수평하중에 따른 보강군말뚝의 보강효과에 대한 수치해석적 연구 = Numerical Study on Reinforcement Effects of Retrofitted Group Piles under Lateral Loading

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 3차원 수치해석을 통해 사질토 지반에 설치된 수평하중을 받는 기존군말뚝 기초에 보강 말뚝들로 보강된 보강군말뚝 기초의 보강효과를 분석하고자한다. 기존 진행된 실내모형말뚝실험과 실내모형말뚝실험의 모델을 3차원 수치해석한 결과값을 비교, 분석하여 전체적으로 비슷한 거동특성을 확인하였으며, 말뚝의 전형적인 거동형상을 보였다. 보강말뚝의 크기, 배열, 간격에 따른 보강군말뚝의 3차원 수치해석을 수행하여 극한수평지지력 및 최대모멘트를 비교하였으며 말뚝요소별 발생되는 모멘트분담률을 산정하여 보강효과를 보다 명확히 확인하였다.
3차원 수치해석으로 분석한 결과 기존군말뚝의 군말뚝효율은 0.65로 나타났다. 매개변수에 따른 보강군말뚝의 극한지지력은 기존군말뚝에 비하여 34%~125.79% 증가하였고 최대모멘트는 17.43%~42.96% 감소하였다.
보강군말뚝에서 기존군말뚝의 모멘트분담률은 20mm 보강말뚝으로 보강 시 34.48%~117%가 나오며 60mm 보강말뚝으로 보강 시 49.47%~125.79%가 나왔다. 보강말뚝의 직경이 커질수록 모멘트분담률은 감소되는 반비례관계를 확인했다. 또한 말뚝중심간 간격이 커질수록 모멘트분담률이 감소함을 확인했다. 모멘트분담률이 작은 상태일수록 극한지지력 변화율은 증가하였으며 최대모멘트 변화율은 감소되는 보강관계를 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aims to analyze the reinforcing effects of piles added to the existing pile foundation, which receives horizontal loads and is reinforced by additional piles, in sandy soil through 3D numerical analysis. By comparing and analyzing the results of 3D numerical analysis of the model of indoor pile experiments previously conducted and indoor model pile experiments, overall similar behavioral characteristics were confirmed, showing the typical behavior pattern of the piles. 3D numerical analysis was conducted on reinforced pile foundations based on the size, arrangement, and spacing of reinforced piles to compare the ultimate horizontal bearing capacity and maximum moment. The moment distribution ratio occurring in pile elements was calculated to clearly verify the reinforcing effects.
According to the 3D numerical analysis results, the efficiency of the existing pile foundation was 0.62. The ultimate lateral bearing capacity of the reinforced pile foundation, depending on the parameters, showed an increase of 12% to 81% compared to the existing pile foundation, and the maximum moment exhibited a decrease of 33% to 70%.
In the case of the reinforced pile foundation, the moment distribution ratio of the existing pile foundation was 48% to 73% when reinforced with a 20mm diameter pile and 24% to 48% when reinforced with a 40mm diameter pile. It was observed that the moment distribution ratio decreases proportionally as the diameter of the reinforced pile increases. Additionally, an increase in the spacing between pile centers resulted in a decrease in the moment distribution ratio. Furthermore, as the moment distribution ratio decreases, the rate of change in ultimate bearing capacity increases, and the rate of change in the maximum moment decreases, confirming a reinforcing relationship.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 제 2장 수평하중을 받는 말뚝에 대한 3차원 수치해석방법 3
• 2.1 3차원 유한요소 해석방법 3
• 2.2 3차원 유한요소 모델링 11
• 제 3장 수치해석 결과 및 고찰 15
• 3.1 데이터 비교 15
• 3.1.1 실내모형토조실험 결과 비교 15
• 3.2 매개변수에 따른 보강군말뚝 수치해석 결과 및 고찰 39
• 제 4장 결론 66
• 참고문헌 69
• ABSTRACT 70