This study performed the seismic response analysis of an LNG storage tank supported by a disconnected piled raft foundation (DPRF) with a load transfer platform (LTP). For this purpose, a precise analytical model with simultaneous consideration of Fluid-Structure Interaction (FSI) and Soil-Structure Interaction (SSI) was used. The effect of the LTP characteristics (thickness, stiffness) of the DPRF system on the seismic response of the superstructure (inner and outer tanks) and piles was analyzed. The analytical results were compared with the response of the piled raft foundation (PRF) system. The following conclusions can be drawn from the numerical results: (1) The DPRF system has a smaller bending moment and axial force at the head of the pile than the PRF system, even if the thickness and stiffness of the LTP change; (2) The DPRF system has a slight stiffness of the LTP and the superstructure member force can increase with increasing thickness. This is because as the stiffness of the LTP decreases and the thickness increases, the natural frequency of the LTP becomes closer to the natural frequency of the superstructure, which may affect the response of the superstructure. Therefore, when applying the DPRF system, it is recommended that the sensitivity analysis of the seismic response to the thickness and stiffness of the LTP must be performed.

본 연구에서는 간척지에서 플라스틱 온실의 기초안전성을 평가하기 위하여 강재 나선말뚝기초를 갖는 폭 6m 연동하우스 1개동과 강재 나선말뚝기초와 파이프줄기초를 각각 적용한 폭 8.2m 단동하우스 2개동을 SPT N값 이 2인 간척지 시험포장에 설치하여 플라스틱 온실의 인발량 및 침하량을 측정하였다. 또한 플라스틱 온실에 적용된 나선말뚝기초 3종(φ50, φ75 및 φ100)을 인근의 간척지 시험포장에 설치하여 인발저항특성을 시험하였다. 평가 기간 중 플라스틱 온실의 수직변위 움직임이 관측 되었지만 온실의 규모와 비교하여 그 변위는 무시할만한 수준이었다. 평가 기간 중의 최대 수직변위는 나선말뚝 기초를 적용한 연동하우스의 경우 +9.0mm(인발)~- 11.5mm(침하), 나선말뚝기초를 적용한 단동하우스의 경 우 +1.3mm~-7.7mm, 파이프줄기초를 적용한 단동하우스 의 경우 +0.9mm~-11.2mm로 나타났다. 나선말뚝기초의 허용인발력은 모두 극한하중 판정기준에 의해 판단할 수 있었으며 φ50mm, φ75와 φ100 나선말뚝기초의 최종 허용인발력은 각각 0.40kN, 1.0kN과 2.5kN으로 산정할 수 있었다. 평가기간 중 나선말뚝기초를 적용한 플라스틱 온실의 기초안전성을 최종적으로 판단하기에는 다소 무리가 있다고 판단되나 강재 나선말뚝기초를 간척지 플라스틱 온실의 기초로 사용하더라도 큰 문제는 없을 것으로 판단되었다.

나무말뚝은 국내 온실에서는 적용된 사례는 많지 않으나 네덜란드에서는 비교적 많이 사용되고 있다. 강관말 뚝 및 PHC말뚝에 비해 경제적이고 공기가 단축되며 친환경적 공법이라는 장점을 가지고 있다. 부식방지를 위해 지하수면 아래에서 시공되어야 하는 제한적 조건이 있으나 국내 간척지의 경우 지하수위가 높은 지역이 많기 때문에 간척지에서 온실기초 보강을 위한 나무말뚝의 활용도는 높을 것으로 예상된다. 본 연구에서는 간척지에서 나무말뚝기초에 대한 기초설계자료를 제공할 목적 으로 현장인발재하시험을 통해 나무말뚝기초의 인발저항력을 측정하였고, 기초 설계시 기존의 인발저항력 산정 이론식에 대한 적용성을 검토하기 위해 현장인발재하시 험을 통해 얻어진 최대인발저항력과 기존의 인발저항력 산정 이론식을 비교하여 검토하였다. 본 연구에서 사용한 나무말뚝의 수종은 소나무이며, 직경 25cm와 직경 30cm의 나무말뚝에 대하여 근입깊이 1m, 3m, 5m별로 현장인발재하시험을 진행하였다. 그 결과, 나무말뚝의 인발저항력은 근입깊이가 증가할수록 선형적으로 뚜렷하게 증가하는 경향을 보였으며, 근입깊이 5m를 기준으로 최대인발저항력은 직경 25cm와 직경 30cm의 나무말뚝이 각각 9.38tf, 10.56tf로 모두 9tf 이상의 인발저항력이 나타났다. 나무말뚝의 최대인발저항력 산정을 위해 기존의 산정 이론식에 대한 적용성을 검토한 결과, a 방법으로 부터 얻어진 인발저항력의 경우 전반적으로 현장시험결 과에 근접하는 수치를 제공하는 것으로 나타났고 Das & Seeley 이론식의 경우 현장타설말뚝과 강관말뚝의 인발저항력 값 사이에 현장시험의 나무말뚝의 인발저항력 값이 위치하는 것으로 나타났다.

In this study, a series of dynamic centrifuge tests were performed for a soil-foundation-structural interaction system in dry sand with various embedded depths and superstructure conditions. Sinusoidal wave, sweep wave and real earthquake were used as input motion with various input acceleration and frequencies. Based on the results, a natural period and an earthquake load for soil-structure interaction system were evaluated by comparing the free-field and foundation accelerations . The natural period of free field is longer than that of the soil-foundation-structure system. In addition, it is confirmed that the earthquake load for soil-foundation-structure system is smaller than that of free-field in short period region. In contrast, the earthquake load for soil-foundation-structure interaction system is larger than that of free-field in long period region. Therefore, the current seismic design method, applying seismic loading of free-field to foundation, could overly underestimate seismic load and cause unsafe design for long period structures, such as high-rise buildings.

연약지반 도로의 파손 유형으로는 잔류침하로 인한 도로요철, 균열, 도로성토사면붕괴, 부등침하, 지반 함몰 및 도로파손등이 발생하고 있다. 현재 연약지반처리 후 잔류침하를 고려하여 단계별로 도로시공을 하는 점진공법(Stage Construction)을 사용하고 있으나 연약지반처리에 2년 이상의 시공기간 및 연약지반의 처리와 유지관리에 많은 비용이 소요된다. 이에 말뚝기초를 이용 할 경우 기존의 프리로딩, 드레인, 치환 등 연약지반처리과정을 생략하여 연약지반에 도로시공이 가능하며 또한 기존의 노상, 보조기층, 기층, 표층으로 구성된 포장단면을 경량콘크리트기층, 표층으로 단순화하여 시공과정을 단순화 및 도로건설용 재료절감효과를 기대할 수 있을 것이다. 말뚝기초의 경우 충격하중, 지진하중 등에 의하여 상당한 크기의 횡하중을 받게 되며, 따라서 이러한 연직하중을 받는 말뚝에 대하여서는 일찍부터 연구되어 설계에 유효하게 활용되고 있다. 그러나 말뚝에 의하여 지지되고 있는 구조물이 토압, 풍압, 파력 등을 받게 되면 말뚝상부에는 연직하중뿐만 아니라 횡하중과 모멘트도 동시에 작용하게 된다. 이러한 횡하중과 모멘트 하중을 받는 말뚝의 과도한 변위나 파괴는 상부구조물에 심각한 영향을 미칠 수 있으므로 이에 대한 검토가 수반되어야 한다. 본 연구에서는 연약지반에서의 경량콘크리트포장을 적용할 때의 안전성 평가를 위해 실제 포장체 사이즈의 1/30으로 축소한 모형을 이용하여 시험을 실시하였다. 모형토조를 이용하여 연약지반을 조성하였고 말뚝의 압축재하시험 중 완속재하시험방법을 사용하여 실험하였다.

본 연구에서는 교량기초 말뚝의 부주면마찰력 시험을 통하여 연약지반에 타설된 강관말뚝의 부주면마찰력을 측정하였으며 장기적인 마찰응력의 관측시험을 통하여 경제적인 상부구조물 시공시기를 판단하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다. (1) 연약지반에서 부마착력의 크기는 침하속도가 클수록 크게 나타났다. (2) 마찰력의 관계 그래프에서 마찰응력의 증감이 없는 시기를 확인하여 상부구조물 시공시기를 판단할 수 있었다. (3) 말뚝정재하시험결과와 부주면마찰력 시험결과를 비교해 본 결과 항타 직후의 부주면마찰력은 재하시험 시의 마찰응력보다 크게 나오는 것으로 판단되며 15일 경과후의 측정값은 비슷하게 나오는 것으로 판단되었고, 이론식에 의한 결과와도 비슷하였다. (4) 부주면마찰력의 장기관측기법을 사용하면 부주면마찰력이 발생하고 있는 중이라도 적절한 상부구조물의 시공시기를 파악할 수 있어 경제적인 시공관리가 가능한 것으로 판단된다.

지진동에 의한 건물의 내진성능은 건물 자체가 보유하고 있는 내력.변형능력뿐만 아니라, 지반상태를 포함한 기초구조의 진동특성, 즉 건물과 기초구조의 동적상호작용을 고려하여 종합적으로 평가해야 한다는 것은 과거의 피해지진의 경험에서 널리 알려져 있다. 이러한 사실은 최근 세계각지에서 발생한 대지진, 1993년 홋카이도난세오키 지진(일본), 1994년 Northridge지진(미국), 1995년 효고켄 남부지진(일본), 1999년지지 지진(대만) 등에서도 입증되었다. 한편, 건축물 자체의 내진성능 평가에 관한 연구는 활발히 진행되어 왔으며, 또한 수많은 건물에 적용되었다. 그러나, 건물과 기초구조의 동적상호작용을 고려한 내진성능평가에 관한 연구는 부족하며, 특히 건물과 말뚝기초의 동적상호작용을 고려한 철근콘크리트 건물의 내진성능 평가에 관한 연구는 더욱 부족한 것이 현재의 실정이다. 본 연구는 철근콘크리트 건물자체 및 지반상태를 포함한 말뚝기초의 비선형거동을 고려한 지진응답해석법을 제안하였다. 이 해석법은 실제 지진에 의하여 말뚝기초부에 피해를 입은 철근콘크리트 건물에 적용하였으며, 해석결과와 지진피해와의 관계를 비교ㆍ검토하여, 본 연구에서 제안한 해석기법의 적용가능성을 검증하였다. 본 연구는 말뚝기초를 가지는 철근콘크리트 건물의 내진성능예측의 기본적인 자료로서 활용 가능하다고 사료된다.

실무에서 교량 교각의 내진해석을 수행할 때 계산의 편의와 보수적인 설계를 위하여 기초의 연성을 고려하지 않고 지반면을 고정단으로 가정하여 해석하는 경우가 많다. 이러한 고정단 모델은 대부분의 경우 설계력 측면에서 매우 보수적인 결과를 주므로, 최근 기초의 연성을 고려하여 현실적으로 교각 기초를 모델링하려는 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 기초연성의 모델링 방법, 입력응답스펙트럼의 종류 그리고 지반조건을 달리하여 응답스펙트럼 해석을 수행하였다. 수치해석을 통하여 교각에 발생하는 전단력, 모멘트 그리고 변위를 비교하여 기초의 연성을 고려하는 기법과 지반 및 지진파 특성들이 해석결과에 미치는 영향을 분석하였다. 대부분의 경우 고정단 모델에서 큰 전단력과 모멘트가 발생하였지만, 연약 점성토층에 장주기 지진파가 작용하는 특수한 경우에는 기초의 연성을 고려한 모델에서 고정단 모델보다 큰 전단력과 모멘트가 발생하였다. 또한 기초의 연성을 고려하는 여러 모델들의 해석결과를 지반-구조물 동적 상호작용을 고려한 정밀 동해석 결과와 비교하여 그들의 적용성을 평가하였다.

교량 구성요소의 설계지진력은 현행 국내 도로교설계기준에 의하면 설계지진을 가하여 얻어진 탄성지진력을 구조형식에 따른 응답수정계수로 나눔으로써 결정되어진다. 말뚝기초가 채택된 교량시스템의 탄성지진력의 크기는 말뚝기초의 모형화 방법에 따라 크게 달라질 수 있다. 이 논문에서는 근사적이고 실용적인 말뚝기초의 모형화 기법을 제시하였다. 이 모형화 기법에서는 말뚝기초의 강도를 횡방향으로 반복하중을 가진 현장시험으로 얻은 말뚝-지반의 상호작용이 고려된 지반반력-변위 곡선을 이용한 말뚝의 수평방향 강도와 탄성 축변형은 물론 선단지지력 및 주변마찰력을 고려한 말뚝의 수직방향 강도로 나타내는 것이다. 예제 교량의 해석을 수행하여 제시된 절차가 타당성있고 적용 가능한 교량의 지진응답해석용 말뚝기초의 모형화 기법임을 검증하였다.

해상에 설치된 기초말뚝의 경우 지진의 3가지 성분 즉, 지반의 수평운도, 지반의 연직진동에 의해 발생된 상부구조물과의 피드백 (feedback)에 의한 말뚝의 연직진동, 그리고 지반의 연직진동에 의해 유발된 해진(seaquake)의 진동이 말뚝 기초의 거동에 영향을 미친다. 본 연구에서는 유발된 해진의 진동을 해저면에서 유사화된 sine 정현파 형상의 동수압으로 모델링하였다. 해진(seaquake) 작용중 약 220m 이상의 심해에 설치된 개단 말뚝의 지지력은, 지반내에 유발된 과도한 과잉 간극수압으로 인하여, 심각하게 저감도었으며, 관내토 폐쇄력도 80% 이상 감소되었다. 해진중 관내토 선단 하부에서 발생된 과도한 과잉 간극수압으로 인하여 관내토내에 과도한 상향의 침투력이 유발되어 관내토 폐색이 손상되었다. 약 220m 이하의 천해에 설치된 개단말뚝의 지지력은 해진에 의해 약 10% 감소하였으며, 관내토의 폐쇄력은 5%이하만큼 감소하였다.

지지력이 큰 하부지반에 구조물의 하중을 전달하기 위한 방안으로 말뚝기초가 대부분 적용되고 있다. 이 연구에서는 접합부에 보강되는 철근량에 따라 반복하중 하에서 프리캐스트공법과 철근 및 속채움 콘크리트로 말뚝머리부를 보강한 철근콘크리트 말뚝(HPC)과 기초접합부 거동을 실험을 통해 평가하였다. 철근량에 변화에 따라 제작된 두 종류의 접합부 실험체의 균열패턴과 파괴거동은 유사한 수준으로 평가되었다. 철근량 1.77배 증가에 기인하여 BS-H25 실험체는 BS-H19 실험체에 비해 최고하중은 약 1.47배 증가하였지만 연성비는 정가력시 76%, 부가력시 70% 수준을 나타내었다. 강성감소는 접합부 철근 항복 이후 BS-H19 실험체와 BS-H25 실험체는 정가력시 초기강성의 약 66% ~ 71% 수준으로 부가력시 54% ~ 57% 수준으로 감소되었고 BS-H25 실험체가 평균 13% 높은 강성값을 나타내었다. 극한하중 상태에서의 BS-H19와 BS-H25 실험체의 누적 에너지 소산량은 사용하중 상태에 비해 약 5.5배 및 6.6배 큰 값으로 측정되었다.

The 'Housing Act (‘14.04), which permits the remodeling of old apartment buildings, has been implemented. In particular, vertical remodeling is generally implemented by adding 2~3 floors above the top floor of existing apartments. Technically, it is necessary to reinforce the existing pile due to the increase of vertical, horizontal, seismic load, etc. However, the existing piles are loaded simultaneously and so each pile was constructed at limited base space for application of reinforcement method. The bearing capacity of existing piles decreases due to vertical expansion so the bearing capacity of the piles must be confirmed by the indirect method(laboratory test etc.) in the first safety diagnosis and by the direct method(field test etc.) in the second safety diagnosis.

말뚝머리-확대기초 접합부는 상부구조물의 하중을 말뚝으로 전달하는 연결부분으로서 부재의 단면과 강성의 급격히 변화하는 부 위이기 때문에 응력이 집중되고 작용하는 휨모멘트와 전단력이 큰 취약부분이다. 이 연구에서는 제작조건에 따른 PHC말뚝 및 합성 PHC말뚝 과 확대기초 접합부의 구조성능을 평가하는데 목적이 있다. 반복가력 하중 조건하에서의 균열패턴, 하중-변위관계, 연성비, 초기 회전강성 및 에너지소산 특성을 각각 평가하였다. 접합부 초기 회전강성은 확대기초 내부로 삽입되는 말뚝삽입 깊이와 축방향철근 배근위치에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 접합부 강도, 연성비 및 누적 에너지소산 등의 접합부 거동은 말뚝의 종류와 축방향 철근 배근 위치에 영향을 받는 것으로 나타났다.

In this paper, we determine the number of reinforced pile foundations required for vertical extension remodeling through analysis of construction steps on all combinations of load including the seismic load and vertical load.

Recently, new cities of Korean coastal area, connective land·bridge and marine structure are increased. However, actually the evaluation method of pile head strengthening performance is not clearly defined, and, in spite of many technology proposed, its qualitative evaluation is not made. Therefore, the fact is that the prefabricated pile head strengthening stability is not verified. Therefore, it’s necessary to evaluate various technologies strategically and verify safety of precast file’s cap.

In this paper, construction staged-analysis is introduced to understand how the additional loads transfer to existing and added piles. Added piles are not able to take on the existing load due to mechanical problem.

본 연구에서는 강관 말뚝 두부보강 방법으로 사용되고 있는 용접방법과 훅형방법의 성능평가를 위한 실험적 연구를 수행하였다. 실험은 강관 말뚝 두부 연결부에 작용하는 대표적 하중인 압축과 수평하중에 대한 정적 재하실험과 인장실험으로 구분하여 수행하였다. 압축하중은 강관말뚝이 부담하는 주된 하중이며, 수평력은 지진하중을 고려하여 설계할 때 필수적으로 검토하여야 한다. 또한, 강관 파일 두부연결부의 인장내력은 안전성 검토에 있어서 중요한 요인으로 고려되고 있다.강관 말뚝 두부보강 성능평가 실험에서 고려된 실험변수는 Table 1과 같이 두부보강방법인 훅형과 용접형을 고려하였다. Table 1에 실험체 일람을 나타내었다.