실규모 현장시험 및 유한요소해석을 통한 강관매입말뚝의 공학적 거동에 대한 연구 (A Study on the Engineering Behaviour of Prebored and Precast Steel Pipe Piles from Full-Scale Field Tests and Finite Element Analysis)

서지정보

· 발행기관 : 한국지반환경공학회
· 수록지 정보 : 한국지반환경공학회 논문집 / 19권 / 4호 / 5 ~ 16페이지
· 저자명 : 김정섭, 정경자, 정상섬, 전영진, 이철주

초록

본 연구에서는 현장에서 실규모로 시공된 8본의 강관매입말뚝의 공학적 거동을 정재하시험, 동재하시험(EOID 및 restrike 시험) 및 Class-A 및 C1 type의 수치해석을 수행하여 상세히 고찰하였다. 이를 통해 말뚝의 하중-침하, 설계지지력 및 전단응력 전이 특성 등을 분석하였다. 정재하시험을 통해 평가된 설계지지력에 비해 동재하시험 및 수치해석은 이를 매우 상이하게 평가하는 것으로 분석되었으며, 이 가운데 restrike 시험이 전반적으로 최상의 결과를 도출하였고, 수치해석 결과의 신뢰성은 동재하시험에 비해 낮은 것으로 분석되었다. 각 시험에서 산정된 설계지지력을 정재하시험의 결과와 비교할 때 EOID는 정재하시험값의 20.0%-181.0%(평균: 69.3%)의 범위를 보였고, restrike 시험의 경우 48.2%-181.1%(평균: 92.1%)의 범위를 보였다. 또한 Class-A type에서는 37.1-210.5%(평균: 121.2%)로 가장 큰 분산을 보였다. EOID 시험에서는 선단지지력이 말뚝의 전체지지력의 대부분을 차지하는데 비해, restrike 시험에서는 주면마찰력 및 선단지지력이 비슷한 정도로 발현되었다. 이때 restrike 시험에서 측정된 선단지지력은 EOID 시험에서 측정된 크기보다 작은 것으로 분석되었다. 즉 restrike 시험에서 타격에너지가 충분하지 않은 경우 말뚝의 선단지지력이 과소평가될 가능성이 있는 것으로 나타났다. 말뚝의 축력분포로부터 측정된 전단응력은 말뚝의 심도가 깊어질수록 증가하는 양상을 보였으며, 수치해석 결과는 정재하시험과는 상당한 정도의 차이를 보였다. 말뚝선단 인근에 슬라임이 존재하는 경우 말뚝의 거동에 매우 큰 영향을 주는 것으로 분석되었는데, 슬라임의 탄성계수가 작을수록 그리고 슬라임의 두께가 두꺼울수록 말뚝의 침하량이 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다.

영어초록

In the current study, the engineering behaviour of prebored and precast steel pipe piles was examined from a series of full-scale field measurements by conducting static pile load tests, dynamic pile load tests (EOID and restrike tests) and Class-A and Class-C1 type numerical analysis. The study includes the pile load - settlement relations, allowable pile capacity and shear stress transfer mechanism. Compared to the allowable pile capacity obtained from the static pile load tests, the dynamic pile load tests and the numerical simulation showed surprisingly large variations. Overall among these the restrike tests displayed the best results, however the reliability of the predictions from the numerical analysis was lower than those estimated from the dynamic pile load tests. The allowable pile capacity obtained from the EOID tests and the restrike tests indicated 20.0%-181.0% (avg: 69.3%) and 48.2%-181.1% (avg: 92.1%) of the corresponding measured values from the static pile loading tests, respectively. Furthermore, the computed results from the Class-A type analysis showed the largest scatters (37.1%-210.5%, avg: 121.2%). In the EOID tests, a majority of the external load were carried by the end bearing pile capacity, however, similar skin friction and end bearing capacity in magnitude were mobilised in the restrike tests. The measured end bearing pile capacity from the restrike tests were smaller than was measured from the EOID tests. The present study has revealed that if the impact energy is not sufficient in a restrike test, the end bearing pile capacity most likely will be underestimated. The shear stresses computed from the numerical analysis deviated substantially from the measured pile force distributions. It can be concluded that the engineering behaviour of the pile is heavily affected if a slime layer exists near the pile tip, and that the smaller the stiffness of the slime and the thicker the slime, the greater the settlement of the pile.

참고자료

· 없음