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© Park 기초공학 lecture_05_pile_foundation

Laterally loaded piles

1



Short piles

Long piles

2



widely used method for estimation pile capacity under lateral load

1) Elastic solution (지반반력법)

2) Broms method (극한평형법)

3) p-y 법 (수치해석법)

3


1) Elastic Solution

© 2

004

Broo

ks/C

ole

Publ

ishin

g /

Thom

son

Lear

ning

™

4


1) Broms method

Assumptions- Short piles : assumed shear failure in soil- Long piles : assumed bending of pile

Check for both modes in design.

5


1) Broms method: Short piles

Sand Clay6


1) Broms method: Long piles

SandClay

My = Yield moment of pilesMy = SFyS= section modulus of the pile sectionFy=yield stress of the pile material

7


1) Broms method: Deflection

Sand

Clay

14 1

15 1

( )4

( )

h

h

k B cmEI

n cmEI

kh(K): modulus of subgrade reaction = p/xnh: constant of modulus of subgrade reaction

hh

kn Bz

8

kh: 수평방향지반반력계수 / nh: ~상수

기타방법수치해석프로그램 (L-pile): use nonlinear p-y curve


kh and nh (구조물기초설계기준)

9


kh and nh (Canadian FE manual)1) Sand

2) Clay

kh = 67su/B

3) Empirical correlation (pressuremeter test)

Soil CompactnessCondition

nh (kN/m3)

AboveGroundwater

BelowGroundwater

Loose 2200 1300

Compact 6600 4400

Dense 18000 11000

Cohesionless soil

Cohesive soil

3.3 25 lMh

pEkd d

1.6 16 lMh

pEkd d

10


kh and nh (기타)

1) SPT – N vs. kh2) SPT – N vs. E kh3) 평판재하시험4) 수평재하시험으로부터역산

11


2) Elastic Solution

Winkler’s model:An elastic medium is replaced by a series of infinitely close independent elastic springs.

'

( mod ) h

pkx

k subgrade ulus n z

4

4

4

4

'

'

0

p p

p p

d xE I pdz

p kxd xE I kxdz

Soil reaction is in opposite direction to that of the pile deflection.

12


2) Elastic Solution

탄성지반반력법

말뚝의 EI가일정하고

길이가충분히길때적용

13


수평력을받는긴말뚝의응력과변형의이론해석

2) Elastic Solution : 탄성지반반력법 (Chang)

14

짧은말뚝 복잡함

Broms의 해 적용


Laterally loaded Group Piles

Spacing Reduction in kh

8D 1.06D 0.74D 0.43D 0.25

▪하중직각방향말뚝간거리> 2.5D 일경우,

그방향의무리말뚝효과를고려하지않음

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Design of Pile foundations

축방향 허용지지력• 말뚝의 축방향 허용지지력은 말뚝의 허용하중과 지반의 허용지지력

을 각각 계산한 다음 이 두가지 값을 비교하여 작은 값 이하로 한다.• 말뚝의 축방향 변위는 상부 구조물의 허용변위량 이내이어야 한다.

16

/

*

allowable ultimate

allowable allowable effective

Q Q FS

Q A

max

max

allowablep

allowable pce e

MP rA I

PHCMP r

A I

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국가구분

규정내 용 안전율 비고

한국

구조물 기초설계기준

(2008)

정역학적 지지력공식 이용 3.0이상

경험공식 이용 3.0이상

파일의 재하시험결과 이용 3.0

지반의 항복

현상에 대해

서는 2.0정도

의 안전율

도로교 설계기준

(2005)

시공관리시방에 따라 안전율

적용1.9∼3.5

AASHTO방

법과 미육군

공병단의 방

법 제시

철도 설계기준

(2004)

지지파일3 평상시

2 지진시

마찰파일4 평상시

3 지진시

미국

FHWA(2006)시공관리방법에 따라 안전율

적용2.0∼3.5

AASHTO(2002)시공관리시방에 따라 안전율

적용1.9∼3.5

일본일본 도로교시방서

(2002)

지지파일3 평상시

2 지진시

마찰파일4 평상시

3 지진시

유럽 Eurocode(2004) 부분안전계수 적용 - -

안전율 비교


지지력 결정 방법시행 여부

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ

지반조사 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯

정역학적 지지력 공식에 의한 계

산 ◯ ◯ ◯ ◯ ◯

동적 지지력 공식에 의한 계산 ◯

파동 방정식에 의한 분석 ◯ ◯ ◯ ◯

동적인 측정 및 분석

(예 PDA 등)◯ ◯

파일정재하시험 ◯ ◯

적용 가능한 안전율 3.50 2.75 2.25 2.00 1.90

도로교 설계기준(2005) 안전율 비교Based on AASHTO(2002)


파일의 종류

.재하시의 종류지지파일 마찰파일

평상시 3 4

지진시 2 3

극한지지력 추정법 안전율 보정계수

지지력 추정식 1.0

연직재하시험 1.2

철도 설계기준(2004) 안전율


이음방법 용접이음 볼트식 이음 비고

감소율 5%/개소 10%/개소

매입파일인 경우에는 이음부 손상

이 거의 없으므로 이음방법별 감

소율을 절반으로 적용

허용압축응력계산

부식: 강관의 경우 2mm

장경비에 대한 고려

RC N=70, 상한계 = 90PC N=80, 상한계 = 105강관 N=100, 상한계 = 130


항타응력적용사례

허용항타응력 = 0.9 항복응력


말뚝간격 –길이 –개수결정

외말뚝별Working Load / Moment 결정

외말뚝의허용축방향지지력계산허용횡방향지지력 계산

허용지지력 > Working Load?

Pile Foundation Design Procedure

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