Compressive axial behavior of the variable cross-section soft ground reinforced foundation is investigated from the field load test results at ${\bigcirc}{\bigcirc}$ construction site in Incheon city. Variable cross-section soft ground reinforced foundation is a type of partial-displacement pile formed by mixing bidding material with in situ soils to obtain a rigid and strong variable cross-section column in a relatively soft ground. The foundations are usually constructed as a group; however in this study, only single foundation was installed and tested under compressive axial load on foundation head. For the comparison of the variable cross-section soft ground reinforced foundation axial behavior, behavior of typical Pretensioned spun high strength concrete (PHC) pile constructed on a relatively soft ground near the surface was analyzed. It was concluded that variable cross-section soft ground reinforced foundation efficiently resists against axial load with sufficient stiffness and strength within a considerable range of axial load magnitude.
A three-dimensional approximate computer-based method, YSPR (Yonsei Piled Raft), was developed for analysis of behavior of piled raft foundations. The raft was modeled as a flat shell element having 6 degrees of freedom at each node and the pile was modeled as a beam-column element. The behaviors of pile head and soil were controlled by using $6{\times}6$ stiffness matrix. To model the non-linear behavior, the soil-structure interaction between soil and pile was modeled by using nonlinear load-transfer curves (t-z, q-z and p-y curves). Comparison with previous model and FEM analysis showed that YSPR gave similar load-displacement behaviors. Comparison with field measurement also indicated that YSPR gave a reasonable result. It was concluded that YSPR could be effectively used in analysis and design of piled raft foundations.
In this study, a series of 1 g shaking table model pile tests were carried out in saturated dense and loose sand to evaluate dynamic p-y curves for various conditions of flexural stiffness of a pile shaft, acceleration frequency and acceleration amplitude for input loads. Dynamic p-y backbone curve which can be applied to pseudo static analysis for saturated dense sand was proposed as a hyperbolic function by connecting the peak points of the experimental p-y curves, which corresponded to maximum soil resistances. In order to represent the backbone curve numerically, empirical equations were developed for the initial stiffness ($k_{ini}$) and the ultimate capacity ($p_u$) of soils as a function of a friction angle and a confining stress. The applicability of a p-y backbone curve was evaluated based on the centrifuge test results of other researchers cited in literature, and this suggested backbone curve was also compared with the currently available p-y curves. And also, the scaling factor ($S_F$) to account for the degradation of soil resistance according to the excess pore pressure was developed from the results of saturated loose sand.
Abed, Younes;Bouzid, Djillali Amar;Bhattacharya, Subhamoy;Aissa, Mohammed H.
Earthquakes and Structures
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v.10
no.5
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pp.1143-1179
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2016
Offshore wind turbines are considered as a fundamental part to develop substantial, alternative energy sources. In this highly flexible structures, monopiles are usually used as support foundations. Since the monopiles are large diameter (3.5 to 7 m) deep foundations, they result in extremely stiff short monopiles where the slenderness (length to diameter) may range between 5 and 10. Consequently, their elastic deformation patterns under lateral loading differ from those of small diameter monopiles usually employed for supporting structures in offshore oil and gas industry. For this reason, design recommendations (API and DNV) are not appropriate for designing foundations for offshore wind turbine structures as they have been established on the basis of full-scale load tests on long, slender and flexible piles. Furthermore, as these facilities are very sensitive to rotations and dynamic changes in the soil-pile system, the accurate prediction of monopile head displacement and rotation constitutes a design criterion of paramount importance. In this paper, the Fourier Series Aided Finite Element Method (FSAFEM) is employed for the determination of static impedance functions of monopiles for OWT subjected to horizontal force and/or to an overturning moment, where a non-homogeneous soil profile has been considered. On the basis of an extensive parametric study, and in order to address the problem of head stiffness of short monopiles, approximate analytical formulae are obtained for lateral stiffness $K_L$, rotational stiffness $K_R$ and cross coupling stiffness $K_{LR}$ for both rough and smooth interfaces. Theses expressions which depend only on the values of the monopile slenderness $L/D_p$ rather than the relative soil/monopile rigidity $E_p/E_s$ usually found in the offshore platforms designing codes (DNV code for example) have been incorporated in the expressions of the OWT natural frequency of four wind farm sites. Excellent agreement has been found between the computed and the measured natural frequencies.
The lateral bearing characteristics of large diameter drilled shaft depend greatly on the stiffness of the pile, horizontal subgrade reaction of adjacent ground. In particular, the empirical evaluation results of the horizontal subgrade reaction coefficient which are widely used in pile design are very important factors in evaluating the lateral bearing capacity of drilled shaft because the difference in bearing capacity depends on the estimated result. Nevertheless, the evaluation of the horizontal subgrade reaction coefficient on the large diameter drilled shaft is insufficient. In addition, although the range of influence and the location of the maximum moment which is the weaken zone on the pile may be correlated and relationship of these are major consideration in determining the reinforced zone of drilled shaft, the previous studies have not been evaluated it. In this study, the field test and nonlinear analysis of large diameter drilled shaft were performed to evaluate the horizontal subgrade reaction coefficient and to investigate the relationship between the influence range 1/β of the pile and the location of the maximum moment zm. In the result, the lateral bearing capacity of drilled shaft showed a difference in results by about 190% according to the empirical equation on the horizontal subgrade reaction coefficient. And the relationship between the influence range of the pile and the location of the maximum moment was evaluated as a linear relationship depending on the soil density.
Han, Sun-Jin;Lee, Jungmin;Kim, Min-Seok;Kim, Jae-Hyun;Kim, Kang Su;Oh, Young-Hun
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.3
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pp.77-84
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2021
In this study, flexural tests of prestressed high strength spun concrete (PHC) piles reinforced with infilled concrete and longitudinal rebars were conducted, where the longitudinal rebar ratio and the presence of sludge formed on the inner surface of PHC pile were set as key test variables. A total of six PHC pile specimens were manufactured, and their flexural behaviors including failure mode, crack pattern, longitudinal strain distribution in a section and end slip between external PHC pile and infilled concrete were measured and discussed in detail. The test results revealed that the flexural stiffness and strength increased as the longitudinal rebar ratio became larger, and that the sludge formed on the inner surface of PHC pile did not show any detrimental effect on the flexural performance. In addition to the experimental approach, this study presents a nonlinear flexural analysis model considering compatibility conditions and strain and stress distributions of the PHC piles and infilled concrete. The rationality of the nonlinear flexural analysis model was verified by comparing it with test results, and it appeared that the proposed model well evaluated the flexural behavior of PHC piles reinforced with infilled concrete and longitudinal rebars with a good accuracy.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.6
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pp.789-799
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2019
The settlement hardly occurs in structures supported by pile foundation such as abutment, culvert but a cavity is formed in the lower part of a structure. As a result, soil discharged from the lateral ground to the cavity accelerates the settlement of the lateral ground of the structure, resulting in a larger settlement. Therefore, in order to prevent problems caused by cavity under the structure supported by pile foundation, soil Flow Protector (briefly called 'FLP'), which can be easily installed on the side of structure, was developed. In this study, an laboratory model test was carried out to prove the reduction effect of settlement and to estimate the optimal installation length of the FLP. As a result, the installation of the FLP reduced the settlement of the lateral ground and prevented the leakage of lateral ground soil into the cavity. If the stiffness of the FLP is small, the state or active earth pressure is generated in the upper part, which is not favorable for stability. But if the stiffness of the FLP is high enough, the passive earth pressure area is generated in the upper part, which will be advantageous for the stability. Also, the increased installation length of FLP is effective to reduce the settlement. And the ratio of the optimal length of the FLP to the box structure height (H = 250 mm) are flexible FLP 1.38, stiff FLP 0.73.
This paper presents the simplified but more rational analysis method for the prediction of additional internal forces induced in integral abutment bridges. These internal forces depend upon the degree of restraint provided tc the deck by the backfill soil adjacent to the abutments and piles. In addition, effect of the relative flexural stiffness ratio among pile foundations, abutment, and superstructure on the structural behavior is also an important factor. The first part of the paper develops the stiffness matrices, written in terms of the soil stiffness, for the lateral and rotational restraints provided by the backfill soil adjacent to the abutment. The finite difference analysis is conducted and it is confirmed that the results are agreed well with the predictions obtained by the proposed method. The simplified spring model is used in the parametric study on the behavior of simple span and multi-span continuous integral abutment PSC beam bridges in which the abutment height and the flexural rigidity of piles are varied. These results are compared with those obtained by loading Rankine passive earth pressure according to the conventional method. From the results of parametric study, it was shown that the abutment height, the relative flexural rigidity of superstructure and piles, and the earth pressure induced by temperature change greatly affect the overall structural response of the bridge system. It may be possible to obtain more rational and economical designs for integral abutment bridges by the proposed method.
Byung-Il Kim;Jong-Ku Lee;Kyoung-Tae Kim;Kang-Han Hong;Sang-Jae Han
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.22
no.1
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pp.53-66
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2023
In this study, the results of the elasto-plastic beam analysis, finite element analysis and optimization design of the steel pipe sheet pile applied as an earth retaining wall under the deep excavation were presented. Through this study, it was found that the high-strength and sea resistant steel pipe has high allowable stress, excellent structural properties, favorable corrosion, and high utilization as an earth retaining wall, and the C-Y type joint has significantly improved the tensile strength and stiffness compared to the traditional P-P type. In addition, it was investigated that even if the leak or defect of the wall occurs during construction, it has the advantage of being able to be repaired reliably through welding and overlapping. In the case of steel pipe wall, they were evaluated as the best in views of the deep excavation due to the large allowable bending stress and deformation flexibility for the same horizontal displacement than CIP or slurry wall. Elasto-plastic and finite element analysis were conducted in consideration of ground excavation under large-scale earth pressure (uneven pressure), and the results were compared with each other. Quantitative maximum value were found to be similar between the two methods for each item, such as excavation behavior, wall displacement, or member force, and both analysis method were found to be applicable in design for steel pipe sheet pile wall. Finally, it was found that economical design was possible when determining the thinnest filling method with concrete rather than the thickest hollow shape in the same diameter, and the depth (the embedded length through normality evaluation) without rapidly change in displacement and member force.
Ductility of open piled wharves under reversed cyclic loads has been investigated. Experimental testing of five wharf models having a scale of about 1:4 was conducted under the application of horizontal reversed cyclic loading. The experiments were designed to focus on the horizontal ultimate load, ductility and failure mode of the considered wharf models. Nonlinear numerical analyses using the finite element method were also performed on numerical models representing the experimentally tested wharves. The results of the experimental tests showed that open piled wharves possessed favourable ductile behaviour and that their load bearing capacity did not depreciate until a ductility factor of 3 to 4 was reached. The numerical analysis showed that the relative rotation that took place at the joints between the steel piles and the R.C. beam was responsible for a considerable portion of the total horizontal deformation of the wharves. Therefore, it was concluded that introducing the joint stiffness in calculating the deformations of open piled wharves was important to achieve reasonable accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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