Kim, Hongtaek;Lee, Jungjae;Chung, Jongmin;Yoon, Changjin
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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제10권7호
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pp.159-165
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2009
The Strain Wedge Model is useful method for horizontal bearing capacity calculation considering interaction of pile and ground deformation. However, application case of the Strain Wedge Model is rare and the strain wedge model of plenty of verification is needed on multi layered ground in Korea. In this present study, to conduct laboratory model test and numerical analysis for verification of Strain Wedge Model, adapt model that could describe the interaction of pile and ground deformation on multi layered ground. In model test, it was performed to estimate the behavior characteristics on pile under lateral load and to analyze the relationship between load and deformation. In addition, it was fulfilled to measure the skin friction on pile using strain gauge and to decide the ground passive resistance wedge using skin friction. Numerical analysis was performed to verify laboratory model test results.
A significantly larger lateral load and moment are applied on a high speed railway bridge foundation than other bridge foundations. Therefore most of bridge foundations on Honam high speed railway project were designed by high strength steel pipe piles to resist lateral load and moment, which caused the increase of construction costs. In order to perform optimum design, it is important to estimate accurate lateral resistance when designing this type of structure. Lateral load tests were carried out based on the field design data with the purpose of examining the lateral behavioral characteristics of a railway bridge foundation. The standard load test method(ASTM D 3966) was used for field tests by applying twice of design load. Total four load tests were performed on high speed railway bridge foundations with strain gages installed by every 1m along piles to measure load-resistance characteristics under applied lateral loads. The back-calculated P-y curves from strain gages were compared with estimated P-y curves using theoretical methods based on geotechnical investment data. Back-calculated P-y curves from field tests for sand and clay ground conditions were presented in this paper, which are different from theoretical P-y curves. By using the research results of this study, more accurate estimations of pile design under lateral loads can be available for similar geotechnical conditions.
In this study, we grasped the resistance state of the back ground which had a notable influence on computing the lateral resistance of the laterally loaded single pile in the homogeneous ground by the model test. In order to grasp a resistance behavior, we have to know the deformation area of the back ground and the side failure angle other than the rotation point of pile and vertical failure angle of back ground which were proposed by Bae & Kim in 2008. We found out in this test the characteristics of the behavior of the back ground in accordance with the shape and size of the pile and ground density. We examined the interrelationship of the relative density of sand, the size and the sectional shape of the pile as well.
The present study investigates the non-linear soil-pile interaction using three-dimensional (3D) non-linear finite element models. The numerical models were validated by using the results of extensive pile load and shaking table tests. The pile performance in liquefiable and non-liquefiable soil has been studied by analyzing the liquefaction ratio, pile lateral displacement (LD), pile bending moment (BM), and frictional resistance (FR) results. The pile models have been developed for the different ground conditions. The study reveals that the results obtained during the pile load test and shaking cycles have good agreement with the predicted pile and soil response. The soil density, peak ground acceleration (PGA), slenderness ratio (L/D), and soil condition (i.e., dry and saturated) are considered during modeling. Four ground motions are used for the non-linear time history analyses. Consequently, design charts are proposed depended on the analysis results to be used for design practice. Eleven models have been used to validate the capability of these charts to capture the soil-pile response under different seismic intensities. The results of the present study demonstrate that L/D ratio slightly affects the lateral displacement when compared with other parameters. Also, it has been observed that the increasing in PGA and decreasing L/D decreases the excess pore water pressure ratio; i.e., increasing PGA from 0.1 g to 0.82 g of loose sand model, decrease the liquefaction ratio by about 50%, and increasing L/D from 15 to 75 of the similar models (under Kobe earthquake), increase this ratio by about 30%. This study reveals that the lateral displacement increases nonlinearly under both dry and saturated conditions as the PGA increases. Similarly, it is observed that the BM increases under both dry and saturated states as the L/D ratio increases. Regarding the acceleration histories, the pile BM was reduced by reducing the acceleration intensity. Hence, the pile BM decreased to about 31% when the applied ground motion switched from Kobe (PGA=0.82 g) to Ali Algharbi (PGA=0.10 g). This study reveals that the soil conditions affect the relationship pattern between the FR and the PGA. Also, this research could be helpful in understanding the threat of earthquakes in different ground characteristics.
This paper investigates nonlinear response of 51 laterally loaded rigid piles in sand. Measured response of each pile test was used to deduce input parameters of modulus of subgrade reaction and the gradient of the linear limiting force profile using elastic-plastic solutions. Normalised load - displacement and/or moment - rotation curves and in some cases bending moment and displacement distributions with depth are provided for all the pile tests, to show the effect of load eccentricity on the nonlinear pile response and pile capacity. The values of modulus of subgrade reaction and the gradient of the linear limiting force profile may be used in the design of laterally loaded rigid piles in sand.
Chen, Yong-Hui;Chen, Long;Xu, Kai;Liu, Lin;Ng, Charles W.W.
Structural Engineering and Mechanics
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제48권3호
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pp.367-382
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2013
Different types of long slender pile shall buckle with weak soil and liquefied stratum surrounded. Different from considering single side earth pressure, it was suggested that the lateral earth pressure can be divided into two categories while buckling: the earth pressure that prevent and promotes the lateral movement. Active and passive earth pressure calculation model was proposed supposing earth pressure changed linearly with displacement considering overlying load, shaft resistance, earth pressure at both sides of the pile. Critical buckling load calculation method was proposed based on the principle of minimum potential energy quoting the earth pressure calculation model. The calculation result was contrasted with the field test result of small diameter TC pile (Plastic Tube Cast-in-place pile). The fix form could be fixed-hinged in the actual calculation assuring the accuracy and certain safety factor. The contributions of pile fix form depend on the pile length for the same geological conditions. There exists critical friction value in specific geological conditions that the side friction has larger impact on the critical buckling load while it is less than the value and has less impact with larger value. The buckling load was not simply changed linearly with friction. The buckling load decreases with increased limit active displacement and the load tend to be constant with larger active displacement value; the critical buckling load will be the same for different fix form for the small values.
Many transmission towers, high-rise buildings and bridges are constructed near steep slopes and are supported by large-diameter piles. These structures may be subjected to large lateral loads, such as violent winds and earthquakes. Widely used types of foundations for these structures are pier foundations, which have large-diameters with high stiffness. The behavior of a pier foundation subjected to lateral loads is similar to that of a short rigid pile because both elements seem to fail by rotation developing passive resistance on opposite faces above and below the rotation point, unlike the behavior of a long flexible pile. This paper describes the results of several numerical studies performed with a three-dimensional finite element method (FEM) of model tests of a laterally loaded short pile located near slopes, respectively. In this paper, the results of model tests of single piles and pile groups subjected to lateral loading, in homogeneous sand with 30$^{\circ}$ slopes and horizontal ground were analyzed by the 3-D FE analyses. The pile was assumed to be linearly elastic. The sand was assumed to have non-associative characteristics, following the MC-DP model. The failure criterion is governed by the Mohr-Coulomb equation and the plastic potential is given by the Drucker-Prager equation. The main purpose of this paper is the validation of the 3-D elasto-plastic FEM by comparisons with the experimental data.
Inclined piles are commonly used in civil engineering constructions where significant lateral resistance is required. Many researchers proved their positive performance on the seismic behavior of the supported structure and the piles themselves. However, most of these numerical studies were done within the framework of linear elastic or elastoplastic soil behavior, neglecting therefore the soil non-linearity at low and moderate soil strains which is questionable and could be misleading in dynamic analysis. The main objective of this study is to examine the influence of the pile inclination on the seismic performance of the soil-pile-structure system when both the linear elastic and the nonlinear soil models are employed. Based on the comparative responses, the adequacy of the soil's linear elastic behavior will be therefore evaluated. The analysis is conducted by generating a three-dimensional finite difference model, where a full interaction between the soil, structure, and inclined piles is considered. The numerical survey proved that the pile inclination can have a significant impact on the internal forces generated by seismic activity, specifically on the bending moment and shear forces. The main disadvantages of using inclined piles in this system are the bending forces at the head and pile-to-head connection. It is crucial to account for soil nonlinearity to accurately assess the seismic response of the soil-pile-structure system.
Piles that support offshore wind turbine structures are dominantly subjected to cyclic lateral loads of wind, waves, and tidal forces. For a successful design, it is imperative to investigate the behavior of the cyclic laterally loaded piles; the p-y curve method, in which the pile and soil are characterized as an elastic beam and nonlinear springs, respectively, has been typically utilized. In this study, model pile tests were performed in a 1 g gravitational field so as to investigate the p-y behaviors of cyclic laterally loaded piles installed in saturated dense silty sand. Test results showed that cyclic lateral loads gradually reduced the overall stiffness of the p-y curves (initial stiffness and ultimate soil reaction). This is because the cyclic lateral loads disturbed the surrounding soil, which led to the decrement of the soil resistance. The decrement effects of the overall stiffness of the p-y curves became more apparent as the magnitude of cyclic lateral load increased and approached the soil surface. From the test results, the cyclic p-y curve was developed using a p-y backbone curve method. Pseudo-static analysis was also performed with the developed cyclic p-y curve, confirming that it was able to properly predict the behaviors of cyclic laterally loaded pile installed in saturated dense silty sand.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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제34권4호
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pp.100-108
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2022
Three-dimensional FEM numerical analysis was performed to understand the behaviors of blocks and piles according to the horizontal load for the block breakwater combined with piles. The Modified Mohr-Coulomb model, the improved version of the Mohr-Coulomb model, was applied for the ground modeling. The cases when the pile is embedded only into the block, embedded to the riprap layer (H = 4.29 cm), and embedded to the ground down to 2H, 3H, and 4H were examined. The results of the laboratory model experiment and the numerical analysis showed similar horizontal resistance force-displacement behaviors. The pile showed rotational behavior up to the embedment depth of 1H~2H and bending behavior in the case of 3H~4H depth embedment. When the embedment depth of the pile is 3H or more, the pile shows a bending behavior, so it can be considered that the pile contributes significantly to the horizontal resistance of the block breakwater. The results of this study will be used for various numerical analyses for real-size structure design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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