주행차량의 수평하중을 고려한 층 경계면의 인장변형률 영향계수 개발

서주원(Seo Joo Won),최준성(Choi Jun Seong),김수일(Kim Soo Il) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 D Vol.26 No.6D

본 연구에서는 실제 주행차량의 수평하중이 다양한 층 경계면 마찰계수 상태의 포장구조체에 미치는 영향을 고찰하기 위해 수평하중을 고려한 포장구조해석 모델링을 구축하였다. 기존 해석프로그램의 경계층 평가분석을 고찰하기 위하여 기존 다층탄성해석프로그램인 KENLAYER와 구축된 모델링을 이용한 상용 유한요소해석프로그램 ABAQUS 로부터 연직하중과 수평하중이 적용하는 경우 및 하중조합의 경우 포장체 거동을 비교분석하였다. 또한 각각의 하중상태하에서 경계층 상태에 따른 포장구조체의 공용성을 평가한 후, 연직하중과 수평하중이 동시에 가해지는 포장구조체의 경계면 상태에 따른 영향계수의 데이터베이스를 구축하였다. 기존의 주행차량의 연직하중만을 고려한 경우와 실제 주행차량의 수평하중과 연직 하중을 고려한 경우 포장구조체에 미치는 영향을 분석한 결과, 수평하중의 작용으로 인해 공용수명이 약 1/300로 감소하므로, 포장구조해석시 주행차량의 수평하중을 고려한 층 경계면 영향계수 개발이 필요함을 알 수 있었다. 또한 국내 고속도로의 대표단면을 이용하여 수치해석을 실시한 결과, 아스팔트층의 두께가 얇을수록, 또한 아스팔트층의 탄성계수가 작을수록 경계면 상태에 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 포장구조해석시 주행차량의 수평하중을 고려하기 위하여 포장구조체 공용수명에 영향을 미치는 아스팔트층의 두께, 탄성계수, 그리고 경계면 조건으로부터 아스팔트층 하부의 인장변형률을 결정하는 인장변형률 예측식을 제안하였고, 공용중인 포장구조체의 두께와 탄성계수를 이용하여 인장변형률 예측식을 해석적으로 검증하였다. 또한 제안된 예측식을 이용하여 아스팔트층과 보조기층 사이의 접합여부에 따른 인장변형률 영향계수를 개발하였다. Structural pavement analysis considering lateral loads of moving vehicle was carried out in order to simulate passing vehicle loads Linder various interface conditions. To verify of existing multi-layer elastic analysis of layer interface effect parameters, this study compared outputs by using ABAQUS, a three dimensional finite element program and KENLAYER, multi-layer elastic analysis as vertical load was applied to the surface of asphalt pavements. Pavement performance depending on interface conditions was quantitatively evaluated and fundamental study of layer interface effect parameters was performed in this study. As results of the study, if only vertical loads of moving vehicle is applied, subdivision of either fully bonded or fully un bonded is enough to indicate interface effect parameters. On the other hand, when lateral loads are applied with vertical loads, pavement behavior and performance are greatly changed with respect to layer interface conditions. The thinner thickness of the asphalt layer is and the smaller elastic moduli of the asphalt layer is, the more pavement behavior is influenced by interface conditions. In addition, regression analysis equation analytically computing tensile strain which was considered thicknesses and elastic moduli of the asphalt layer and layer interface effect parameters at the bottom of the asphalt layer was presented using database from numerical analyses on national pavement model sections.

수평교통하중에 의한 접착식 콘크리트 덧씌우기의 Debonding Mechanism 연구

김영규,이승우 한국도로학회 2016 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.06

접착식 콘크리트 덧씌우기는 교통량 증가 및 중차량에 대한 하중지지 능력이 우수하고, 기존 콘크리트 포장과의 재료물성이 유사하여 유지보수 후 포장 파손 발생이 적다는 장점이 있다. 최근 들어 다양한 초 속경성 재료의 도입으로 콘크리트 덧씌우기의 조기 교통개방 성능을 확보하여 국내 현장 적용실적이 증가 하고 있는 추세이다(이승우 외, 2011). 접착식 콘크리트 덧씌우기의 장단기 공용성을 확보하기 위한 방안 으로는 기존 콘크리트 포장층이 건전해야 하며, 적정 부착성능을 확보하여 완전부착을 통한 일체화 거동 을 나타내야 한다. 접착식 콘크리트 덧씌우기의 공용성을 저하시키는 원인으로는 크게 부착면 파손에 의 하여 구조적 성능이 감소하는 것으로, 부착면에서의 수직 인장응력 및 수평 전단응력이 임계치에 도달하 여 부착강도 이상 발생할 경우 파괴되는 것이다. 따라서 이에 대한 적절한 부착강도 품질관리 기준이 요 구된다. 그러나 국내의 경우 부착면 파괴 발생모드에 대한 메커니즘 규명 및 기초 연구가 전무한 상황으 로, 실질적인 부착강도 품질관리기준을 제시하기 위하여 부착면에서 발생하는 수직 인장응력과 수평 전단 응력의 산정이 필요한 것으로 판단된다. 최근 김영규 등(2014)의 연구에서는 접착식 콘크리트 덧씌우기의 구조적 파손 중 하나인부착면 파손의 발생 특성을 확인하기 위하여 3차원 유한요소 해석을 실시한 후 부착면에서 발생하는 수직 인장응력 및 수평 전단응력을 검토하였다. 연구 결과, 부착응력의 경우 교통하중과 환경하중의 상호작용에 의하여 발 생하나 수직 인장응력은 환경하중에 의한 영향이 지배적이며, 수평 전단응력은 교통하중에 의한 영향이 지배적인 것으로 나타났다. 또한 부착면 파손의 경우 수직 인장응력과 수평전단응력의 복합적인 거동에 의하여 발생할 수 있으나 수평 전단응력 보다는 수직 인장응력에 의하여 지배적이며, 최대 부착응력의 경 우 상하부 온도차가 (-)분포를 나타내는 야간의 경우 상향컬링과 함께 과도하게 발생한 것으로 확인하였 다. 그러나 이와 같은 연구결과는 교통하중의 흐름이 정적인 구간, 즉, 토공부의 특성을 반영하는 것으로 고속도로 상습 지・정체 구간 및 요금소 진출입로 등의 경우 교통하중의 특성이 상이하여 접착식 콘크리트 덧씌우기의 빈번한 파손을 초래하고 있다. 따라서 본 연구에서는 구조해석을 통하여 접착식 콘크리트 덧씌우기에 대한 교통하중의 정지 및 출발 조건을 고려하는 수평교통하중을 적용하였으며, 부착면에서 발생하는 수직 인장응력 및 수평 전단응력의 산정을 통하여 부착면 파손의 발생 특성(debonding mechanism)을 확인하고자 하였다.

지반의 연속성을 고려한 말뚝의 수평지반저항력 산정

김영호(Kim Young-Ho),정상섬(Jeong Sang-Seom) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 C Vol.30 No.4

대구경 말뚝의 수평 하중전이 거동 및 변형 해석을 위해 수평하중전이 해석법(p-y 곡선법)이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는, 기존 p-y 해석법의 단점을 보완하기 위하여, 지반의 연속성을 고려한 수평 지반저항력 산정법을 고찰하였으며, 3차원 유한요소 해석을 이용하여 수평하중을 받는 말뚝의 연속체 모델링을 수행하였다. 이를 바탕으로 심도별 말뚝 주변부 발생응력을 바탕으로 하중전이 함수를 산정하고 지반 연속성에 영향을 주는 인자들을 매개변수 연구를 통해 검증하였다. 현장재하시험 사례와의 비교분석 결과, 말뚝 주변부 지반응력을 이용한 유한요소 해석방법은 기존 p-y 곡선에 비해 수평하중을 받는 말뚝의 하중전이 거동을 보다 정확히 예측할 수 있음을 확인하였다. 따라서, 수평하중을 받는 대구경, 대심도 말뚝 설계 시, 신뢰성 있는 수평하중전이 함수의 산정이 중요하며, 지반연속성을 고려하면 보다 경제적인 설계를 할 수 있음을 알 수 있었다. The load distribution and deflection of large diameter piles are investigated by lateral load transfer method (p-y curve). The emphasis is on the effect of the soil continuity in a laterally loaded pile using 3D finite element analysis. A framework for determining a p-y curve is calculated based on the surrounding soil stress. The parametric studies that take into account the soil continuity are also presented in this paper. Through comparisons with results of field load tests, it is found that the prediction by the present approach is in good agreement with the general trend observed by in situ measurements and thus, represents a significant improvement in the prediction of a laterally loaded pile behavior. Therefore, a present study considering the soil continuity would be more economical pile design.

다층지반에 근입된 현장타설말뚝의 수평 지지거동분석

장서용,정재훈,김종렬 한국구조물진단유지관리공학회 2008 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.12 No.4

본 연구에서는 말뚝의 하중-수평변위 거동에 대한 해석 방법 중에서 지반공학적인 측면에서 널리 쓰이고 있는 하중전이함수법에 대해 고찰하였다. 다층지반에 관입되어 사질토에 근입된 대구경 현장타설말뚝의 실물 수평재하시험을 실시하여 계측결과를 분석하였고, 계측데이타의 분석을 통해 현장에 적용가능한 하중-변위 을 제안하였다. 현장재하시험결과와 유한차분해석 프로그램인 “LPILE”에 의한 기존에 제안된 하중전이함수식의 조합에 의한 해석결과를 대상으로 비교, 분석을 수행하였다. 계측데이타의 분석에 의해 하중-변위곡선을 여러 함수식으로 표현해본 결과, 지수형 모델인 (여기서 : 변위(mm), : 하중(ton))가 가장 간단하고 적용성이 뛰어난 것으로 분석되었고, 값은 대체로 1.3에, b값은 0.02에 근접한 경향을 보인다. 현장실측결과와 ‘LPILE’에 의한 하중전이함수식의 조합에 의한 해석결과를 비교, 분석한 결과 수평하중이 작을 때에는 계산된 변위와 실측 변위가 거의 유사한 값을 보이다가 수평하중이 커짐에 따라 계산된 변위가 실측 변위보다 크게 나타나는 경향을 보였다. 하중전이함수의 조합인 Matlock-Reese의 방법과 Matlock-API 방법에 의한 결과를 비교해보면 Matlock-Reese의 방법이 수평변위가 상대적으로 크게 산정되었다. In this research, load-transfer-function method was selected, because that is widely used in geotechnical engineering among the analysis methods to verify the behavior of load-lateral displacement. Lateral loading test of field scale was conducted, this measured data was analyzed. From the analysis, the model of load-lateral displacement was suggested. The test results were studied and compared to the commercial programs, ‘LPILE’, which contain the load transfer functions proposed before. By analysis of measure data of load-lateral displacement that expressed to several functions, model was the simplest and applicable to the field. In that case a value converged about 1.3, b value had a tendency to converge about 0.02. From the comparison analysis between measured data and load transfer function by ‘LPILE’, it is examined that if the lateral load is small, calculated displacements of them show a similar value compared to measured values. Furthermore, the bigger lateral loads, the bigger calculated values compared to the measured data. If the results are compared by Matlock-Reese method and Matlock-API method, Matlock-Reese method shows result of safe side because lateral displacement is calculated greatly relatively.

연속 2-거더교에서 수평브레이싱이 하중 분배 및 비틂 거동에 미치는 영향

황민오,윤태양,박용명,조움돋이,황순용,Hwang, Min Oh,Yoon, Tae Yang,Park, Yong Myung,Joe, Woom Do Ji,Hwang, Soon Young 한국강구조학회 2007 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.19 No.6

본 연구에서는 연속 2-거더교에서 하부 수평브레이싱의 유 무에 따른 하중분배효과를 파악하기 위하여 실제 교량으로부터 1/5 축소 제작된 모형 교량을 이용하여 재하 실험을 수행하였다. 실험 결과에 의하면 편재하된 하중에 대해 수평브레이싱이 설치되면 바닥판과 가로보의 구조적 기능이 향상되어 하중의 분배효과가 증가하는 것으로 나타났다. 한편, 해석모델을 사용하여 수평브레이싱 유 무에 따른 하중분배율을 정량적으로 평가해 본 결과, 수평브레이싱이 미설치된 경우는 대부분 바닥판에 의해 편재하 하중의 21% 정도가 반대측 거더로 전달되었고, 설치된 경우는 가로보와 브레이싱, 그리고 바닥판 모두 하중분배에 기여하여 하중분배효과가 1.7배 정도 증가하는 것으로 나타났다. 이는 수평브레이싱이 설치로 인해 가로보와 바닥판, 그리고 수평브레이싱 부재가 유사폐합단면을 구성하여 시험체의 비틂 강성이 증가되기 때문으로 분석되었다. In this study, we performed a loading test to evaluate the effect of load distribution on continuous two-span plate-girder bridges with or without bottom lateral bracing using one-fifth-scale bridge specimens. From the test results, when specimens with lateral bracing were loaded eccentrically, the load distribution capacity of the concrete deck and cross beam improved and greater loading was distributed to the other side of the girder subjected to loading. The load distribution rate of the specimens with and without lateral bracing system was evaluated from the analytical model that was verified by the test results. From the result of the quantitative evaluation, when specimen without lateral bracing was loaded eccentrically, mostly 21% of loading according to the concrete deck was distributed to the other side of the girder subjected to loading. However, when specimen with lateral bracing was loaded eccentrically, the load distribution rate increased by 1.7 times as all cross beams, bracing and concrete deck participated in load distribution. The reason is that the torsional rigidity increased as the model with lateral bracing behaved like a pseudo-closed box section.

삼축 마이크로파일(TMP)의 현장수평재하시험과 3차원 수치해석을 통한 거동 분석

김태현(Taehyun Kim),안광국(Kwangkuk Ahn),안성율(Sungyul An) 한국지반환경공학회 2021 한국지반환경공학회논문집 Vol.22 No.4

마이크로파일의 활용증가로 수행되었던 마이크로파일의 관련연구를 통해 다양한 마이크로파일이 개발되어왔다. 개발되고 있는 마이크로파일 공법들 중 최근 수평지지력(내진저항력)의 증가를 위한 목적으로 개발된 삼축 마이크로파일(Triaxial micropile, TMP)이 대표적이라 할 수 있다. 삼축 마이크로파일은 각축에 경사지게 설치된 3개의 마이크로파일이 수평하중에 저항하므로 좀 더 효과적으로 수평하중에 저항할 수 있는 공법의 장점이 있다. 그러나 삼축 마이크로파일에 대한 지지특성에 대한 연구가 부족하여 이 파일공법을 효과적으로 활용하는데 문제가 있다. 즉, 삼축 마이크로파일(TMP)의 효과적인 활용을 위해서는 파일의 수평지지력에 영향을 주는 요인에 대한 지지력 평가가 요구된다. 이에 본 연구에서는 하중 방향별 현장수평재하시험을 수행하고 3차원 유한요소해석을 통해 현장 재하시험을 검증하고 거동 특성을 고찰하였으며, 수평하중의 방향을 고려한 적정한 수평지지력을 분석하였다. Various micropiles have been developed through research related to micropiles, which have been carried out with the increased use of micropiles. Among the micropile construction methods being developed, the triaxial micropile (tmp), which is recently developed for the purpose of increasing the horizontal bearing capacity (seismic resistance), is representative. The three-axis micropile has the advantage of a method that can resist horizontal load more effectively because three micropiles installed inclined on each axis resist horizontal load. However, there is a problem in effectively using this pile method due to insufficient research on the support characteristics of the triaxial group micropile. In order to effectively utilize the triaxial group micropile (tmp), it is required to evaluate the bearing capacity for the factors that affect the horizontal bearing capacity of the pile. Therefore, in this study, field horizontal loading Tests were performed for each load direction, field loading Tests were verified through three-dimensional finite element analysis, behavioral characteristics of triaxial micropiles were evaluated, and appropriate horizontal bearing capacity was analyzed in consideration of horizontal load directions.

모형실험에 의한 무리 콘크리트 말뚝의 수평거동 특성

권오균(Kwon, Oh-Kyun),박종운(Park, Jong-Un),김진복(Kim, Jin-Bok),임동현(Lim, Dong-Hyun) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.8

본 연구에서는 모형실험을 실시하여 수평하중 작용 시 무리말뚝의 거동을 평가하였다. 암반을 모사한 콘크리트 블럭에 모형말뚝을 말뚝직경(D)의 1배로 근입시키고, 상부에 모래를 1m 깊이로 포설한 2×3 배열의 무리말뚝에 대하여 모형실험을 실시하였다. 그리고 말뚝길이는 11D, 15D와 20D의 세 종류이다. 각 조건에 대한 모형실험의 결과를 수평하중-변위 곡선으로 나타냈으며, 지반 속에서 발생한 말뚝의 변위를 측정하였다. 모형실험 결과, 말뚝 길이/직경의 비(L/D)가 작아질수록 항복하중은 커지고, 항복하중에서의 수평변위는 증가하는 경향을 나타냈다. 도로교설계기준의 수평변위 기준인 15mm에서의 하중을 비교한 결과, L/D가 11, 15, 20에서의 항복하중은 각각 11.7, 6.2, 3.4kN으로 나타났다. 모든 실험 조건에 대하여 지반 속에서 발생한 말뚝의 수평변위는 거의 직선적으로 나타났고, 모형 말뚝이 콘크리트 블록에 소켓된 지점에서 파괴가 발생하였다. The lateral behavior characteristics of concrete group pile under the lateral load were examined by the laboratory model tests in this study. Piles were socketed 1D(D : pile diameter) in the concrete block, and model tests were executed on 2×3 group piles, of which the length were 11D, 15D and 20D. All results of loading tests under each condition was presented by the lateral load-displacement curves, and the displacements in the ground under the lateral loads were measured. As a results of model tests, as the ratio of pile length/diameter(L/D) was decreased, the yielding load and the lateral displacement at that load were increased. The yielding load was evaluated as the load at lateral displacement of 15 mm. The yielding loads at the pile length of 11D, 15D and 20D were 11.7, 6.2kN and 3.4kN. The lateral displacements of pile in the ground under each condition were measured linearly and the failure occurred at the location where the piles were socketed in concrete block.

초기변형 허용값을 고려한 직접해석법 적용

김희동 한국강구조학회 2013 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.26 No.5

As the first step to suggest effective ways of using direct analysis method considering current situations ofconstruction fields in Korea, analytical approach is used to verify direct analysis method which adapts initial imperfectionlimitation of Korean specification of building construction. The main analytical variables are size of frames, axial load ratio,axial load distribution, value of notional loads, location of notional loads, and applied method of notional loads. The resultsshow that the use of initial imperfection limitation of Korean specification, L/700 is suitable, and the recommendable methodto use direct analysis method is applied notional loads based on L/700 as minimum lateral load at each story, even if B2 isless than 1.5 and lateral loads exist. 국내 현실을 고려한 직접해석법 적용 방안의 제안을 위한 기초 연구로 국내의 강구조물 제작 및 설치시 적용되는 초기변형 허용값을 반영한 직접해석법 적용의 타당성을 해석적으로 평가하였다. 해석의 주요 변수로는 골조의 규모, 축력비, 축력분포, 가상하중 크기, 가상하중 가력 위치, 최소수평하중 개념 적용 여부 등을 적용하였다. 수치해석적 연구 결과 국내 초기변형 허용값인 L/700의 적용은 타당한 것으로 나타났으며, 이를 위한 방안으로 초기변형 허용값 L/700에 근거한 가상하중을 B2계수의 결과가 1.5 이하이고 수평하중이 존재하는 경우에라도 수평하중과 가상하중간에 최소수평하중 개념을 이용하여 층수평하중 형태로 가력하는 방법을 제안하였다.

초기변형 허용값을 고려한 직접해석법 적용

김희동,Kim, Hee Dong 한국강구조학회 2013 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.25 No.5

As the first step to suggest effective ways of using direct analysis method considering current situations of construction fields in Korea, analytical approach is used to verify direct analysis method which adapts initial imperfection limitation of Korean specification of building construction. The main analytical variables are size of frames, axial load ratio, axial load distribution, value of notional loads, location of notional loads, and applied method of notional loads. The results show that the use of initial imperfection limitation of Korean specification, L/700 is suitable, and the recommendable method to use direct analysis method is applied notional loads based on L/700 as minimum lateral load at each story, even if B2 is less than 1.5 and lateral loads exist. 국내 현실을 고려한 직접해석법 적용 방안의 제안을 위한 기초 연구로 국내의 강구조물 제작 및 설치시 적용되는 초기변형 허용값을 반영한 직접해석법 적용의 타당성을 해석적으로 평가하였다. 해석의 주요 변수로는 골조의 규모, 축력비, 축력분포, 가상하중 크기, 가상하중 가력 위치, 최소수평하중 개념 적용 여부 등을 적용하였다. 수치해석적 연구 결과 국내 초기변형 허용값인 L/700의 적용은 타당한 것으로 나타났으며, 이를 위한 방안으로 초기변형 허용값 L/700에 근거한 가상하중을 B2계수의 결과가 1.5 이하이고 수평하중이 존재하는 경우에라도 수평하중과 가상하중간에 최소수평하중 개념을 이용하여 층수평하중 형태로 가력하는 방법을 제안하였다.

충격수평하중을 받는 모노파일의 거동 평가

변용훈,박기원,최창호,이종섭,Byun,Yong-Hoon,Park,Kiwon,Choi,Changho,Lee,Jong-Sub 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.2

풍력, 조력, 파력에 의해 발생하는 수평하중은 해상풍력발전용 모노파일의 안정성을 결정하는 중요한 인자중 하나이다. 본 연구에서는 전기저항식 변형률계를 연결한 측정시스템을 통하여 충격수평하중이 작용하는 모형 모노파일의 거동을 분석하고자 하였다. 암으로 구성된 해저지반에 모노파일이 지지된 경우를 모사하는 실내실험을 수행하기 위하여, 모형 모노파일은 파일과 고정판으로 구성하였으며, 파일의 끝단을 고정판에 고정시켰다. 모노파일의 고유주파수는 모형파일의 표면에 있는 나사산을 따라 파일의 길이를 조절함으로써 변화시켰다. 또한, 충격수평하중은 해머진자를 고정된 진자길이와 각도에서 자유낙하시켜 발생시켰다. 충격수평하중에 따른 모형 모노파일의 거동을 모니터링하기 위하여, 전기저항식 변형률계를 파일의 표면에 길이방향으로 대칭을 이루도록 설치하였다. 실험결과, 모노파일의 고유주파수가 증가함에 따라 최대모멘트는 증가하였으며, 길이방향으로 모멘트의 증가량은 증가하였다. 또한, 이론식으로 산정한 고유주파수와 충격하중을 가한후 측정된 고유주파수는 잘 일치하였다. 본 논문에서 제시한 모형 모노파일은 실제 해상풍력기초의 거동분석에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다. Lateral loads, including wind, ocean wave and tide affect on the stability of the monopile in the offshore wind farm. The goal of this study is to characterize the behavior of the monopile under impact lateral loading by using strain gauges. A laboratory-scale monopile system, which consists of a monopile and a support plate, is fixed into the support plate for modelling the monopile embeded in rock mass. The length of the monopile is adjusted by a rotation of the screw thread carved on the monopile for the investigation of the natural frequency and moment. The impact lateral load is applied by the pendulum hammer, which falls at the fixed pendulum length and angle. For the analyses of the monopile behavior due to the impact loading, strain guages are symmetrically installed on the surface of the monopile in the axial direction. Experimental results show that the maximum moment increases with the increase of natural frequency of the monopile. In addition, the predicted natural frequencies of the model monopile are similar to the measured natural frequencies. This study demonstrates that the model monopile suggested in this study may be effectively used for the characterization of behavior of the monopile installed in the field.