Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.3
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pp.543-560
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2018
With the increased development in downtown underground space facilities that vertically cross under a railway at a shallow depth, the demand for non-open cut method is increasing. However, most construction sites still adopt the pipe roof method, where medium and large diameter steel pipes are pressed in to form a roof, enabling excavation of the inside space. Among the many factors that influence the loosening region and loads that occur while pressing in steel pipes, the size of the pipe has the largest impact, and this factor may correspond to the magnitude of load applied to the underground structure inside the steel pipe roof. The super equilibrium method (SEM) has been developed to minimize ground disturbance and loosening load, and uses small diameter pipes of approximately 114 mm instead of conventional medium and large diameter pipes. This small diameter steel pipe is called an SEM pile. After SEM piles are pressed in and the grouting reinforcement is constructed, a crossing structure is pressed in by using a hydraulic jack without ground subsidence or heaving. The SEM pile, which plays the role of timbering, is a fore-poling pile of approximately 5 m length that prevents ground collapse and supports surface load during excavation of toe part. The loosening region should be adequately calculated to estimate the spacing and construction length of the piles and stiffness of members. In this paper, we conducted a comparative analysis of calculations of loosening load that occurs during the press-in of SEM pile to obtain an optimal design of SEM. We analyzed the influence of factors in main theoretical and empirical formulas applied for calculating loosening regions, and carried out FEM analysis to see an appropriate loosening load to the SEM pile. In order to estimate the soil loosening caused by actual SEM-pile indentation and excavation, a steel pipe indentation reduction model test was conducted. Soil subsidence and soil loosening were investigated quantitatively according to soil/steel pipe (H/D).
Woo, Kwang S.;Lee, Dong W.;Yang, Seung H.;Ahn, Jae S.
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.5
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pp.1101-1111
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2018
This study aims to present accurate soil modeling and validation of a single roadside guardrail post as well as a single concrete pile installed near cut slopes or compacted sloping embankment. The conventional Winkler's elastic spring model and p-y curve approach for horizontal ground cannot directly be applied to sloping ground where ultimate soil resistance is significantly dependent on ground inclination. In this study, both grid-based 3-D FE model and particle-based SPH (smoothed particle hydrodynamics) model available in LS-DYNA have been adopted to predict the static behavior of a laterally loaded guardrail post. The SPH model has potential to eliminate any artificial soil stiffness due to the deterioration of the node-connected Lagrangian soil mesh. For this purpose, this study comprises two parts. Firstly, only 3-D FE modeling has been tested to show the numerical validity for a single concrete pile in sloping ground using Mohr-Coulomb material. However, this material option cannot be implemented for SPH elements. Nevertheless, Mohr-Coulomb model has been used since this material model requires six input soil data that can be obtained from the comparative papers in literatures. Secondly, this work is extended to compute the lateral resistance of a guardrail post located near the slope using the hybrid approach that combines Lagrange FE elements and SPH elements by the suitable node-merging option provided by LS-DYNA. For this analysis, the FHWA soil material developed for application to road-base soils has been used and also allows the application of SPH element.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.2
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pp.20-28
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2010
In this paper, new type CFFT (Concrete Filled FRP Tube) was suggested in order to improve the flexural stiffness. Since the existing CFFT was produced by filament winding process, re-bar for concrete may be necessary in order to ensure structural safety under flexure re-bar. In comparison with existing type CFFT, new type CFFT was reinforced by circular shaped pultrusion FRP without re-bar. Filament winding FRP was attached to the outer layer of pultrusion FRP. Structural behavior of new type CFFT filled with concrete (HCFFT) was investigated by the mechanical property test for the component element and the FE analysis. Furthermore, compressive strength of the HCFFT member based on the equation suggested in previous studies.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.4
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pp.245-253
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2020
In this study, natural frequencies are compared using several pile-soil interaction (PSI) models to evaluate the effects of each model on resonance safety checks for a monopile type of wind turbine structure. Base spring, distributed spring, and three-dimensional brick-shell models represented the PSIs in the finite element model. To analyze the effects of the PSI models on a natural frequency, after a stiffness matrix calculation and Winkler-based beam model for base spring and distributed spring models were presented, respectively; natural frequencies from these models were investigated for monopiles with different geometries and soil properties. These results were compared with those from the brick-shell model. The results show that differences in the first natural frequency of the monopiles from each model are small when the small diameter of monopile penetrates hard soil and rock, while the distributed spring model can over-estimate the natural frequency for large monopiles installed in weak soil. Thus, an appropriate PSI model for natural frequency analyses should be adopted by considering soil conditions and structure scale.
A new design technique is presented to stabilize cut slopes in cohesive soils by use of piles. The design method can consider systematically factors such as the gradient and height of slope, the number and position of pile's rows, the interval and stiffness of piles, etc. The design method is established on the basis of the stability analysis of slope with rows of piles. The basic concept applied in the stability analysis is that the soil across the open space between piles can be retained by the arching action of the soil, when a row of piles is installed in soil undergoing lateral movement such as landslides. To obtain the whole stability of slope containing piles, two kinds of analyses for the pile-stability and the slope- stability must be performed simultaneously. An instrumentation system has been installed at a cut slope in cohesive soil, which has been designed according to the presented design process. The behavior of both the piles and the soil across the open space between piles is observed precisely. The result of instrumentation shows that the cut slope has been stabilized by the contribution of stabilizing effect of piles on the slope stability in cohesive soil.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.5
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pp.438-447
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2018
For a fixed jacket type offshore structure directly supported by the seabed, the structural behavior of offshore structure depends on the soil properties. Soil properties affect on the stiffness of the piles and the boundary condition in the structural analysis. The structural analysis is performed using PSI (Pile-Soil Interaction) suggested in the code and design rule. PSI analysis of the jacket structure is carried out after various soil types are selected according to the soil properties like internal friction angle, undrained shear strength, unit weight and so on. Three types of soil are selected by varying strength for a clay and sand, respectively. The structural analysis of the jacket structure is performed using these soils. The results about axial and lateral reaction force and the stress and displacement on the structure are compared. As a results, the structural response is smaller as the soil becomes more stiff. In conclusion, it is confirmed that the structural response of fixed jacket type offshore platform supported by seabed is sensitive to the change of soil properties.
Cofferdams made of teel sheet piles are commonly utilized as support structures for excavation of sea-crossing bridge foundations. As cofferdams are often subject to tide variation, it is imperative to consider potential effects of tide on stability and serviceability of sheet piles, particularly, ultralong steel sheet piles (USSPs). In this study, a real USSP cofferdam constructed using new construction technology in Nanxi River was reported. The design of key parts of USSP cofferdam in the presence of tidal action was first introduced followed by the description of entire construction technology and associated monitoring results. Subsequently, a three-dimensional finite-element model corresponding to all construction steps was established to back-analyze measured deflection of USSPs. Finally, a series of parametric studies was carried out to investigate effects of tide level, soil parameters, support stiffness and construction sequence on lateral deflection of USSPs. Monitoring results indicate that the maximum deflection during construction occurred near the riverbed. In addition, measured stress of USSPs showed that stability of USSP cofferdam strengthened as construction stages proceeded. Moreover, the numerical back-analysis demonstrated that the USSP cofferdam fulfilled the safety requirements for construction under tidal action. The maximum deflection of USSPs subject to high tide was only 13.57 mm at a depth of -4 m. Sensitivity analyses results showed that the design of USSP cofferdam system must be further improved for construction in cohesionless soils. Furthermore, the 5th strut level before concreting played an indispensable role in controlling lateral deflection of USSPs. It was also observed that pumping out water before concreting base slab could greatly simplify and benefit construction program. On the other hand, the simplification in construction procedures could induce seepage inside the cofferdam, which additionally increased the deflection of USSPs by 10 mm on average.
In this study, we investigated the reinforcing effects of waveform micropiles in a stratigraphic setting comprising buried soil, weathered soil, and weathered rock. We conducted a series of field load tests and determined that waveform micropiles exhibited sufficient bearing capacity through frictional resistance in the soil layer and demonstrated favorable constructability in conditions with deep bedrock layers. Moreover, the vertical stiffness of waveform micropiles was approximately 2.2 times higher than that of conventional micropiles when subjected to the same design load. Pile group load tests comprising conventional and waveform micropiles showed that micropiles with higher stiffness carried a greater proportion of the load. Although there was no significant difference in the bearing capacity between conventional and waveform micropiles under the same design load, waveform micropiles with higher stiffness showed a load-carrying capacity 1.7 to 3.2 times greater than that of conventional micropiles. These findings suggest that waveform micropiles can be effectively used for foundation reinforcement and reduce the risk of foundation failure when increased loads due to modifications such as expansion remodeling are expected.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.2
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pp.11-18
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1985
A row of bored piles has been used in several excavation works to retain the earth. This excavation bracing system has much effect on low-vibration and low-noise during construction. The system is also effective to provide protection to the adjacent existing ground and structures. For the purpose of establishment of a logical design method for the bored piles, first, a theoretical equation to estimate the resistance of piles is derived. Because arching action of soils between piles is considered in the equation, the characteristics of soils and the installation condition of piles would be considered logically from the beginning. Then a method is investigated to decide the interval ratio of piles. According to the method, the interval between piles can be decided from the information of the Peck's stability number, the coefficient of lateral earth pressure and the internal friction angle of soil. Finally, a design method is presented for the bored piles used for excavation work. In the presented design method, such factors as depth of excavation, pile diameter, interval between piles, pile length below bottom of excavation and pile stiffness, can be selected systematically.
The Grout injected precast pile is widely used in rapid-transit railway bridge recently. The existing portland cement of well used filling at injected precast method that with low strength and environmental pollution, unstable in which ground water contamination by cement flow out, ground relaxation by water down, decrease of horizontality resistance and durability and load transfer divide etc. In particular, as in rapid-transit railway bridge need to secure safety from different angle with vibration of high speed train, horizontal force when train stop and earthquake. Works of foundation construction consider to requirements of the times to coal yard green growth. Together, new green foundation method for possible economics and securing of reduce the term of works are material to developments. Therefore, we carried out study that it is using and development new concept environment - friendly filling include durability and earthquake resistance, for secure safety and minimize environment pollution. To achieve this, we carried out difference tests that new green fillings of underwater concrete, high liquidity, high viscosity, early stiffness as compared to existing portland cement fillings. As results, new green filling have outstanding application at precast pile method and micropile construction method with vertical bearing capacity, horizontal bearing capacity and many case. From now on we will be looking forward to development of new environment-friendly foundation method from various further studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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