단말뚝 기초의 수평방향 거동 영향인자를 고려한 해석 방법 비교

Abstract

본 논문에서는 단말뚝 기초의 수평방향 거동 영향인자를 고려한 해석 방법의 비교를 위해 다음과 같이 크게 세 가지의 연구를 수행하였다.

먼저, 본 연구에서 화강 풍화토에 대해 수행된 현장 수평재하시험 결과를 수평 재하 거동에 대한 대표적인 수치해석방법들을 이용하여 비교 분석하였다. 3차원 유한 요소법과 하중 전이 함수법의 비교를 통해 하중 전이 함수법에서 화강 풍화토의 수평 지지력이 과소평가되는 원인이 지반의 점착력과 팽창각, 그리고 지반과 말뚝의 마찰력에 있음을 규명하였다. 또한 이러한 화강 풍화토의 특성들이 기초의 수평 지지력에 미치는 정량적인 영향을 파악하기 위해 3차원 유한 요소법을 이용한 매개변수 연구를 수행한 결과 점착력과 마찰력이 팽창각에 비해 지배적인 영향 요소로 규명되었다.

위와 같이 기초의 수평 지지력에 영향을 미치는 것으로 파악된 지반의 특성들을 고려하고 단말뚝 기초에 유효한 four-spring 거동 mechanism을 수정하여, 비선형 지반 반력법을 이용한 송전용 강관주 철탑기초의 수치해석 모델을 개발하였다. 개발된 해석 모델은 본 연구에서 수행된 154kV 송전철탑에 대한 1/8 규모의 현장 모형 시험과 해외 현장 시험 자료들을 이용하여 각 지반 별로 보정을 수행하였다. 보정된 수치해석 모델은 본 연구에서 수행된 1/2 규모의 현장시험과 해외 실대형 시험자료와의 비교 분석을 통해 적용성을 확인하였다.

평지에 대해 개발된 수치해석 모델은 경사지 조건에 따른 지지력 감소계수를 도입하여 경사지 해석까지 확장되었다. 이를 위해 평지와 경사지에 설치된 말뚝 기초의 수평 거동에 대한 3차원 유한요소해석을 수행하여 수치해석으로부터 얻어진 p-y 함수를 비교함으로써 지지력 감소계수를 산정하였다. 산정된 감소계수를 적용한 수치해석 모델은 그 해석결과를 해외 원심모형 시험자료와 비교 분석하여 적용성을 검증하였다.

이상과 같은 연구를 통해 보다 경제적이고 신뢰성 있는 기초 구조물의 수평 거동 해석이 가능할 것으로 기대된다.