• Interaction and multiscale mechanics
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• 제4권4호
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• pp.321-336
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• 2011

This paper presents the results of static vertical load tests carried out on a model building frame supported by pile groups embedded in cohesionless soil (sand). The effect of soil interaction on displacements and rotation at the column base and also the shears and bending moments in the columns of the building frame were investigated. The experimental results have been compared with those obtained from the finite element analysis and conventional method of analysis. Soil nonlinearity in the lateral direction is characterized by the p-y curves and in the axial direction by nonlinear vertical springs along the length of the piles (${\tau}-z$ curves) at their tips (Q-z curves). The results reveal that the conventional method gives the shear force in the column by about 40-60%, the bending moment at the column top about 20-30% and at the column base about 75-100% more than those from the experimental results. The response of the frame from the experimental results is in good agreement with that obtained by the nonlinear finite element analysis.

• Geomechanics and Engineering
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• 제17권3호
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• pp.287-294
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• 2019

The finite element method (FEM) is widely used to evaluate the seismic performance of pile-supported buildings. However, there are problems associated with modeling the pile end resistance using the FEM, such as the dependence on the mesh size. This paper proposes a new method of modeling around the pile tip to avoid the mesh size effect in two-dimensional (2D) analyses. Specifically, we consider the area of influence around the pile tip as an artificial constraint on the behavior of the soil. We explain the problems with existing methods of modeling the pile tip. We then conduct a three-dimensional (3D) analysis of a pile in various soil conditions to evaluate the area of influence of the soil around the pile tip. The analysis results show that the normalized area of influence extends approximately 2.5 times the diameter of the pile below the pile tip. Finally, we propose a new method for modeling pile foundations with artificial constraints on the nodal points within the area of influence. The proposed model is expected to be useful in the practical seismic design of pile-supported buildings via a 2D analysis.

• Geomechanics and Engineering
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• 제30권6호
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• pp.579-586
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• 2022

Pile-supported structures are installed on saturated sloping grounds, where the ground stiffness may decrease due to liquefaction during earthquakes. Thus, it is important to consider saturated sloping ground and pile interactions. In this study, we conduct a centrifuge test of a pile-supported structure, and analyze the p-y_p loops, p-y_p loops provide the correlation between the lateral pile deflection (y_p) and lateral soil resistance (p). In the dry sand model (UV67), the p-y_p loops stiffness increased as ground depth increased, and the p-y_p loops stiffness was larger by approximately three times when the pile moved to the upslope direction, compared with when it moved to the downslope direction. In contrast, no significant difference was observed in the stiffness with the ground depth and pile moving direction in the saturated sand model (SV69). Furthermore, we identify the unstable zone based on the result of the lateral soil resistance (p). In the case of the SV69 model, the maximum depth of the unstable zone is five times larger than that of the dry sand model, and it was found that the saturated sand model was affected significantly by kinematic forces due to slope failure.

• 한국지진공학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.311-322
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• 2018

As a method of seismic-design for pile-supported wharves, equivalent static analysis, response spectrum analysis, and time history analysis method are applied. Among them, the response spectrum analysis is widely used to obtain the maximum response of a structure. Because the ground is not modeled in the response spectrum analysis of pile-supported wharves, the amplified input ground acceleration should be calculated by ground classification or seismic response analysis. However, it is difficult to calculate the input ground acceleration through ground classification because the pile-supported wharf is build on inclined ground, the methods to calculate the input ground acceleration proposed in the standards are different. Therefore, in this study, the dynamic centrifuge model tests and the response spectrum analysis were carried out to calculate the appropriate input ground acceleration. The pile moment in response spectrum analysis and the dynamic centrifuge model tests were compared. As a result of comparison, it was shown that the response spectrum analysis results using the amplified acceleration in the ground surface were appropriate.

• Geomechanics and Engineering
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• 제33권4호
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• pp.415-425
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• 2023

Pile-supported wharves, port structures that support the upper deck, are installed on sloping ground. The sloping ground should be covered with a rubble mound or artificial blocks to protect the interior material from erosion caused by wave force. The behavior of the pile may vary during an earthquake if a rubble mound is installed on the slope. However, studies evaluating the effect of rubble mound on the pile during an earthquake are limited. Here, we performed dynamic centrifuge model tests to evaluate the dynamic behavior of piles installed in a slope reinforced with rubble mound. In the structure, some sections (single-pile, 2×2 group-pile) were selected for the experiment. The moment of the group-pile decreased by up to 26% upon installation of the rubble mound, whereas the moment of the single-pile increased by up to 41%, thus demonstrating conflicting results.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권12호
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• pp.57-71
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• 2021

잔교식 구조물은 상판을 말뚝 또는 기둥으로 지지하는 형식의 항만 구조물로서, 경사 말뚝을 설치하여 지진하중과 같은 수평하중을 부분적으로 축력으로 분담하도록 설계할 수 있다. 기준서에서는 잔교식 구조물 내진설계 시 예비 설계 방법으로 응답스펙트럼해석법을 활용하도록 설명하고 있으며, 응답스펙트럼 해석 시 말뚝을 가상고정점 방법 및 지반스프링 방법을 적용하여 모델링하도록 제시하고 있다. 최근 응답스펙트럼해석 시 구조물의 동적 응답을 적절히 모사하는 모델링 방법을 도출하기 위해 연직 말뚝으로 구성된 잔교식 구조물에 관한 몇몇 연구들이 수행되어 왔으나, 현재까지 경사말뚝이 적용된 잔교식 구조물에 대한 응답스펙트럼해석 관련 연구는 부족한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 경사말뚝이 설치된 잔교식 구조물의 모델링 방법에 따른 내진성능을 평가하기 위해 동적원심모형실험과 더불어 응답스펙트럼 해석을 수행하였다. 실험 및 해석을 비교한 결과, 경사말뚝이 설치된 잔교식 구조물의 경우 실제 응답을 적절히 모사하기 위해 Terzaghi(1955)가 제시한 수평지반반력상수를 활용하여 모델링을 수행하는 것이 적절한 것으로 나타났다.

• 한국건축시공학회지
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• 제9권5호
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• pp.95-101
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• 2009

최근 건축물의 고층화에 따라 양중 계획의 중요성이 증대되고 있다. 타워크레인은 중요한 양중 장비로서의 역할을 수행하고 있으나, 구조적 안전사고 발생 시 그 피해가 매우 크므로 철저한 안정성검토가 선행되어야 한다. 타워크레인은 구조적 안정성을 확보하기 위해 횡지지 보강과 독립기초 및 파일기초 설계 등 안정성확보에 대한 고려가 매우 중요하며, 그 중 현장의 특수한 상황으로 인해 지내력 확보가 곤란하거나 더 이상 기초 사이즈를 증가시킬 수 없을 때 파일기초를 사용한다. 파일기초를 사용할 경우 독립기초 사용 시 보다 더 많은 안정성 검토 항목을 고려 해야하므로 체계적이고 철저한 검토가 필요하다. 본 연구는 파일기초 설계 시 파일기초의 기본적인 안정성 확보 뿐 만 아니라 최소의 비용 발생을 위한 최적설계 알고리즘 개발이 목적이며, 파일기초를 사용하는 고정식 트롤리타입의 타워크레인으로 연구 범위를 제한하여 진행한다. 타워크레인 파일 기초의 안정성 검토 항목과 절차, 최적설계에 관한 연구 결과물을 토대로 관련 업무 담당자의 업무 효율성을 향상 시킬 수 있을 뿐 아니라 파일 기초 설계에 투입되는 시간 및 비용의 절감효과를 기대 할 수 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권12호
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• pp.73-87
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• 2021

잔교식 구조물은 선박을 안전하게 접안하여 화물을 송수신할 수 있는 구조물로서, 포화된 경사지반에 주로 설치된다. 이러한 잔교식 구조물의 내진설계 시 기준서에서는 예비 설계 방법으로 응답스펙트럼해석법을 활용하도록 제시하고 있으나, 현재 포화지반에 관입된 잔교식 구조물의 모델링 방법에 대한 지침은 부족한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 포화지반에 관입된 잔교식 구조물의 내진성능을 평가하기 위해 동적원심모형실험 및 응답스펙트럼해석을 수행하였다. 동적원심모형실험을 위해 잔교식 안벽 말뚝 중 일부 구간(3×3 군말뚝)을 선정하였으며, 지반 포화 여부에 따라 2가지 모델(건조, 포화)로 분류하였다. 이후 실험 모델에 지반 스프링 방법을 적용하여 응답스펙트럼해석을 수행하였다. 실험 및 해석을 비교한 결과, 건조지반 모델 및 액상화가 발생하지 않는 포화지반 모델의 경우 모멘트 차이가 최대 51% 이내로 발생하였으며, 깊이 별 모멘트를 적절히 모사하는 것으로 나타났다. 그러므로 본 모델의 경우 Terzaghi(1955)가 제시한 수평지반반력상수를 활용하여 모델링을 수행하는 것이 적절한 것으로 판단된다.

• Coupled systems mechanics
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• 제7권4호
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• pp.455-483
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• 2018

The study deals with physical modeling of a typical three storeyed building frame supported by a pile group of four piles ($2{\times}2$) embedded in cohesive soil mass using three dimensional finite element analysis. For the purpose of modeling, the elements such as beams, slabs and columns, of the superstructure frame; and that of the pile foundation such as pile and pile cap are descretized using twenty noded isoparametric continuum elements. The interface between the pile and the soil is idealized using sixteen node isoparametric surface element. The soil elements are modeled using eight nodes, nine nodes and twelve node continuum elements. The present study considers the linear elastic behaviour of the elements of superstructure and substructure (i.e., foundation). The soil is assumed to behave non-linear. The parametric study is carried out for studying the effect of soil- structure interaction on response of the frame on the premise of sub-structure approach. The frame is analyzed initially without considering the effect of the foundation (non-interaction analysis) and then, the pile foundation is evaluated independently to obtain the equivalent stiffness; and these values are used in the interaction analysis. The spacing between the piles in a group is varied to evaluate its effect on the interactive behaviour of frame in the context of two embedment depth ratios. The response of the frame included the horizontal displacement at the level of each storey, shear force in beams, axial force in columns along with the bending moments in beams and columns. The effect of the soil- structure interaction is observed to be significant for the configuration of the pile groups and in the context of non-linear behaviour of soil.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권9호
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• pp.5-17
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• 2022

최근, 잔교식 말뚝 구조물의 응답스펙트럼해석 시 지반-말뚝 상호작용을 모사하기 위해 가상고정점(virtual fixed point) 및 탄성지반스프링(elastic soil spring) 방법에 관한 몇몇 연구가 수행되어 왔다. 그러나, 가상고정점 방법 및 탄성지반스프링 방법의 경우 지진 가속도 크기에 따라 변하는 지반 스프링 강성을 적절히 고려할 수 없으며, 현재까지 이를 고려한 잔교식 말뚝 구조물의 응답스펙트럼해석에 관한 연구는 부족한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 지진 가속도 크기에 따라 변하는 지반 스프링 강성을 고려하여 응답스펙트럼해석을 수행하였으며, 기존에 제시된 가상고정점 및 탄성지반스프링 방법과의 비교를 통해 잔교식 말뚝 구조물의 동적 거동을 평가하였다. 실험 및 해석을 비교한 결과, 가상고정점 모델의 경우 모멘트 차이가 최대 117% 발생하였고, Terzaghi(1955) 탄성지반스프링 모델의 경우 모멘트 차이가 최대 21% 발생하였다. 반면, API(2000) p-y 곡선을 바탕으로 지진 가속도 크기에 따라 변하는 지반 스프링 강성을 고려하여 응답스펙트럼해석을 수행하는 경우 실험 및 해석의 모멘트 차이가 최대 4% 미만으로 도출되어 실험모델의 응답을 가장 적절히 모사하는 것으로 나타났다.