• Geomechanics and Engineering
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• 제36권2호
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• pp.167-181
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• 2024

The soil-structure relative stiffness is a key factor affecting the seismic response of underground structures. It is of great significance to study the soil-structure relative stiffness for the soil-structure interaction and the seismic disaster reduction of subway stations. In this paper, the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of an inhomogeneous soft soil site under different buried depths which were obtained by a one-dimensional equivalent linearization site response analysis were used as the input parameters in a 2D finite element model. A visco-elasto-plastic constitutive model based on the Mohr-Coulomb shear failure criterion combined with stiffness degradation was used to describe the plastic behavior of soil. The damage plasticity model was used to simulate the plastic behavior of concrete. The horizontal and vertical relative stiffness ratios of soil and structure were defined to study the influence of relative stiffness on the seismic response of subway stations in inhomogeneous soft soil. It is found that the compression damage to the middle columns of a subway station with a higher relative stiffness ratio is more serious while the tensile damage is slighter under the same earthquake motion. The relative stiffness has a significant influence on ground surface deformation, ground acceleration, and station structure deformation. However, the effect of the relative stiffness on the deformation of the bottom slab of the subway station is small. The research results can provide a reference for seismic fortification of subway stations in the soft soil area.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제55권1호
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• pp.161-189
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• 2015

Soil-pile raft-structure interaction is recognized as a significant phenomenon which influences the seismic behaviour of structures. Soil structure interaction (SSI) has been extensively used to analyze the response of superstructure and piled raft through various modelling and analysis techniques. Major drawback of previous study is that overall interaction among entire soil-pile raft-superstructure system considering highlighting the change in design forces of various components in structure has not been explicitly addressed. A recent study addressed this issue in a broad sense, exhibiting the possibility of increase in pile shear due to SSI. However, in this context, relative stiffness of raft and that of pile with respect to soil and length of pile plays an important role in regulating this effect. In this paper, effect of relative stiffness of piled raft and soil along with other parameters is studied using a simplified model incorporating pile-soil raft and superstructure interaction in very soft, soft and moderately stiff soil. It is observed that pile head shear may significantly increase if the relative stiffness of raft and pile increases and furthermore stiffer pile group has a stronger effect. Outcome of this study may provide insight towards the rational seismic design of piles.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제2권4호
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• pp.15-27
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• 2001

본 연구에서는 유한요소해석을 통해 파형강판 암거의 단면력(압축력, 휨모멘트) 계산식을 제안하였다. 3단계의 시공과정(정점부까지의 뒷채움, 토피고까지의 뒷채움, 활하중 재하)에 대해 지반-구조물 상호작용을 고려한 거동분석으로부터 최대 압축력 및 최대 휨모멘트 발생조건을 도출하였고, 이러한 거동분석 결과와 반원 아치구조에 대한 Castigliano 제2정리의 적용으로부터 단면력식의 형태를 제안하였다. 또한, 최대 압축력 및 최대 휨모멘트를 유발하는 조건하에서 다양한 기하형태와 지반-구조물의 상대강성을 고려한 유한요소해석 결과로부터 제안된 단면력식을 구성하는 계수를 결정하였다.

• Earthquakes and Structures
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• 제20권1호
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• pp.87-96
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• 2021

Ground motions recorded in near-fault sites, where the rupture propagates toward the site, are significantly different from those observed in far-fault regions. In this research, finite element modeling is used to investigate the effect of pile cap stiffness on the seismic response of soil-pile-structure systems under near-fault ground motions. The Von Wolffersdorff hypoplastic model with the intergranular strain concept is applied for modeling of granular soil (sand) and the behavior of structure is considered to be non-linear. Eight fault-normal near-field ground motion records, recorded on rock, are applied to the model. The numerical method developed is verified by comparing the results with an experimental test (shaking table test) for a soil-pile-structure system. The results, obtained from finite element modeling under near-fault ground motions, show that when the value of cap stiffness increases, the drift ratio of the structure decreases, whereas the pile relative displacement increases. Also, the residual deformations in the piles are due to the non-linear behavior of soil around the piles.

• 콘크리트학회논문집
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• 제15권5호
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• pp.759-767
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• 2003

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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권5호
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• pp.81-98
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• 1999

도심지 터널 건설에 있어서 중요한 고려 사항중 하나가 지상 건물에 대한 터널 굴착의 영향을 평가하는 문제이다. 일반적으로 터널 굴착에 의한 지표침하로 인접구조물이 영향을 받기도 하지만 기존 인접구조물이 터널 굴착에 따른 지표침하에 영향을 미치기도 한다. 이러한 터널 굴착에 의한 기존 인접구조물의 침하억제 효과와 구조물 손상 평가인자의 감소효과를 규명하기 위해서 3차원 탄소성 유한요소해석을 수행하였다. 또한, 본 연구에서는 터널 굴착에 기인한 지반침하가 인접구조물에 미치는 영향과 인접구조물이 지표침하에 미치는 영향을 규명하기 위해서 총 162개의 2차원 탄소성 유한요소 모델을 설정하고, 매개변수 변환연구를 수행하였다. 본 연구에서는 구조물의 폭과 구조물의 축강성 및 휨강성, 구조물의 위치, 터널 심도 등을 고려하였다. 그리고, 구조물과 지반침하의 상호작용을 표현하기 위해서 구조물의 손상평가 인자인 뒤틈각(angular distortion), 처짐비(deflection ratio), 건물의 최대침하량, 부등침하량 및 수평변형률 등의 변화를 관찰하였다. 한편, 지반의 강성과 구조물의 축, 휨강성을 대표할 수 있는 상대 강성비를 도입함으로써 터널 설계자가 활용할 수 있는 도표를 제시하였고, 구조물을 고려하지 않은 상태에서의 greenfield 지표침하 트라프를 수정할 수 있는 보정계수(modification factor) 개념을 도입하였다. 본 연구에서는 구조물과 지표침하와의 상호 간섭효과에 의한 지표침하의 억제와 인접구조물 손상평가 인자들의 감소효과를 고려할 수 있도록 하기 위해서 설계 단계에서 보정계수를 활용한 인접구조물의 합리적인 손상평가방법을 제안하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권9호
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• pp.33-40
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• 2023

지진 시 상부구조물을 지지하는 말뚝기초에 가해지는 수평 하중은 상부구조물의 관성력과 지반의 운동력으로 구분된다. 상부구조물의 관성력과 지반의 운동력은 서로 다른 복잡한 메커니즘을 통해 말뚝기초에 피해를 입힐 수 있기 때문에 지반-말뚝-구조물의 상호작용을 적절히 예측하고 평가하는 것이 말뚝기초의 안전한 내진설계를 위해 필요하다. 지반-말뚝-구조물의 상호작용은 구조물의 동적특성, 말뚝의 길이, 두부 경계조건 및 지반의 상대밀도에 영향을 받는다. 지반의 상대밀도가 달라지면 그에 따른 구속압 및 지반 강성이 변화하며 결과적으로 지반반력계수도 각 시스템에 따라 달라지게 된다. 말뚝기초의 수평방향 지지거동 및 극한 지지력은 수평방향 하중조건 및 모래지반의 상대밀도에 따라 다르게 나타난다. 이에 본 연구에서는 건조된 모래지반의 상대밀도가 상부구조물을 지지하는 무리말뚝의 동적거동에 미치는 영향을 확인하기 위해 1g 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과 상대밀도가 증가함에 따라 상부구조물의 가속도는 증가하고 말뚝캡의 가속도는 감소하는 것으로 확인되었으며, 말뚝의 p-y 곡선의 기울기는 감소하는 것으로 확인되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제5권1호
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• pp.123-132
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• 1985

기초지반(基礎地盤)의 유연성(柔軟性)은 구조물의 지진응답(地震應答)에 지대한 영향(影響)을 미치게 된다. 본 연구(硏究)에서는 지반(地盤)에 대한 상부구조물(上部構造物)의 상대강도(相對剛度)가 지반(地盤)-구조물(構造物) 상호작용(相互作用)에 미치는 영향을 분석하였다. 해석(解析)모델로서는 기초(基礎)슬래브의 형태와 규격은 동일하지만 상부구조(上部構造)의 강성(剛性)이 상대적으로 큰 전단벽구조(剪斷壁構造)와 강성(剛性)이 작은 뼈대 구조(構造)로 된 건물에 대하여 지반과 연계(連繫)된 집중질량(集中質量)모델을 작성하였으며, 운동방정식(運動方程式)의 해석을 위해서는 Roesset의 모드감쇠(減衰)(Modal Damping)를 이용하는 모드중첩법(重疊法)을 사용하였다. 연구결과(硏究結果), 전단벽구조물(剪斷壁構造物)의 경우 대부분의 지반조건에 대하여 지반(地盤)-구조물(構造物) 상호작용(相互作用)의 영향이 현저하게 나타나는 반면 뼈대구조물(構造物)의 경우 유연성지반(柔軟性地盤)을 제외하고는 지반(地盤)-구조물(構造物) 상호작용(相互作用)의 영향이 공학적(工學的)으로 무시될 수 있음을 확인하였다. 또 지반(地盤)-구조물(構造物) 상호작용(相互作用)의 영향이 증가(增加)할수록 구조물 상부(上部)에서의 지진응답(地震應答)이 감소(減少)하는 반면 구조물 하부(下部)에서의 지진응답(地震應答)은 오히려 증가(增加)한다는 사실을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권11호
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• pp.29-47
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• 2013

본 연구에서는 항만구조물 기초지반에 소일-시멘트 파일을 이용한 말뚝식 지반개량을 적용한 90개 단면에 대해 안정검토를 수행하였고, 수치해석을 포함한 모든 항목에서 안정한 단면별 최소치환율을 결정하였으며, 원심모형실험을 통해 수치해석 결과의 신뢰성을 검증하였다. 연구결과, 기초지반이 매우 연약($s_u$ =15kPa이하)한 경우에는 말뚝식 지반개량이 부적합하고, 항만구조물의 말뚝식 지반개량에는 기초지반과 개량체의 강성비(n)가 최대 50~75이하이고 개량체 강도가 2~3MPa인 소일-시멘트 파일공법이 가장 적합하며, 최소치환율 지배인자가 허용수평변위이므로 말뚝식 지반개량을 설계할 때는 반드시 수평변위를 검토해야 하는 것으로 나타났다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제32권3호
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• pp.335-346
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• 2023

For structures with underground basement walls, the soil-structure-interaction between the side soil and the walls affects the response of the system. There is interest in quantifying the relationship between the lateral earth pressure and the wall displacement using p-y curves. To date, passive p-y curves in available limited studies were assumed elastic-perfectly plastic. In reality, the relationship between earth pressure and wall displacement is complex. This paper focuses on studying the development of passive p-y curves behind rigid walls supporting granular soils. The study aims at identifying the different components of the passive p-y relationship and proposing a rigorous non-linear p-y model in place of simplified elastic-plastic models. The results of the study show that (1) the p-y relationship that models the stress-displacement response behind a rigid basement wall is highly non-linear, (2) passive p-y curves are affected by the height of the wall, relative density, and depth below the ground surface, and (3) passive p-y curves can be expressed using a truncated hyperbolic model that is defined by a limit state passive pressure that is determined using available logarithmic spiral methods and an initial slope that is expressed using a depth-dependent soil stiffness model.