Fixed offshore 플랫폼 축방향 기초지지력 산정방법에 관한 연구

최영수 인제대학교 대학원 2007 국내석사

본 연구에서는 플랫폼과 같은 해양구조물의 기초에 사용되는 개단 강관 말뚝을 해상에 시공할 경우에 대한 지지력을 산정하는 연구를 수행하였다. 연구는 국외에서 사용되는 API(American Petroleum Institute) 규정에 의거하여 지지력 산정방법을 정리하고, 엑셀 프로그램을 이용한 spread sheet 타입의 계산시트를 작성하였다. 또한 작성한 계산시트의 검증을 위하여, 인도의 서쪽 아라비안 해역에 설치된 플랫폼의 직경 54″ 개관 강관말뚝을 적용시켜 보았다. ‘Engineers India Limited’의 입력 데이터의 Soil Parameter 구성요소는 층번호(Layer No.), 깊이(Depth), 토질 형태(Soil Type), 밀도(Density), 내부마찰각(), 점착력(), 단위중량(), 극한 마찰력(), 극한 선단지지력(), 50%의 응력을 받을 때의 변형률(), 토압계수()로 구성되어 있었다. 한편 저자가 API규정에 따른 입력 데이터의 Soil Parameter 구성요소는 층번호(Layer No.), 깊이(Depth), 토질 형태(Soil Type), 단위중량(), 점착력(), 밀도(Density), 흙과 말뚝의 마찰각(), 소성지수(), 극한 마찰력(), 극한 선단지지력(), 정지토압계수(), 말뚝 지지력 계수()로 구성되어 있다. 검증 결과, 해상에 항타된 직경 54″, 두께 2″의 개단 강관 말뚝의 축방향 지지력은 기존의 국외 설계사의 축방향 지지력인 31MN보다 10MN정도 크게 계산된 42MN이란 결과를 얻을 수 있었다. 결과에 대한 원인은 국외에서 사용되는 다양한 지지력 산출 메커니즘과의 차이로 판단된다. 차후 여러 현장에 대한 자료를 확보하여, 복합적인 지층과 다양한 상황에 대하여 좀 더 정확한 지지력을 산출해 낼 수 있도록 계속적인 Excel 프로그램의 계산시트를 연구, 개발해야 할 것으로 사료된다.

洛東江 大深度 堆積土層에 設置된 鋼管말뚝에 作用하는 負周面摩擦力 算定方法에 관한 硏究

윤성학 仁濟大學校 大學院 2003 국내석사

본 연구에서는 말뚝 선단이 호박돌충에 지지되고 직경이 609.6㎜, 길이 50.5m인 개단강관말뚝의 부주면 마찰력 계측결과와 다양한 계산공식에 의해 산정된 부주면 마찰력, 그리고 해석코드에 의해 산정된 부주면 마찰력 값과의 비교·분석을 통하여 현장실험으로부터 계측된 부주면 마찰력 값을 기준으로 신뢰도의 경중을 비교하였다. 부주면 마찰력 계측결과 S.L.(Slip Layer)를 전구간에 도포한 TP1에서는 141 tom, S.L.를 도포하지 않은 TP2와 P2에서는 각각 282, 186tom, S.L.를 점토층 까지만 도포한 P1에서는 27 tom의 부주면 마찰력이 측정되었다. S.L.를 도포하지 않은 TP2와 P2는 부주면 마찰력이 크게 발생되었고 부주면 마찰력 발현양상은 압밀이 진행됨에 따라 부주면 마찰력 발현속도가 둔화되었다. 점토층까지 S.L.를 도포한 P1은 S.L.를 도포하지 않은 TP2와 P2에 비해 부주면 마찰력이 81% 저감되었고 중립점의 위치는 S.L.를 도포하지 않은 말뚝보다 더 자표면쪽으로 이동하였다. 부주면 마찰력의 발현양상은 압밀이 진행됨에 따라 크게 둔화되었다. P1만을 고려해보면 점토층 부분만 S.L.를 도포하더라도 부주면 마찰력 저감효과는 크게 발휘되었으며 경제성과 효율성 측면에서 지반조사를 제대로 수행하여 점토층 부분에만 S.L.를 도포하는 것이 훨씬 더 경제적이라고 판단되었다. 계산공식에 의한 부주면 마찰력 산정결과 중에서 말뚝 타입 후 일정한 시간이 경과한 후에 하중이 말뚝에 작용하여 하중이 작용하는 시점에서는 말뚝 타입으로 발생한 과잉간극수압이 완전히 소산되었다고 가정하여 계산한 유효응력법이 현장실험에 의한 결과와 비슷하였다. "PILENEG Program" 에 의한 계산 결과 S.L.에 따른 부주면 마찰력의 크기는 큰 차이가 없었으며 현장실험에 의해 계측된 값과 다소 큰 차이를 보였다. Negative skin friction of open-ended steel pipe pile( # = 609.6 mm, L = 50.5 m) resulted from the in-situ test was compared with the calculated negative skin friction by the various evaluation methods, such as a-method using undrained shear strength, β-method using effective stress and A-method using undrained shear strength and effective stress, and program PILENEG. The results of negative skin friction measured in-situ tests showed the result of TP1 coated with slip layer along the entire pile : negative skin friction is 141 ton, the results of TP2 and P2 not coated at all with slip layer along the entire pile : each of negative skin friction is 282, 186 ton, the result of P1 was coated with slip layer just to the clay layer of pile : negative skin friction is 27 ton. Among the results of the calculation by the effective stress method which was supposed that load acted on the pile after driving pile as the regular time went by and the excess pore water pressure, which generated by pile driving at load acting point of time was dispersed completely was almost similiar with the result from the in-situ test, According to the result of the calculation by PILENEG program showed that the size of negative skin friction was no difference between the coated pile with the slip layer and not coated. And there is big difference between the result of the calculation by PILENEG program and that of negative skin friction measured by in-situ tests.

開端鋼管말뚝의 支持力 算定方法에 關한 硏究

여태현 仁濟大學校 大學院 2001 국내석사

본 연구는 매립퇴적토층에 타입된 두 개의 개단강관말뚝 (직경·609.6 mm, 길이 = 23.3 ~ 24.5 m)에 대한 여러 가지의 지지력산정법을 비교검토 하였다. 정역학적 지지력 공식에 의한 산정법, 동역학적 공식(항타공식)에 의한 산정법, FDA에 의한 방법, N값을 이용한 경험공식에 의한 산정법, 말뚝해석코드(AP1LEPLUS)에 의한 방법등 여러 가지 산정법에 의해 구해진 지지력들은 말뚝정재하 시험에서 구한 값들과 비교하였다. 말뚝정재하 시험 결과 극한지지력을 확인할 수 있었고 안전율 2.0을 적용할 때 각 말뚝의 허용지지력은 311 ~ 319 ton으로 나타났고 이 값들은 설계하중 250 ton보다 높아 말뚝의 연직지지력은 안정한 것으로 판단되었다. 또한 각 말뚝의 선단은 기반암층으로 분류 되지 않는 자갈층(GP GM)에 지지되었지만 선단지지력의 분담율이 70% 이상인 선단 지지말뚝의 거동을 보였다. 지지력산정법에 의한 계산결과 PDA 방법은 Qa = 203~229 ton, 정역학적 지지력 공식에 의한 계산법은 Qa = 90 ~224ton, SPT 결과를 이용한 경험공식에 의한 계산법은 Qa =104~167ton, 동역학적 공식에 의한 계산법은 Qa =50~206 ton, APILE^PLUS에 의한 계산 결과 Qu=110~170ton, 이었다. 이러한 지지력산정법에 의한 계산결과들은 정재하시험에서 구한 지지력의 35~70%로 낮게 나타났으며 PDA와 정역학적 지지력 공식에 의한 결과는 비슷한 결과를 보였으나, SPT 결과를 이용한 경험공식에 의한 결과와 동역학적 공식에 의한 결과 그리고 APILE^PLUS에 의한 계산 결과는 다소 큰 차이를 보였다. Ultimate bearing capacity of open-ended steel pipe pile from the result of a static pile load test was compared with the calculated bearing capacities from various evaluation methods, such as PDA, dynamic/static bearing capacity formulars, method using SPT number, and program APILE^PLUS. The results of the static pile load tests showed that the allowable bearing capacities were 311-319 ton, when the factor of safety was applied as 2.0, which is greater than design load 250 ton. The pile behaved as end-bearing pile, which the portion of end-bearing was more than 70 per cent, even if the tips of piles were driven to gravel layer (GP-GM). Various evaluation methods showed generally lower values (about 35-70 per cent) compared the results of a static load tests', the result of PDA: Qa = 203-229 ton, the result of the calculation by the static formulars '. Qa = 90-224 ton, the result using SPT: Qa =104-167 ton, the result of the calculation by the dynamic formulars ' Qa = 50-226 ton and the result of the calculation by program APILE' ': Qa = 110-170 ton. Results of the calculated bearing capacities and result by the PDA method were about 70 percent of the result of a static load test but dynamic bearing capacity formular, result of calculation using SPT, and result using program APILE^PLUS were less than 50 per cent.

堆積土層에 貫入된 開端鋼管말뚝의 軸荷重 轉移擧動에 關한 硏究

김상현 인제대학교 대학원 2001 국내석사

본 연구에서는 말뚝 선단부를 흔히 생각하고 있는 견고한 지지층인 암반층 (풍화 암, 연암, 경암)이 아년 자갈층 (GP-GM)에 항타관입시킨 개단강관말뚝 (φ=609.6 mm, t=14 mm)에 대하여 하중전이 측정이 수반된 정재하 시험과 PDA (Pile Driving Analyzer)을 통해 말뚝의 극한 (또는 항복)지지력을 산정하였으며, 또한 각 각의 방법에 의하여 산정된 극한 (또는 항복)지지력을 말뚝의 연직지지력 해석코드 인 APILE^PLUS를 이용하여 비교. 분석하였다. 그리고, 선단지지력과 주면마찰력을 분리하여 각각의 방법에서의 축하중전이 거동을 분석하였다. 하중전이 측정이 수반된 정재하시험 결과 극한지지력을 구할 수 있었으며, 안전 율 2.0을 적용할 때 허용지지력은 311∼319 ton이었고, 주면마찰력과 선단지지력은 각각 85∼96 ton과 223∼225 ton으로 주면마찰력 분담률이 30 %정도인 선단지지 말뚝으로 거동하였다. 본 현장의 말뚝선단 지지층은 자갈층 (GP-GM)이었으며, 따라서 암반층이 아닌 자갈층도 충분한 지지층이 될 수 있음을 알 수 있었다. PDA 결과 CAPWAP 방법에 의해 안전율 2.0을 적용할 때 말뚝의 허용지지력은 201∼229 ton이었고 주면마찰력 분담률은 45 %정도였다. PDA로부터 예측한 말뚝의 지지력은 정재하시험의 결과보다 약 33% 만큼 작게 예측되었으므로 PDA만으로 말뚝의 지지력을 예측하는 것은 곤란할 수 있음을 알 수 있었다. 말뚝의 연직지지력 해석코드인 APILE^PLUS에 의한 계산 결과 말뚝의 극한지지력 은 약 110∼170 ton이었고, 주면마찰력 분담률은 대략 95 %정도였다. 이는 정재하 시험과 PDA로부터 예측한 지지력과 비교하였을 경우 마찰력 분담률이 크게 나타났으며, 정재하 시험 결과에 비해 1/3 수준이었다. 본 현장의 경우 시공초기에 시험말뚝을 시공하여 항타관리기준을 설정하고 말뚝 기초의 허용지지력을 결정하기 위하여 시험말뚝에 대한 정재하 시험을 실시한 경우 로 도로교 설계기준에 규정한 지침을 제대로 준수한 사례이다. 또 설계목적의 하중 전이 측정이 수반된 말뚝정재하 시험으로부터 지지층의 개념이 견고한 암반층만을 의미하는 것이 아니라 기초로부터 상부의 하중을 안정하게 지지할 수 있는 지반이 라면 지지층으로 될 수 있음을 인식하여야 할 것이다. Static pile load tests and PDA tests for open-ended steel pipe pile (φ=609.6 mm, t = 14mm) penetrated into the gravel layer (GP-GM) where accomplished and also axial load distribution was measured. Based on the test results, the ultimate bearing capacities were measured and behaviors of pile were evaluated. Also, the ultimate pile capacity was calculated by program APILE^PLUS to compare measured values. The results of the static pile load tests showed that the allowable bearing capacities were in the range of 311∼319 tons, when the factor of safety was applied as 2.0. Through examination of load transfer curves, 170∼192 tons of skin friction (27∼30%) and 446∼451 tons of end-bearing capacities were measured. So it can be concluded that test piles behaved as mixed type pile supporting. PDA tests on test pile, applying factor of safety as 2.0 with CAPWAP method, showed allowable bearing capacities were in the range of 201∼229 tons. After the analysis by program APILE^PLUS, which is the analysis code of vertical bearing capacity of pile, ultimate bearing capacity was about 110∼170 tons of which 95 % were skin friction.

APILEPLUS에 의한 강관말뚝의 지지력 분석

이재형 인제대학교 대학원 2001 국내석사

본 연구에서는 국내의 항타 시공된 강관말뚝기초들의 정재하시험(Static Pile Load Test) 또는 PDA(Pile Driving Analyzer)시험 사례를 수집하여 말뚝의 연직지지력 해석 코드인 APILE^PLUS에 의해 계산된 결과와 정재하시험 또는 PDA시험을 통하여 실측된 결과와 비교·분석하여 강관말뚝의 축하중전이 양상과 거동을 분석 하였다. 실제 재하시험에 의하여 결정되어진 극한(또는 항복)지지력과 APILE^PLUS에 의하여 계산되어진 극한(또는 항복)지지력을 비교하였을 경우, APILE^PLUS에 의하여 계산되어진 지지력은 실제 측정치보다 훨씬 작은 값을 나타내었고 APILE^PLUS에 의해 계산된 지지력은 마찰력 분담율이 90~98%인 마찰말뚝의 거동을 나타내었다. 그러나 선정된 사례들의 실측 지지력은 남항대교 사례를 제외한 대부분은 마찰력 분담율이 10~38%인 혼합지지말뚝 또는 선단지지 말뚝으로 거동하였다. 현 국내 말뚝설계시 주면마찰력은 무시되고 말뚝선단이 기반암층에 지지되는 선단지지말뚝으로 설계되는 경우라도 주면마찰력을 고려한 설계 개념으로 수정해야 할 것으로 판단되었다. APILE^PLUS의 국내 지반적용성에 관한 부분은 말뚝선단이 기반암층에 지지되는 선단지지말뚝 뿐만 아니라 마찰말뚝의 경우를 고려한 다양한 사례를 통하여 판단되어야 할 것으로 생각된다. Results of static load tests and PDA tests on the steel pipe piles, installed in near Pusan and Kimhae area, were compared with the caluculated values by the program APILE^PLUS. Ultimate bearing capacities calculated by program APILE^PLUS were much lower than the actual measured values by static load tests and PDA tests. Behaviors of piles analyzed by program APILE^PLUS showed those of friction piles, which of friction ratio are more than 90 per cent. But measured load transfer behaviors of piles except the case of Namhang Grand Bridge showed those of the mixed or end-bearin piles, which of friction ratio are 10~38 per cent. The application of program APILE^PLUS in near Pusan and Kimhae area should be decided through the more case studies including friction piles and end-bearing piles.

개단강관말뚝의 폐색효과에 관한 실험적 고찰

나영묵 서울大學校 大學院 1986 국내석사

모형실험에 의한 개단강관말뚝의 폐색 효과 고찰

이종석 서울大學校 大學院 1985 국내석사

유사화된 해진 작용 시 개단 강관 말뚝 기초의 거동에 관한 연구

남문석 경성대학교 교육대학원 1999 국내석사

해상에 설치된 기초말뚝의 경우, 지진의 3가지 성분 즉, 지반의 수평운동, 지반의 연직운동에 의해 발생된 상부구조물과의 피드백 (Feed back)에 의한 말뚝의 연직운동, 지반의 연직운동에 의해 유발된 해진 (Seaquake)의 진동이 말뚝기초의 거동에 영향을 미친다. 본 연구는 지반의 연직운동에 의해 유발된 해진에 대한 개단강관말뚝의 거동에 대하여 실험을 수행하였다. 본 연구의 목적은 유사화된 sine 정현파로 모델링 된 해진 (Seaquake)이 소형압력토조에 담긴 포화모래지반에 항타 관입된 개단강관말뚝의 관내토 폐색을 파괴시킬 수 있는지를 확인하고 말뚝의 외주면 마찰력을 크게 저감시킬 수 있는 지를 규명하기 위한 것이다. 그리고 보다 깊게 관입된 단일개단말뚝과 2개 또는 4개의 군말뚝이 심해에서 유발된 해진작용 시 안정성을 유지하는 지를 확인하는 것이다. 해진시, 천해에 설치된 단일개단말뚝과 군말뚝의 지지력은 감소되지 않았다. 그러나, 심해에 설치된 말뚝의 안정성은 말뚝의 지중관입깊이에 좌우되었다. 즉, 27 m이상 관입된 단일개단말뚝의 지지력은 안정하였으며, 13 m이상 관입된 2개 및 4개 군말뚝은 안정하였다. 그러나, 7 m 관입된 2개 군말뚝은 파괴되었으며, 7 m 관입된 4개 군말뚝의 지지력은 15 %만큼 저감되었다. During an earthquake, there are three main components of excitation : horizontal excitation of the ground, vertical excitation of the pile due to superstructure feedback produced by vertical excitation of the ground, and the seawater excitation induced by the vertical ground shaking, that is, "the seaquake." These excitations could have effects on the soil plugs in open-ended pipe piles installed at offshore sites. In this study, seaquake excitation induced by the vertical ground shaking was simulated by pulsing the water pressure at the seabed. The principal objective of this study is to ascertain whether simulated high-amplitude seaquake induced by the vertical seismic excitation degrades the soil plug in an open-ended pipe pile driven into submerged sand so significantly that soil plug resistance would have to be reduced or ignored during the simulated seaquake. During the simulated seaquake, compressive capacities of single open-ended pipe pile and piles group installed in shallow sea were not decreased. But, the stability of open-ended pile installed in deep sea was depended on the pile penetration depth. So, single open-ended pile with greater penetration of 27 m was stable, and 2-pile and 4-pile groups with penetration more than 13 m were stable. But, 2-pile groups with penetration of 7 m was failed, and the compressive capacity of 4-pile groups with penetration of 7 m was degraded about 15 %.

開端鋼管 말뚝의 閉塞 效果에 관한 模型實驗硏究

최용규 서울大學校 1989 국내석사

개단 강관말뚝의 관내토 Arching 현상에 관한 문헌적 고찰

송훈 서울大學校 大學院 1988 국내석사