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하모니서치 알고리즘을 이용한 헬리컬 파일의 형상 및 재료비 최적 설계기법에 대한 연구
나경욱,이동섭,이현지,최항석,Na, Kyunguk,Lee, Dongseop,Lee, Hyungi,Choi, Hangseok 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.2
헬리컬 파일은 한 개 이상의 나선형 원판을 중공형 강재 축에 부착한 후 지반에 회전 관입시켜 지지력을 발현하게 하는 말뚝기초의 한 종류로서 별도로 천공작업 및 그라우팅을 필요로 하지 않고, 시공의 편의성과 말뚝 항타 등에 의한 소음이 없다는 장점이 있어 그 이용이 점차 증가되고 있는 추세이다. 본 연구에서는 Cylindrical shear method로 산정된 헬리컬 파일의 요구 지지력을 최소의 자재비용과 최적의 헬리컬 파일의 형상으로 발현할 수 있도록 하모니서치 알고리즘(Harmony search algorithm)을 적용하여 최적화된 설계법을 제안 하였다. 또한 헬리컬 파일의 최적 설계 결과를 2009 International building code (이하, 2009 IBC)를 참고하여 규격화시킨 설계 결과와 비교 검토하여 두 설계법의 경제성을 분석하였다. 본 논문의 재료비 최소화를 위한 헬리컬 파일 형상의 최적 설계 기법은 헬리컬 파일의 경제성을 향상하여 헬리컬 파일 시장 활성화에 기여할 수 있다. The helical pile is a manufactured steel pile consisting of one or more helix-shaped bearing plates affixed to a central shaft. This pile is installed by rotating the shaft into the ground to support structural loads. Advantages of the helical pile are no need for boring or grout process, and ability to install a pile foundation with relatively light devices. In this study, an optimized design method for helical piles is proposed to minimize the material cost with consideration of the load bearing capacity obtained by the cylindrical shear method. The harmony search meta-heuristic algorithm was adopted for optimization process. The optimized design was verified by comparing with the 2009 International building code. It is noted that the optimization for the configuration of helical piles along with material cost proves to be an out-performed tool in designing helical pile foundation with economic feasibility.
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헬리컬 파일의 지지력 산정을 위한 양방향 재하시험의 적용성 평가
이동섭(Dongseop Lee),나경욱(Kyunguk Na),이원제(Wonje Lee),김형남(Hyung-nam Kim),최항석(Hangseok Choi) 한국지반신소재학회 2014 한국지반신소재학회 논문집 Vol.13 No.4
헬리컬 파일(helical pile)은 회전 관입기로 시공이 가능하므로 비교적 소형의 장비로 말뚝 시공이 가능한 장점이 있어, 최근 다양한 현장에서 그 사용이 증가하고 있다. 그러나 헬리컬 파일의 지지력을 평가하기 위한 현장 정재하시험은 시험하중만큼의 사하중, 반력 말뚝, 반력 앵커 등이 필요하다는 단점이 있다. 본 연구에서는 헬리컬 파일에 상대적으로 재하장치가 간단하고 시험이 간편한 양방향 재하시험을 적용하였으며, 양방향 재하시험 결과와 정재하시험 결과를 비교하였다. 양방향 재하시험은 헬리컬 파일의 중공형 중심축(shaft)에 중심축의 직경과 일치하고 중심축 내부 공간으로 유압재하용 호스가 나올 수 있도록 특수하게 제작된 유압식 셀(cell)을 나선형 원판(helix plate)사이에 삽입한 후, 유압 셀(cell)에 가압하여 지지력을 측정하는 방식으로 수행되었다. 양방향 재하시험은 유압식 셀을 최하단 나선형 원판 상부에 삽입한 경우와 최상단 나선형 원판 상부에 삽입한 두 가지 케이스로 시험을 진행하였으며, 각각의 방법이 선단지지력과 주면마찰력을 측정할 수 있도록 말뚝 두부의 변형을 제한하였다. 시험은 89mm, 114mm의 중심축에 450mm, 350mm, 200mm의 나선형 원판을 부착하여 제작한 헬리컬 파일로 수행되었으며, 시험 결과 정재하시험으로 산정한 지지력과 양방향 재하시험으로 산정한 지지력이 유사함을 확인하였다. The helical pile has become popular with some constructional advantages because relatively compact equipment is needed for installing helical piles. However, field loading tests for estimating the bearing capacity of helical piles have drawbacks that the required dead load should be as much as the operation load, and reaction piles or anchors are required. In this paper, the bi-directional load test without necessity of reaction piles and loading frames was applied to the helical pile, and the load-settlement curves of the helical piles were measured. The bi-directional load test was performed in two separate stages with the aid of a special hydraulic cylinder whose diameter is equal to that of the pile shaft. In the first stage, the hydraulic cylinder is assembled immediately above the bottom helix plate, and the end bearing capacity of the helical pile is measured. In the second stage, the hydraulic cylinder is assembled above the top helix plate, and the skin friction of the helical pile is measured. The pile loading-test program was carried out for the two different helical piles with the shaft diameter of 89 mm and 114 mm, respectively. However, the configuration of helix plates is identical with three helix plates of 450-, 350-, 200- mm diameter. Results of the bi-directional load test were verified by the conventional static pile loading test. As a result, the bearing capacity estimated by the bi-directional load test is in good agreement with the result of the conventional pile loading test.
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