표제지
목차
국문초록 18
제1장 서론 20
1.1. 연구배경 20
1.2. 연구동향 21
1.3. 연구내용 및 방법 27
제2장 심형기초의 거동특성 28
2.1. 개요 28
2.2. 심형기초의 특징 28
2.2.1. 기초형식 분류 28
2.2.2. 말뚝의 한계상태 29
2.2.3. 송전철탑 기초의 종류 30
2.2.4. 심형기초의 특징 32
2.3. 인발거동 특성 분석 34
2.3.1. 기초구조물의 인발 거동특성 34
2.3.2. 심형기초의 인반 거동특성 41
2.3.3. 국내외 인발재하 심형기초 연구동향 43
2.4. 수평거동 특성 분석 46
2.4.1. 기초구조물의 수평 거동특성 46
2.4.2. 심형기초의 수평 거동특성 54
제3장 심형기초의 한계상태함수 결정 59
3.1. 개요 59
3.2. 이론적 배경 59
3.2.1. 구조물의 한계상태 60
3.2.2. 기초구조물의 LRFD 설계법 적용 63
3.3. 심형기초의 한계상태 함수 66
3.3.1. 심형기초의 주요 설계인자 66
3.3.2. 심형기초의 한계상태함수 74
제4장 심형기초의 현장실증시험 및 분석 81
4.1. 개요 81
4.2. 지반정수 산정 82
(1) 설계지반정수 산정방법 83
(2) 설계지반정수 산정 결과 83
4.3. 지반 및 하중조건에 따른 거동 분석 84
4.3.1. 풍화토 구간 84
4.3.2. 풍화암 구간 89
4.3.3. 연암 구간 92
4.3.4. 혼합층 구간 95
제5장 심형기초의 목표신뢰도지수 및 저항계수 결정 99
5.1. 인발 극한한계상태 99
5.1.1. 한계상태함수 99
5.1.2. FORM(First Order Reliability Method) 기반 신뢰성 분석 100
5.1.3. MCS(Monte Carlo Simulation) 기반 신뢰성 분석 102
5.1.4. 하중조합 및 하중계수의 통계특성치 결정 104
5.1.5. 저항편향계수의 통계특성치 결정 105
5.1.6. 신뢰성 평가 결과 109
5.2. 수평 극한한계상태 112
5.2.1. 한계상태함수 112
5.2.2. FORM기반 신뢰성 분석 알고리즘 114
5.2.3. 저항편향계수 115
5.2.4. 신뢰성 분석 결과 119
5.3. 수평 사용성한계 상태 121
5.3.1. 한계상태함수 121
5.3.2. MCS기반 신뢰성 분석 125
5.3.3. 신뢰성 분석 결과 129
5.4. 목표 신뢰도지수 결정 130
5.5. 인발 저항계수 산정 134
5.5.1. 저항계수 산정 절차 134
5.5.2. 인발 저항계수 산정 결과 138
5.6. 수평 저항계수 산정 141
5.6.1. 극한한계상태 141
5.6.2. 사용성한계상태 143
5.7. 결과 분석 145
제6장 수치해석을 활용한 현장실험 검증 147
6.1. 수치해석 프로그램 선정 147
6.1.1. 수치해석 프로그램 개요 147
6.1.2. 적용가능 지반구성 모델 147
6.1.3. 수치해석 적용 모델 156
6.2. 풍화토 지반에서의 현장실험 결과를 이용한 수치해석 158
6.2.1. 해석 개요 158
6.2.2. 3차원 수치해석을 활용한 현장 인발실험 해석적 검토 159
6.2.3. 3차원 수치해석을 활용한 현장 수평실험 해석적 검토 164
6.2.4. 풍화토 지반의 현장실험과 수치해석 결과 비교 167
6.3. 풍화암 지반에서의 현장실험 결과를 이용한 수치해석 168
6.3.1. 해석 개요 168
6.3.2. 3차원 수치해석을 활용한 현장 인발실험 해석적 검토 171
6.3.3. 3차원 수치해석을 활용한 현장 수평실험 해석적 검토 175
6.3.4. 풍화암 지반의 현장실험과 수치해석 결과 비교 178
6.4. 혼합층 지반에서의 현장실험 결과를 이용한 수치해석 179
6.4.1. 해석 개요 179
6.4.2. 3차원 수치해석을 활용한 현장 인발실험 해석적 검토 183
6.4.3. 3차원 수치해석을 활용한 현장 수평실험 해석적 검토 187
6.4.4. 혼합층 지반의 현장실험과 수치해석 결과 비교 190
6.5. 결과 분석 191
제7장 결론 192
참고 문헌 194
Abstract 206
표 2.1. 일반적인 기초 형식 29
표 2.2. 철탑기초의 형식별 특징 32
표 2.3. 경험에 의한 주면마찰력 산출식 41
표 2.4. 말뚝의 수평력을 추정하는 방법 50
표 2.5. 강성말뚝과 연성말뚝의 구분 52
표 2.6. 국내외 말뚝의 허용수평변위 기준 53
표 2.7. 기초 안정검토 항목 및 지지기구의 개념도 56
표 2.8. 기초 수평저항에 관한 설계법 비교 57
표 3.1. 구조물의 사용한계상태 61
표 3.2. 구조물의 사용한계상태 62
표 3.3. 극한한계상태 62
표 3.4. 배수조건에서의 현장타설말뚝의 인발저항계수 (극한한계상태) 68
표 3.5. 배수조건에서의 현장타설말뚝의 인발저항계수 (사용성한계상태) 68
표 3.6. 배수조건에서의 현장타설말뚝의 수평저항계수 (극한한계상태) 73
표 3.7. 배수조건에서의 현장타설말뚝의 수평저항계수 (사용성한계상태) 74
표 3.8. 수평하중을 받는 말뚝의 한계상태함수 77
표 3.9. 대표적인 수평지지력 해석 기준 78
표 3.10. 국내외 말뚝의 허용수평변위 기준 79
표 4.1. 시험계획 (인발시험) 81
표 4.2. 시험계획 (수평재하) 82
표 4.3. 설계지반정수 산정 결과(풍화토 구간) 83
표 4.4. 설계지반정수 산정 결과(풍화암 구간) 84
표 4.5. 설계지반정수 산정 결과(연암 및 혼합층 구간) 84
표 5.1. 심형기초의 신뢰성 분석을 위한 하중조합 및 하중계수의 통계특성치 105
표 5.2. 편향계수(측정 / 예측 인발지지력) 산정 결과 106
표 5.3. 지층별 편향계수 산정 결과(풍화토) 107
표 5.4. 지층별 편향계수 산정 결과(풍화암) 108
표 5.5. 지층별 편향계수 산정 결과(연암) 108
표 5.6. 인발 지지력에 대한 편향계수 산정 결과 109
표 5.7. 신뢰성 평가 결과(안전율 2.0) 110
표 5.8. 신뢰성 평가 결과(안전율 2.5) 110
표 5.9. 신뢰성 평가 결과(안전율 3.0) 111
표 5.10. 신뢰성 평가 결과(안전율 3.5) 111
표 5.11. 신뢰성 평가 결과(현장 실험 자료, 안전율 4.0) 111
표 5.12. 토사지반 실험 데이터베이스의 저항편향계수 116
표 5.13. 암반지반 실험 데이터베이스의 저항편향계수 117
표 5.14. 심형기초의 수평거동 극한한계상태 저항편향계수 (통계 이상치 제외) 118
표 5.15. 토사지반 실험 데이터베이스의 적합 매개변수 a 126
표 5.16. 암반지반 실험 데이터베이스의 적합 매개변수 a 127
표 5.17. 심형기초의 수평거동 사용성한계상태 적합 매개변수 (이상치 제외) 128
표 5.18. 항타말뚝의 신뢰도지수 131
표 5.19. 국내외 한계상태설계기준 하부구조 목표신뢰도수준 133
표 5.20. 송전철탑 철탑형식별 부재 목표신뢰도지수 133
표 5.21. FORM기반 저항계수 산정 알고리즘 및 보정 과정 136
표 5.22. MCS기반 저항계수 산정 알고리즘 및 보정 과정 137
표 5.23. 저항계수 산정 결과(MCS) 138
표 5.24. FORM과 MCS에 의한 저항계수 산정 결과 비교 139
표 5.25. 심형기초의 저항계수 산정 결과 140
표 5.26. 참고문헌별 환경하중의 편향계수와 변동계수 141
표 6.1. Mohr-Coulomb 모델의 재료 입력 물성 149
표 6.2. 쌍곡선모델(Duncan-Chang)의 재료 입력 물성 153
표 6.3. Mohr-Coulomb 모델의 재료 입력 물성 156
표 6.4. 지반구성 모델 비교 157
표 6.5. 수치해석 적용 모델 157
표 6.6. 현장실험 수행현황 158
표 6.7. 해석 시 적용 Parameter 159
표 6.8. 인터페이스 특성에 따른 인발변위 161
표 6.9. 현장실험과 수치해석 축하중 비교 163
표 6.10. 인터페이스 특성에 따른 수평변위 165
표 6.11. 현장 인발실험과 수치해석 결과 비교 167
표 6.12. 현장 수평실험과 수치해석 결과 비교 167
표 6.13. 현장실험 수행현황 168
표 6.14. 해석 시 적용 Parameter 169
표 6.15. 해석 시 적용 Parameter(Hoek-Brown 모델) 169
표 6.16. 인터페이스 특성에 따른 인발변위 172
표 6.17. 현장실험과 수치해석 축하중 비교 174
표 6.18. 인터페이스 특성에 따른 수평변위 176
표 6.19. 현장 인발실험과 수치해석 결과 비교 178
표 6.20. 현장 수평실험과 수치해석 결과 비교 179
표 6.21. 현장실험 수행현황 180
표 6.22. 해석 시 적용 Parameter 181
표 6.23. 해석 시 적용 Parameter(Hoek-Brown 모델) 181
표 6.24. 인터페이스 특성에 따른 인발변위 184
표 6.25. 현장실험과 수치해석 축하중 비교 186
표 6.26. 인터페이스 특성에 따른 수평변위 188
표 6.27. 현장 인발실험과 수치해석 결과 비교 190
표 6.28. 현장 수평실험과 수치해석 결과 비교 191
그림 2.1. 말뚝 기초의 한계상태 30
그림 2.2. 하중전달방식에 따른 기초의 종류 31
그림 2.3. 송전철탑 기초형상과 종류 31
그림 2.4. 심형기초 형상 33
그림 2.5. 비탈면 경사지반 수평 안정성 검토 34
그림 2.6. 말뚝의 주면 및 선단지지력 분포 35
그림 2.7. 시간경과에 따른 선단지지력 증가 36
그림 2.8. 토사부 주면마찰력-변형률 관계 37
그림 2.9. 암반근입부 주면마찰력-변형률 관계 37
그림 2.10. 하중전이실험에 의한 축하중분포도의 측정 38
그림 2.11. 단일말뚝의 하중전이해석 39
그림 2.12. 정규화된 t-z곡선 40
그림 2.13. 인장내력을 기대할 수 있는 층 및 각 층의 연직응력 계산 41
그림 2.14. 수평재하 말뚝의 설계 기준 47
그림 2.15. 수평하중을 받는 말뚝의 거동 48
그림 2.16. 수평하중에 의한 지반반력 48
그림 2.17. 말뚝의 상대강성과 두부 조건에 따른 파괴 형상 49
그림 2.18. Winkler의 이상화 된 보 50
그림 2.19. 비선형해석법 51
그림 2.20. 수평하중을 받는 말뚝에 작용하는 극한수평토압 분포: (a) Broms (1964), (b) Petrasovits & Award (1972),... 52
그림 2.21. 수평안정 검토시의 모델 및 활동면의 전단저항력 55
그림 2.22. 심형기초의 지반반력계수, 지반반력 및 변위 57
그림 3.1. 하중 Q 와 저항 R 의 확률밀도함수 60
그림 3.2. 한계상태설계의 개념 61
그림 3.3. 짧은 말뚝의 극한 수평지지력에 대한 Broms의 해 70
그림 3.4. 긴 말뚝의 극한 수평지지력에 대한 Broms의 해 70
그림 3.5. 말뚝 두부의 변위 추정을 위한 Broms의 해 70
그림 3.6. Brinch-Hansen방법의 지지력계수, Kα, kc[이미지참조] 71
그림 3.7. 영향인자의 따른 수평지지력 추정방법의 비교 72
그림 3.8. 내부마찰각 변동계수에 따른 현장타설말뚝 매개변수 연구 결과 72
그림 3.9. 수평재하 말뚝의 설계 검토 76
그림 3.10. 경사각과 직경대비 변위 관계 80
그림 4.1. 하중-변위 분석 결과(풍화토 구간, 인발거동) 85
그림 4.2. 축력분포 분석 결과(풍화토 구간, 인발거동) 86
그림 4.3. 단위 주면마찰력 분석 결과(풍화토 구간, 인발거동) 87
그림 4.4. 분절변형 분석 결과(풍화토 구간, 인발거동) 88
그림 4.5. 하중-변위 분석 결과(풍화토 구간, 수평거동) 89
그림 4.6. 하중-변위 분석 결과(PO-WR-01) 90
그림 4.7. 축력분포 분석 결과(PO-WR-01) 90
그림 4.8. 단위 주면마찰력 분석 결과(PO-WR-01) 91
그림 4.9. 분절변형 분석 결과(PO-WR-01) 91
그림 4.10. 하중-변위 분석 결과(PH-WR-01) 92
그림 4.11. 하중-변위 분석 결과(PO-SR-01) 92
그림 4.12. 축력분포 분석 결과(PO-SR-01) 93
그림 4.13. 단위 주면마찰력 분석 결과(PO-SR-01) 93
그림 4.14. 분절변형 분석 결과(PO-SR-01) 94
그림 4.15. 하중-변위 분석 결과(PH-SR-01) 94
그림 4.16. 하중-변위 분석 결과(혼합층 구간, 인발거동) 95
그림 4.17. 축력분포 분석 결과(혼합층 구간, 인발거동) 96
그림 4.18. 단위 주면마찰력 분석 결과(혼합층 구간, 인발거동) 97
그림 4.19. 분절변형 분석 결과(혼합층 구간, 인발거동) 97
그림 4.20. 하중-변위 분석 결과(혼합층 구간, 수평거동) 98
그림 5.1. FORM의 신뢰성지수 101
그림 5.2. MCS의 역변환법 101
그림 5.3. 현장실험 자료의 안전율에 따른 신뢰도지수 112
그림 5.4. 설계변수 원점과 파괴면까지의 최소거리 114
그림 5.5. FORM기반 신뢰성분석 알고리즘 115
그림 5.6. 심형기초 수평 저항편향계수 히스토그램 및 확률밀도함수 118
그림 5.7. 송전철탑 작용하중효과에 따른 극한한계상태 신뢰수준 120
그림 5.8. 안전율에 따른 신뢰도지수 120
그림 5.9. 사용성한계상태 신뢰성기반 설계 122
그림 5.10. 쌍곡선 함수의 특성 123
그림 5.11. 심형기초 적합 매개변수 히스토그램 및 확률밀도함수 128
그림 5.12. 송전철탑 작용하중효과에 따른 사용성한계상태 신뢰수준 129
그림 5.13. 여용성(Redundancy)을 고려한 목표신뢰도지수 132
그림 5.14. 현장실험 자료의 βT에 따른 저항계수[이미지참조] 139
그림 5.15. FORM과 MCS의 저항계수 차이(βT＝3.2)[이미지참조] 139
그림 5.16. 심형기초 수평 극한한계상태 저항계수 142
그림 5.17. 심형기초 수평 사용성한계상태 저항계수 144
그림 6.1. Mohr-Coulomb 모델의 재료 거동 및 항복함수 148
그림 6.2. Mohr-Coulomb 모델의 재료 입력 물성 149
그림 6.3. 쌍곡선모델(Duncan-Chang)의 응력-변형률 관계 151
그림 6.4. 주요 입력 재료 물성 152
그림 6.5. 쌍곡선모델(Duncan-Chang)의 재료 입력 물성 153
그림 6.6. Hoek-Brown의 주응력 공간상에서의 항복면 형상 155
그림 6.7. Hoek-Brown 모델의 재료 입력 물성 156
그림 6.8. 현장 인발실험 결과(풍화토) 159
그림 6.9. 해석 모델링 160
그림 6.10. 인터페이스 특성 변화에 따른 수치해석 결과 161
그림 6.11. 인발하중 재하 시 수치해석 결과도 162
그림 6.12. 축하중 분석 비교 163
그림 6.13. 수평실험 해석 모델링 164
그림 6.14. 인터페이스에 따른 수평변위 경향 165
그림 6.15. 수평하중 재하 시 수치해석 결과도 166
그림 6.16. 암반정수 산정 170
그림 6.17. 현장 인발실험 결과(풍화암) 170
그림 6.18. 해석 모델링 171
그림 6.19. 인터페이스 특성 변화에 따른 수치해석 결과 173
그림 6.20. 인발하중 재하 시 수치해석 결과도 173
그림 6.21. 축하중 분석 비교 174
그림 6.22. 수평실험 해석 모델링 175
그림 6.23. 인터페이스에 따른 수평변위 경향 176
그림 6.24. 수평하중 재하 시 수치해석 결과도 177
그림 6.25. 암반정수 산정 182
그림 6.26. 현장 인발실험 결과(혼합층) 182
그림 6.27. 해석 모델링 183
그림 6.28. 인터페이스 특성 변화에 따른 수치해석 결과 184
그림 6.29. 인발하중 재하 시 수치해석 결과도 185
그림 6.30. 축하중 분석 비교 186
그림 6.31. 수평실험 해석 모델링 187
그림 6.32. 인터페이스에 따른 수평변위 경향 188
그림 6.33. 수평하중 재하 시 수치해석 결과도 189