 말뚝간격이 증가할수록 그 값이 증가함을 알 수 있었으며, 또한 앞열의 무리말뚝이 중간 및 후열말뚝들보다 보다 큰 상호작용계수 값을 나타냈다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권8호
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• pp.15-26
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• 2018

최근, 성능기반 내진설계법이 도입되면서 동적수치해석을 수행하여 지진에 대한 구조물의 실제 거동을 엄밀히 평가하는 것이 필요해지고 있다. 성능기반설계를 수행하려면 수치해석 모델링의 적용성을 검증하는 것이 매우 중요하다. 그러므로, 본 연구에서는 2차원 수치해석을 수행하여 말뚝지지 구조물의 동적 거동을 분석하고 수치모델링 기법과 입력변수값 산정방법을 제안하였다. 수치모델링의 적용성은 느슨한 사질토 지반에 설치된 무리말뚝의 동적 원심모형실험 결과와 비교하여 검증하였다. 본 수치모델링은 동적 지반 물성값, 지반-말뚝 상호작용, 경계조건, 무리말뚝과 구조물의 모델링 등 원심모형실험의 실제 조건을 반영하도록 모델링하였다. 그 결과, 수치해석에서 얻어진 결과는 지반 내 가속도 변화, 말뚝의 모멘트와 변위, 그리고 구조물의 변위와 가속도 결과를 잘 모사하였다. 그러므로, 본 수치모델링 기법과 입력변수 산정기법이 무리말뚝의 내진성능을 평가할 때 유용하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제21권2호
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• pp.187-200
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• 2020

In the current work, a series of three-dimensional finite element analyses have been conducted to investigate the behaviour of pre-existing single piles in response to adjacent tunnelling by considering the tunnel face pressures and the relative locations of the pile tips with respect to the tunnel. Via numerical modelling, the effect of the face pressures on the pile behaviour has been analysed. In addition, the analyses have concentrated on the ground settlements, the pile head settlements and the shear stress transfer mechanism at the pile-soil interface. The settlements of the pile directly above the tunnel crown (with a vertical distance between the pile tip and the tunnel crown of 0.25D, where D is the tunnel diameter) with a face pressure of 50% of the in situ horizontal soil stress at the tunnel springline decreased by approximately 38% compared to the corresponding pile settlements with the minimum face pressure, namely, 25% of the in situ horizontal soil stress at the tunnel springline. Furthermore, the smaller the face pressure is, the larger the tunnelling-induced ground movements, the axial pile forces and the interface shear stresses. The ground settlements and the pile settlements were heavily affected by the face pressures and the positions of the pile tip with respect to the tunnel. When the piles were inside the tunnel influence zone, tensile forces were induced on piles, while compressive pile forces were expected to develop for piles that are outside the influence zone and on the boundary. In addition, the computed results have been compared with relevant previous studies that were reported in the literature. The behaviour of the piles that is triggered by adjacent tunnelling has been extensively examined and analysed by considering the several key features in substantial detail.

• Geomechanics and Engineering
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• 제20권5호
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• pp.433-445
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• 2020

A new code, called PRaFULL (Piled Raft Foundation Under Lateral Load), was developed for the analysis of laterally loaded Combined Pile Raft Foundation (CPRF). The proposed code considers the contribution offered by the raft-soil contact and the interactions between all the CPRF system components. The nonlinear behaviour of the reinforced concrete pile and the soil are accounted. As shallower soil layers are of great relevance in the lateral response of a pile foundation, PRaFULL includes the possibility to consider layered soil profiles with appropriate properties. The shadowing effect on the ultimate soil pressure is accounted, when dealing with pile groups, as proposed by the Strain Wedge Model. PRaFULL BEM code obviously requires less computational resources compared to FEM (Finite Element Method) or FDM (Finite Difference Method) codes. The proposed code was validated in the linear elastic range by comparisons with the code APRAF (Analysis of Piled Raft Foundations). The reliability of the procedure to predict piled raft performance was then verified in nonlinear range by comparisons with both centrifuge tests and computer code PRAB.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.85-92
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• 2011

말뚝의 동적 거동은 지반-말뚝의 동적상호작용, 지반의 비선형성, 지반-말뚝 시스템의 공진 현상 등 많은 요소가 상호 작용을 하므로 매우 복잡하다. 그러므로, 말뚝의 동적 거동을 수치해석으로 정확히 모사하려면 많은 노력과 시간이 필요하다. 본 연구에서는 기존의 범용 수치해석 프로그램인 FLAC 3D를 활용하면서도 해석시간을 크게 감소 시킬 수 있는 새로운 모델링 기법을 개발하였다. 본 기법은 전체 해석 영역을 근역 지반과 원역 지반으로 나누고 지반-말뚝 동적상호작용에 영향을 받지 않는 원역 지반을 요소망으로 모델링하는 대신 원역 지반의 지반 운동 시간이력을 근역 지반의 경계 조건에 입력 하중으로 적용하는 기법이다. 이 수치 모델링에서 지진파의 강도가 클 때 일어나는 지반의 비선형 거동을 모사하기 위하여 이력 감쇠 모델을 이용하여 접선 탄성 계수를 전단 변형률의 함수 값으로 입력하였으며, 지반과 말뚝 사이의 분리 현상을 모사하기 위하여 지반-말뚝 경계 요소를 도입하였다. 이 방법은 기존의 방법과 비교하여 해석 결과의 정확성을 유지하면서 해석 시간을 1/3로 감소시켰다. 제안된 수치해석 방법으로 예측한 1g 진동대 모형 실험의 원형 거동은 원형으로 환산한 모형 실험 결과와 유사하게 나타났다.

• Wind and Structures
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• 제21권6호
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• pp.625-639
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• 2015

Monopiles have been most widely used for supporting offshore wind turbines (OWTs) in shallow water areas. However, multi-member lattice-type structures such as jackets and tripods are also considered good alternatives to monopile foundations for relatively deep water areas with depth ranging from 25-50 m owing to their technical and economic feasibility. Moreover, jacket structures have been popular in the oil and gas industry for a long time. However, several unsolved technical issues still persist in the utilization of multi-member lattice-type supporting structures for OWTs; these problems include pile-soil-interaction (PSI) effects, realization of dynamically stable designs to avoid resonances, and quick and safe installation in remote areas. In this study, the effects of PSI on the dynamic properties of bottom-fixed OWTs, including monopile-, tripod- and jacket-supported OWTs, were investigated intensively. The tower and substructure were modeled using conventional beam elements with added mass, and pile foundations were modeled with beam and nonlinear spring elements. The effects of PSI on the dynamic properties of the structure were evaluated using Monte Carlo simulation considering the load amplitude, scouring depth, and the uncertainties in soil properties.