KR20200077364A - Earthquake-Resistance Design System and Method of soil-pile system considering dynamic p-y curves - Google Patents

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KR20200077364A
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Abstract

The present invention relates to a seismic design system for a ground-pile system considering a dynamic characteristic, which comprises: an input value calculation part (100) for calculating input values of frequencies and acceleration for a plurality of ranges by the 1 g shaking table test; an initial dynamic p-y curve generation part (200) for generating an initial dynamic p-y curve in a range of the input frequencies and input acceleration obtained by the input value calculation part (100); a vertex search part (300) for finding out vertexes in which maximum subgrade reaction is observed from the initial dynamic p-y curve; and a final dynamic p-y curve deriving part (400) for connecting the searched vertexes to derive a final dynamic p-y curve which is applicable to an equivalent static analysis.

Description

동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템 및 내진설계 방법{Earthquake-Resistance Design System and Method of soil-pile system considering dynamic p-y curves}Earthquake-Resistance Design System and Method of soil-pile system considering dynamic p-y curves}

본 발명은 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법에 관한 것이다. 구체적으로는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a seismic design method of a ground-pile system. Specifically, it relates to a seismic design method of a ground-pile system considering dynamic characteristics.

최근 세계 각지에서 규모 6.0 이상의 대규모 지진 및 지진해일 발생 횟수가 증가하여 많은 인명과 재산 피해가 발생하였음. 국내에서도 1988년 이후 지진발생빈도가 꾸준히 증가하고 있는 추세이며, 최근 2년 사이에 울산 해역에서 규모 5.0의 지진, 경주지역에서 규모 5.8의 지진 및 포항지역에서 규모 5.4의 지진이 발생한다.In recent years, the number of large-scale earthquakes and tsunamis over 6.0 has increased in many parts of the world, causing many people and property damage. In Korea, the frequency of earthquake occurrence has been increasing steadily since 1988, and in the past two years, an earthquake of magnitude 5.0 in the Ulsan area, an earthquake of magnitude 5.8 in the Gyeongju region, and an earthquake of magnitude 5.4 in the Pohang region.

이에 한국도 더 이상 지진에 대한 안전지대라고 할 수 없다. 지진에 의한 구조물의 변형 및 손상으로 인하여 인명 및 재산피해를 발생시킬 수 있기 때문에 이에 대한 내진설계의 중요성이 점차 커지고 있다. Therefore, Korea is no longer a safe zone for earthquakes. Due to the deformation and damage of structures due to earthquakes, personal and property damage can occur, so the importance of seismic design is gradually increasing.

본 발명에서는 국내 설계기준에 적합한 지진하중을 모사할 수 있는 실내 진동대(shaking table) 실험 및 상세해석을 통해서 다양한 형태의 반복하중(cyclic loading)과 동적하중(dynamic loading)이 작용할 때의 하부기초 시스템의 동적 거동을 파악하고 지반반력계수의 특성을 제시하고자 한다. 이를 통해 구조물-기초-지반이 일체화된 상호작용을 고려한 구조물의 동적 거동을 경제적이고 합리적으로 예측할 수 있는 내진해석 및 설계기법을 제안하고자 한다.In the present invention, a lower foundation system when various types of cyclic loading and dynamic loading are applied through an indoor shaking table experiment and detailed analysis capable of simulating seismic loads suitable for domestic design standards. The purpose of this study is to grasp the dynamic behavior of and to present the characteristics of the ground reaction force coefficient. Through this, I would like to propose a seismic analysis and design technique that can economically and reasonably predict the dynamic behavior of a structure considering the interaction of the structure-base-ground.

수평 정적하중(lateral monotonic loading)을 받는 구조물의 말뚝기초 해석시 지반의 비선형성을 고려할 수 있는 p-y 곡선법(지면반력-변위 곡선법)이 널리 이용되고 있다. 말뚝 기초의 내진설계에는 지진하중에 의한 말뚝에 작용하는 관성력을 추가적인 하중으로 작용시켜 해석하는 등가 정적 해석법이 주로 사용되고 있다. The p-y curve method (ground reaction force-displacement curve method), which can take into account the nonlinearity of the ground, is widely used in pile foundation analysis of structures subjected to lateral monotonic loading. In the seismic design of pile foundations, the equivalent static analysis method is mainly used to analyze the inertial force acting on the pile by an earthquake load with an additional load.

등가 정적해석시 수평하중을 받는 말뚝의 횡방향 거동을 해석하기 위하여 지반의 비선형거동을 고려할 수 있는 p-y 곡선법이 널리 이용되고 있다. 수평 정적하중을 받는 경우 지반 조건에 따라 경험적 p-y 곡선 함수가 주로 이용되고 있다. In order to analyze the lateral behavior of piles under horizontal load during equivalent static analysis, a p-y curve method that can take into account the nonlinear behavior of the ground has been widely used. In the case of receiving a horizontal static load, an empirical p-y curve function is mainly used depending on the ground conditions.

그러나 반복적으로 작용하는 수평하중을 받는 조건에 대해서는 반복하중의 특성을 고려할 수 있는 일반화된 p-y 곡선 모델이 국내·외에서 제시된 것이 없는 실정이다. 이에 동적인 하중 조건임에도 불구하고 정적인 상태에서의 p-y 곡선을 그대로 이용하거나 일부를 수정하여 사용하고 있는 실정이다.However, for the condition of receiving a horizontal load that acts repeatedly, a generalized p-y curve model that can take into account the characteristics of the repeated load has not been proposed at home or abroad. In spite of the dynamic load conditions, the p-y curve in a static state is used as it is or a part of it is used.

기존 연구사례를 통하여 반복적으로 작용하는 수평하중에 대하여 반복하중(cyclic loading)과 동적하중(dynamic loading)의 거동 차이를 알 수 있다.Through the existing research cases, the difference in behavior between cyclic loading and dynamic loading can be seen for horizontal loads that act repeatedly.

종래 현장 재하시험을 통해 반복하중(cyclic loading)이 지반의 저항력을 감소시킨다는 보고가 있었다. 또한, 반복하중에 의한 지반 저항력의 감소효과는 하중의 반복횟수, 말뚝의 시공 방법 및 반복하중의 크기, 형태 등에 영향을 받는 다는 보고가 있었다.It has been reported that cyclic loading reduces the resistance of the ground through conventional field loading tests. In addition, it has been reported that the effect of reducing ground resistance due to repeated loads is influenced by the number of load repetitions, the construction method of piles, and the size and shape of the repeated loads.

말뚝 기초의 내진설계에는 지진하중에 의한 말뚝에 작용하는 관성력을 추가적인 하중으로 작용시켜 해석하는 등가 정적 해석법이 주로 사용되고 있으며, 등가 정적 해석 시 수평하중을 받는 말뚝의 횡방향 거동을 해석하기 위하여 지반의 비선형거동을 고려할 수 있는 p-y 곡선법이 널리 이용되고 있다. In the seismic design of pile foundations, an equivalent static analysis method is mainly used to analyze by applying an inertial force acting on the pile as an additional load, and during the equivalent static analysis, to analyze the lateral behavior of the pile under horizontal load, The py curve method, which can consider nonlinear behavior, is widely used.

p-y 곡선은 다양한 지반조건에서 말뚝 두부에 정적 혹은 반복하중을 재하 하는 실험을 기반으로 개발되었다. 기존에 제시된 대부분의 p-y 곡선은 말뚝 두부에 정적인 하중 혹은 반복하중을 가하여 실험적으로 산정된 p-y곡선으로 말뚝 상부에서의 관성력뿐만 아니라 말뚝 주위 지반의 영향이 함께 고려되어야 하는 동적 하중 조건에서는 적합하지 않다. The p-y curve was developed based on the experiment of loading a static or cyclic load on the pile head under various ground conditions. Most of the existing py curves are py curves that are experimentally calculated by applying static loads or repeated loads to the pile head. They are not suitable for dynamic load conditions where the influence of the ground around the pile must be considered as well as the inertia force at the top of the pile. .

이를 극복하기 위해 동적하중 조건을 고려한 말뚝의 p-y 곡선에 대한 연구가 진행되고 있다. 종래 기술은 말뚝 두부에 진동을 가하는 실험을 수행하여, 동적 p-y 곡선의 할선기울기는 하중 진동수에 큰 영향을 끼치는 것을 확인한 바 있다.To overcome this, studies are being conducted on p-y curves of piles considering dynamic load conditions. In the prior art, experiments were performed to apply vibration to the head of the pile, and it was confirmed that the sloping slope of the dynamic p-y curve greatly influences the load frequency.

(문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0112698호 (2005.12.01)(Document 1) Republic of Korea Patent Publication No. 10-2005-0112698 (2005.12.01)

본 발명에 따른 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템 및 내진설계 방법은 다음과 같은 해결과제를 가진다.The seismic design system and seismic design method of the ground-pile system considering the dynamic characteristics according to the present invention have the following problems.

첫째, 구조물-지반-말뚝의 상호영향을 고려한 거동 분석을 통해 지진시 기초구조물의 동적 p-y 곡선 영향인자를 제안하고자 한다.First, the dynamic p-y curve influencing factor of the basic structure during an earthquake is proposed by analyzing the behavior considering the mutual influence of the structure-ground-pile.

둘째, 현재 설계에서 사용되고 있는 등가정적해석에 대한 제한적 설계법에 대해서 고유 진동수와 하중 진동수를 고려한 합리적인 동적 p-y 곡선을 제안하고자 한다.Second, a reasonable dynamic p-y curve considering natural frequency and load frequency is proposed for the limited design method for equivalent static analysis used in the current design.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다. The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템으로서, 1g 진동대 실험으로 복수의 범위에 대한 주파수 및 가속도의 입력값을 산정하는 입력값 산정부(100); 상기 입력값 산정부(100)에서 구한 입력주파수 및 입력가속도 범위에서 최초 동적 p-y 곡선을 생성하는 최초 동적 p-y 곡선 생성부(200); 상기 최초 동적 p-y 곡선으로부터 최대 지반 반력이 나타나는 꼭지점들을 찾아내는 꼭지점 탐색부(300); 및 탐색된 상기 꼭지점들을 연결하여 등가 정적 해석에 적용할 수 있는 최종 동적 p-y 곡선을 도출하는 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)를 포함한다.The present invention is a seismic design system of a ground-pile system in consideration of dynamic characteristics, an input value calculating unit 100 for calculating input values of frequencies and accelerations for a plurality of ranges by a 1g shaking table experiment; An initial dynamic p-y curve generator 200 for generating an initial dynamic p-y curve in the input frequency and input acceleration range obtained from the input value calculating unit 100; A vertex search unit (300) for finding vertices with maximum ground reaction force from the initial dynamic p-y curve; And a final dynamic p-y curve derivation unit 400 that derives a final dynamic p-y curve applicable to equivalent static analysis by connecting the searched vertices.

본 발명에 따른 입력주파수 산정부(110)는 스윕 테스트를 통해 특정 조건의 고유진동수(fn)를 산정하고, 고유진동수를 기준으로 0.4fn ~ 1.6fn의 비율로 입력주파수를 산정할 수 있다.The input frequency calculating unit 110 according to the present invention may calculate the natural frequency fn of a specific condition through a sweep test, and calculate the input frequency at a ratio of 0.4fn to 1.6fn based on the natural frequency.

본 발명에 따른 입력주파수 산정부(110)는 스윕 테스트를 통해 특정 조건의 고유진동수(fn)를 산정하고, 고유진동수를 기준으로 0.4fn ~ 1.6fn의 비율로 입력주파수를 산정할 수 있다.The input frequency calculating unit 110 according to the present invention may calculate the natural frequency fn of a specific condition through a sweep test, and calculate the input frequency at a ratio of 0.4fn to 1.6fn based on the natural frequency.

본 발명에 따른 입력가속도 산정부(120)는 입력주파수를 고유진동수와 동일한 1.0fn으로 고정한 후, 조밀한 지반의 상대밀도(Dr)가 80%일 때는 입력가속도를 0.098g~0.4g로 변화시키고, 느슨한 지반의 상대밀도(Dr)가 40%일 때는 입력가속도를 0.098g~0.3g로 변화시킬 수 있다.The input acceleration calculating unit 120 according to the present invention fixes the input frequency to 1.0f n equal to the natural frequency, and then changes the input acceleration from 0.098g to 0.4g when the relative density (Dr) of the compact ground is 80%. When the relative density (Dr) of loose ground is 40%, the input acceleration can be changed from 0.098g to 0.3g.

본 발명에 따른 최초 동적 p-y 곡선 생성부(200)는 깊이별 휨모멘트 분포 함수를 결정한 후 수학식 1에 따라 2번 미분하여 지반 반력을 산정하고, 수학식 2에 따라 2번 적분하여 말뚝의 변위를 산정할 수 있다.The first dynamic py curve generator 200 according to the present invention determines the bending moment distribution function for each depth and then differentiates it twice according to Equation 1 to calculate the ground reaction force, and integrates it twice according to Equation 2 to displace the pile. Can be calculated.

본 발명에 있어서, 동적 p-y 곡선을 구성하는 변위(y)는 지반-말뚝 간 상대변위이며, 지반 가속도계 계측 값을 2번 적분하여 자유장 지반변위를 산정하고, 말뚝 변위에서 지반 변위를 빼주어 동적 p-y곡선을 생성시킬 수 있다.In the present invention, the displacement (y) constituting the dynamic py curve is the relative displacement between the ground and the pile, and the integral accelerometer measurement value is integrated twice to calculate the free-field ground displacement, and the ground displacement is subtracted from the pile displacement to be dynamic You can create a py curve.

본 발명에 따른 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)는 최종 동적 p-y 곡선을 도출하기 위하여, 수학식 3을 이용할 수 있다.The final dynamic p-y curve derivation unit 400 according to the present invention may use Equation 3 to derive the final dynamic p-y curve.

본 발명에 따른 초기 기울기(K)는 수학식 4로 결정될 수 있다.The initial slope K according to the present invention may be determined by Equation (4).

본 발명에 따른 통계상수(A)는 선형 회귀분석으로 산출되며, 조밀한 지반의 상대밀도가 80% 일 때 1414.8이며, 느슨한 지반의 상대밀도가 40% 일 때 995.94로 구비되며, 초기 기울기(K) 식은 지반의 상대밀도(Dr)에 따라, 수학식 5 및 수학식 6으로 나타날 수 있다.The statistical constant (A) according to the present invention is calculated by linear regression analysis, is 1414.8 when the relative density of the dense ground is 80%, is provided as 995.94 when the relative density of the loose ground is 40%, and the initial slope (K ) The equation may be represented by Equation 5 and Equation 6 according to the relative density (Dr) of the ground.

본 발명에 따른 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)는 동적 p-y 곡선의 극한 지반반력(Pu)를 도출하기 위하여, 수학식 7을 이용할 수 있다.The final dynamic p-y curve derivation unit 400 according to the present invention may use Equation (7) to derive the extreme ground reaction force (Pu) of the dynamic p-y curve.

본 발명에 따른 통계상수인 A와 n을 결정하기 위하여, 수학식 7을 수학식 8로 변형하여, log 스케일에서 선형 회귀분석을 수행하며, 동적 p-y 곡선의 극한 지반반력(Pu)은 지반의 상대밀도에 따라, 수학식 9 및 수학식 10로 도출할 수 있다.In order to determine the statistical constants A and n according to the present invention, Equation 7 is modified to Equation 8 to perform a linear regression analysis on a log scale, and the ultimate ground reaction force (Pu) of the dynamic py curve is the relative of the ground. Depending on the density, it can be derived from Equation 9 and Equation 10.

본 발명은 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법으로서, 입력값 산정부(100)가 1g 진동대 실험으로 복수의 범위에 대한 주파수 및 가속도의 입력값을 산정하는 S1 단계;The present invention is a seismic design method of a ground-pile system in consideration of dynamic characteristics, in which the input value calculating unit 100 calculates input values of frequency and acceleration for a plurality of ranges through a 1 g shaking table experiment;

최초 동적 p-y 곡선 생성부(200)가 상기 입력값 산정부(100)에서 구한 입력주파수 및 입력가속도 범위에서 최초 동적 p-y 곡선을 생성하고, 꼭지점 탐색부(300)가 상기 최초 동적 p-y 곡선으로부터 최대 지반 반력이 나타나는 꼭지점들을 찾아내는 S2 단계; 및The initial dynamic py curve generation unit 200 generates the initial dynamic py curve from the input frequency and input acceleration range obtained from the input value calculation unit 100, and the vertex search unit 300 is the maximum ground from the initial dynamic py curve Step S2 to find the vertices where the reaction force appears; And

최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)가 탐색된 상기 꼭지점들을 연결하여 등가 정적 해석에 적용할 수 있는 최종 동적 p-y 곡선을 도출하는 S3 단계를 포함할 수 있다.The final dynamic p-y curve derivation unit 400 may include a step S3 of connecting the vertices searched to derive a final dynamic p-y curve applicable to equivalent static analysis.

본 발명은 컴퓨터 프로그램으로서, 하드웨어와 결합되어, 본 발명에 따른 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터가 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램인 것이 바람직하다.The present invention is a computer program, preferably a computer program stored in a computer-readable recording medium in order to execute a seismic design method of a ground-pile system in consideration of dynamic characteristics according to the present invention in combination with hardware.

본 발명에 따른 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템 및 내진설계 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.The seismic design system and seismic design method of the ground-pile system considering the dynamic characteristics according to the present invention have the following effects.

첫째, 지반-기초의 일체화된 상호작용을 고려한 동적 p-y 곡선을 이용함으로써 합리적 내진설계가 가능한 효과가 있다.First, a rational seismic design is possible by using a dynamic p-y curve considering the integrated interaction of the ground-base.

둘째, 기존 제안식들은 고유진동수와 하중진동수를 고려하지 않은 결과들이였으나 본 기술에서는 고유진동수와 하중진동수의 고려를 통해 동적 p-y 곡선을 제안하여 합리적이며 경제적 설계가 가능한 효과가 있다.Second, the existing proposals were results that did not take into account the natural frequency and the load frequency. However, in this technology, a dynamic p-y curve is proposed through consideration of the natural frequency and the load frequency, and there is a reasonable and economical design effect.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will become apparent to those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명에 따른 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법의 순서도이다.
도 3은 수평하중이 작용하는 말뚝의 정적 p-y 곡선을 나타낸다.
도 4는 수평하중이 작용하는 말뚝의 동적 p-y 곡선을 나타낸다.
도 5 내지 도 10은 본 발명에 따른 깊이별 동적 p-y 중추 곡선을 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 초기 기울기의 결정에 관한 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 한 지반반력의 결정에 관한 그래프이다.
도 13 내지 도 18은 본 발명에 따른 깊이별 동적 p-y 곡선의 비교를 나타낸다.
도 19는 조밀한 사질토에 대한 깊이별 말뚝 변위 비교를 나타내며, 도 20은 느슨한 사질토에 대한 깊이별 말뚝 변위 비교를 나타낸다.
도 21은 조밀한 사질토에 대한 깊이별 말뚝 휨모멘트 비교를 나타내며, 도 22는 느슨한 사질토에 대한 깊이별 말뚝 휨모멘트 비교를 나타낸다.
도 23은 조밀한 사질토에 대한 깊이별 말뚝 전단력 비교를 나타내며, 도 24는 느슨한 사질토에 대한 깊이별 말뚝 전단력 비교를 나타낸다.
도 25는 입력주파수별 말뚝 두부 최대 변위를 나타낸다.
도 26은 입력가속도별 말뚝시스템의 고유진동수를 나타낸다.
도 27 내지 도 30은 입력주파수에 따른 말뚝 깊이별 동적 p-y 곡선을 나타낸다.
도 31은 각 주파수별 p-y 곡선이다.
1 is a block diagram of a seismic design system of a ground-pile system according to the present invention.
2 is a flow chart of a seismic design method of a ground-pile system according to the present invention.
Figure 3 shows the static py curve of the pile acting horizontal load.
4 shows a dynamic py curve of a pile on which horizontal load is applied.
5 to 10 show a dynamic py central curve for each depth according to the present invention.
11 is a graph of determining the initial slope according to the present invention.
12 is a graph relating to the determination of a ground reaction force according to the present invention.
13 to 18 show a comparison of dynamic py curves according to depths according to the present invention.
FIG. 19 shows a comparison of pile displacement by depth for dense sandy soil, and FIG. 20 shows a comparison of pile displacement by depth for loose sandy soil.
21 shows a comparison of pile bending moments by depth for dense sandy soils, and FIG. 22 shows a comparison of pile bending moments by depth for loose sandy soils.
23 shows a comparison of pile shear force by depth for dense sandy soil, and FIG. 24 shows a comparison of pile shear force by depth for loose sandy soil.
25 shows the maximum displacement of the pile head by input frequency.
26 shows the natural frequency of the pile system for each input acceleration.
27 to 30 show dynamic py curves for each pile depth according to the input frequency.
31 is a py curve for each frequency.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. As those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily understand, the embodiments described below may be modified in various forms without departing from the concept and scope of the present invention. Where possible, the same or similar parts are indicated by the same reference numerals in the drawings.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.The terminology used in this specification is only for referring to a specific embodiment, and is not intended to limit the present invention. The singular forms used herein also include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.As used herein, the meaning of “comprising” embodies certain properties, regions, integers, steps, actions, elements and/or components, and other specific properties, regions, integers, steps, actions, elements, components and/or It does not exclude the presence or addition of military forces.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical terms and scientific terms used in the present specification have the same meaning as those generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having meanings consistent with related technical documents and currently disclosed contents, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.

도 3은 수평하중이 작용하는 말뚝의 정적 p-y 곡선을 나타내고, 도 4는 수평하중이 작용하는 말뚝의 동적 p-y 곡선을 나타낸다.3 shows a static p-y curve of a pile acting on a horizontal load, and FIG. 4 shows a dynamic p-y curve of a pile acting on a horizontal load.

종래 기술에서는 도 3 및 도 4와 같이, 정적하중과 반복하중 그리고 동적하중에 대한 p-y 곡선은 엄연히 차이가 있다. 이는 이미 많은 선행 연구자들에 의해 확인된 사실이다. 하지만, 현재 설계에서는 등가정적해석을 이용하여 설계하고 있으며, 또한, 기존 연구결과들은 하중 진동수와 지반-말뚝 시스템의 고유 진동수를 고려하지 못하고 있다.In the prior art, as shown in Figs. 3 and 4, the p-y curves for static and cyclic loads and dynamic loads differ significantly. This is already confirmed by many previous researchers. However, the current design is designed using the equivalent static analysis, and the existing research results do not consider the load frequency and the natural frequency of the ground-pile system.

그런데 동하중이 작용하는 말뚝의 p-y 곡선은 하중 진동수의 큰 영향을 받고, 하중 진동수에 대한 영향은 지반-말뚝 시스템의 고유 진동수와 밀접한 관계가 있다.However, the p-y curve of the pile under dynamic load is strongly influenced by the load frequency, and the influence on the load frequency is closely related to the natural frequency of the ground-pile system.

따라서 본 발명에서는 동하중이 작용하는 말뚝의 하중진동수와 고유 진동수의 영향을 고려한 동적 p-y 곡선을 제안하였다. Therefore, in the present invention, a dynamic p-y curve is proposed considering the effects of load frequency and natural frequency of a pile under dynamic load.

이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a seismic design system of a ground-pile system according to the present invention.

본 발명에 따른 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템은 입력값 산정부(100), 최초 동적 p-y 곡선 생성부(200), 꼭지점 탐색부(300) 및 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)을 포함한다.The seismic design system of the ground-pile system considering the dynamic characteristics according to the present invention includes an input value calculation unit 100, an initial dynamic py curve generation unit 200, a vertex search unit 300, and a final dynamic py curve derivation unit 400 ).

본 발명에 따른 입력값 산정부(100)는 1g 진동대 실험으로 복수의 범위에 대한 주파수 및 가속도의 입력값을 산정할 수 있다.The input value calculating unit 100 according to the present invention can calculate the input values of frequency and acceleration for a plurality of ranges through a 1 g shaking table experiment.

본 발명에 따른 최초 동적 p-y 곡선 생성부(200)는 상기 입력값 산정부(100)에서 구한 입력주파수 및 입력가속도 범위에서 최초 동적 p-y 곡선을 생성할 수 있다.The initial dynamic p-y curve generation unit 200 according to the present invention may generate the initial dynamic p-y curve from the input frequency and input acceleration range obtained from the input value calculation unit 100.

본 발명에 따른 꼭지점 탐색부(300)는 상기 최초 동적 p-y 곡선으로부터 최대 지반 반력이 나타나는 꼭지점들을 찾아낼 수 있다.The vertex search unit 300 according to the present invention can find vertices where maximum ground reaction force appears from the initial dynamic p-y curve.

본 발명에 따른 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)는 탐색된 상기 꼭지점들을 연결하여 등가 정적 해석에 적용할 수 있는 최종 동적 p-y 곡선을 도출할 수 있다.The final dynamic p-y curve derivation unit 400 according to the present invention may derive the final dynamic p-y curve applicable to equivalent static analysis by connecting the searched vertices.

본 발명에 따른 입력값 산정부(100)는 입력 하중의 입력주파수를 산정하는 입력주파수 산정부(110) 및 말뚝 시스템의 고유진동수가 고려된 입력가속도 산정부(120)를 포함하며, 하중과 지반조건별 1g 진동대 실험을 수행할 수 있다.The input value calculating unit 100 according to the present invention includes an input frequency calculating unit 110 for calculating the input frequency of the input load and an input acceleration calculating unit 120 considering the natural frequency of the pile system, and the load and ground It is possible to perform the 1 g shaking table experiment for each condition.

상기 입력주파수 산정부(110)는 스윕 테스트(sweep test)를 통해 특정 조건의 고유진동수(fn)를 산정하고, 고유진동수를 기준으로 0.4fn ~ 1.6fn의 비율로 입력주파수를 산정할 수 있다.The input frequency calculator 110 may calculate the natural frequency fn of a specific condition through a sweep test, and calculate the input frequency at a ratio of 0.4fn to 1.6fn based on the natural frequency.

상기 입력가속도 산정부(120)는 입력주파수를 고유진동수와 동일한 1.0fn으로 고정한 후, 조밀한 지반의 상대밀도(Dr)가 80%일 때는 입력가속도를 0.098g~0.4g로 변화시킬 수 있다. 느슨한 지반의 상대밀도(Dr)가 40%일 때는 입력가속도를 0.098g~0.3g로 변화시킬 수 있다.The input acceleration calculating unit 120 can fix the input frequency to 1.0f n equal to the natural frequency, and then change the input acceleration from 0.098g to 0.4g when the relative density (Dr) of the compact ground is 80%. . When the relative density (Dr) of the loose ground is 40%, the input acceleration can be changed from 0.098g to 0.3g.

본 발명에 따른 최초 동적 p-y 곡선 생성부(200)는 깊이별 휨모멘트 분포 함수를 결정한 후 다음 수학식 1에 따라 2번 미분하여 지반 반력을 산정하고, 다음 수학식 2에 따라 2번 적분하여 말뚝의 변위를 산정할 수 있다.The first dynamic py curve generator 200 according to the present invention determines the bending moment distribution function for each depth and then differentiates it twice according to Equation 1 to calculate the ground reaction force, and integrates it twice according to Equation 2 below. The displacement of can be calculated.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, p는 지반반력, y은 말뚝의 변위, z는 깊이, EI는 말뚝의 휨 강성, M(z)는 말뚝의 모멘트 분포 함수를 나타낸다.Here, p is the ground reaction force, y is the displacement of the pile, z is the depth, EI is the bending stiffness of the pile, M (z) is the moment distribution function of the pile.

동적 p-y 곡선을 구성하는 변위(y)는 지반-말뚝 간 상대변위이며, 지반 가속도계 계측 값을 2번 적분하여 자유장 지반변위를 산정하고, 말뚝 변위에서 지반 변위를 빼주어 동적 p-y곡선을 생성시킬 수 있다.The displacement (y) constituting the dynamic py curve is the relative displacement between the ground and the pile, and the integral accelerometer measurement value is integrated twice to calculate the free-field ground displacement and subtract the ground displacement from the pile displacement to generate a dynamic py curve. Can.

본 발명에 따른 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)는 최종 동적 p-y 곡선을 도출하기 위하여, 다음의 수학식 3을 이용할 수 있다.The final dynamic p-y curve derivation unit 400 according to the present invention may use Equation 3 below to derive the final dynamic p-y curve.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, p는 지반의 수평저항력(kN/m), y는 말뚝의 수평변위(m), K는 초기기울기 또는 지반반력계수(kN/m3), pu는 지반의 극한 수평저항력(kN/m)를 나타낸다.Here, p is the horizontal resistance of the ground (kN/m), y is the horizontal displacement of the pile (m), K is the initial slope or ground reaction force coefficient (kN/m3), pu is the ultimate horizontal resistance of the ground (kN/m) Indicates.

본 발명에서는 동적 p-y 곡선의 초기 기울기와 극한 지반 반력을 구속압과 Rankine의 수동 토압계수를 이용한 함수를 이용한다.In the present invention, the initial slope of the dynamic p-y curve and the ultimate ground reaction force are used as a function of restraint pressure and Rankine's manual earth pressure coefficient.

본 발명에 따른 초기 기울기(K)는 다음 수학식 4로 결정될 수 있다.The initial slope K according to the present invention can be determined by the following equation (4).

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, Pa는 대기압(10.13 N/cm2), σ'은 구속압, A는 통계 상수를 나타낸다.Here, Pa represents atmospheric pressure (10.13 N/cm 2 ), σ'represents restraint pressure, and A represents a statistical constant.

도 5 내지 도 10은 본 발명에 따른 깊이별 동적 p-y 중추 곡선을 나타낸다. 회귀분석을 통하여 획득한 동적 p-y 중추곡선과 실험적으로 획득한 동적 p-y 곡선의 최대점을 나타낸다. 이를 통해, 동적 p-y 중추곡선이 지반-말뚝 시스템의 비선형성과 실험값을 잘 반영함을 알 수 있다.5 to 10 show a dynamic p-y central curve for each depth according to the present invention. It represents the maximum points of the dynamic p-y central curve obtained through regression analysis and the experimentally obtained dynamic p-y curve. Through this, it can be seen that the dynamic p-y central curve reflects the nonlinearity and experimental values of the ground-pile system well.

도 11은 실험결과로부터 얻은 깊이별 초기 기울기를 나타낸다. 통계 상수 A를 결정하기 위하여 선형 회귀분석을 수행하였으며, 상대밀도 80% 일 때 A는 1414.8이며, 상대밀도 40%일 때 A는 995.94를 나타낸다.11 shows the initial slope for each depth obtained from the experimental results. A linear regression analysis was performed to determine the statistical constant A. When the relative density is 80%, A is 1414.8, and when the relative density is 40%, A is 995.94.

본 발명에 있어서, 통계상수(A)는 선형 회귀분석으로 산출되며, 조밀한 지반의 상대밀도가 80% 일 때 1414.8이며, 느슨한 지반의 상대밀도가 40% 일 때 995.94로 구비되며, 초기 기울기(K) 식은 지반의 상대밀도(Dr)에 따라, 다음 수학식 5 및 수학식 6으로 나타날 수 있다.In the present invention, the statistical constant (A) is calculated by linear regression analysis, is 1414.8 when the relative density of the dense ground is 80%, is provided as 995.94 when the relative density of the loose ground is 40%, and the initial slope ( K) Equation may be represented by the following Equations 5 and 6 according to the relative density (Dr) of the ground.

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

본 발명에 따른 상기 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)는 동적 p-y 곡선의 극한 지반반력(Pu)를 도출하기 위하여, 다음의 수학식 7을 이용할 수 있다.The final dynamic p-y curve derivation unit 400 according to the present invention may use the following equation (7) to derive the extreme ground reaction force (Pu) of the dynamic p-y curve.

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서, D는 말뚝 지름(cm), Pu/D는 단위 폭당 극한 지반반력(N/cm2), KP는 Rankine의 수동토압계수, r'은 유효 단위중량(N/cm3), z는 깊이(cm), A와 n은 통계상수를 나타낸다.Here, D is the pile diameter (cm), Pu/D is the ultimate ground reaction force per unit width (N/cm 2 ), K P is the passive soil pressure coefficient of Rankine, r'is the effective unit weight (N/cm 3 ), z is Depth (cm), A and n represent statistical constants.

통계상수인 A와 n을 결정하기 위하여, 상기 수학식 7을 다음의 수학식 8로 변형하여, log 스케일에서 선형 회귀분석을 수행한다.In order to determine the statistical constants A and n, Equation 7 is transformed to Equation 8 below to perform a linear regression analysis on a log scale.

동적 p-y 곡선의 극한 지반반력(Pu)은 지반의 상대밀도에 따라, 다음의 수학식 9 및 수학식 10로 도출될 수 있다.The extreme ground reaction force (Pu) of the dynamic p-y curve may be derived by the following Equations 9 and 10 according to the relative density of the ground.

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
Figure pat00009

Figure pat00010
Figure pat00010

도 12는 본 발명에 따른 한 지반반력의 결정에 관한 그래프이다.12 is a graph relating to the determination of a ground reaction force according to the present invention.

한편, 도 13 내지 도 18은 본 발명에 따른 깊이별 동적 p-y 곡선의 비교를 나타낸다. 즉, 실험 결과에 대하여 기존 p-y 곡선과 제안한 p-y 곡선을 비교한 결과를 나타낸다. Meanwhile, FIGS. 13 to 18 show a comparison of dynamic p-y curves according to depths according to the present invention. That is, it shows the result of comparing the existing p-y curve with the proposed p-y curve with respect to the experimental results.

비교에 사용된 기존 p-y 곡선은 API(1987)와 Reese 등(1974)이 제안한 p-y 곡선을 사용하였다. 해석시 필요한 내부마찰각과 지반반력계수는 API(1987)에서 추천하는 값을 사용하였는데, 느슨한 사질토의 경우 30o이고 조밀한 사질토의 경우 40o를 사용한다. 또한, 조밀한 사질토의 경우 74,134 kPa/m, 느슨한 사질토의 경우 11,948 kPa/m의 지반반력계수를 사용한다.The existing py curve used for comparison was the py curve proposed by API (1987) and Reese et al. (1974). The internal friction angle and ground reaction force required for the analysis were the values recommended by API (1987). For loose sandy soils, 30 o is used, and for dense sandy soils, 40 o is used. In addition, a ground reaction factor of 74,134 kPa/m for dense sand and 11,948 kPa/m for loose sand is used.

도 13 내지 도 18에 따르면, 기존 p-y 곡선은 실험결과보다 극한 지반반력을 더 작게 예측하는 것을 확인할 수 있다. 이와 반대로 제안한 p-y 곡선을 상대적으로 잘 예측하는 것을 확인할 수 있다. 13 to 18, it can be seen that the existing p-y curve predicts the ultimate ground reaction force smaller than the experimental results. On the contrary, it can be seen that the proposed p-y curve is predicted relatively well.

도 19는 조밀한 사질토에 대한 깊이별 말뚝 변위 비교를 나타내며, 도 20은 느슨한 사질토에 대한 깊이별 말뚝 변위 비교를 나타낸다. 즉 조밀한 사질토와 느슨한 사질토에서의 실험결과와 p-y 곡선에 의한 예측값을 보여준다. 이를 통해, API와 Reese 식은 말뚝 변위를 과대 평가하나, 본 발명에 따른 p-y 곡선식은 비교적 실험결과와 잘 일치하는 것을 확인할 수 있다.19 shows a comparison of pile displacement by depth for dense sandy soil, and FIG. 20 shows a comparison of pile displacement by depth for loose sandy soil. That is, it shows the experimental results and the predicted values of p-y curves in dense and loose sandy soils. Through this, the API and the Reese equation overestimate the pile displacement, but it can be seen that the p-y curve equation according to the present invention is in good agreement with the experimental results.

도 21은 조밀한 사질토에 대한 깊이별 말뚝 휨모멘트 비교를 나타내며, 도 22는 느슨한 사질토에 대한 깊이별 말뚝 휨모멘트 비교를 나타낸다. 도 23은 조밀한 사질토에 대한 깊이별 말뚝 전단력 비교를 나타내며, 도 24는 느슨한 사질토에 대한 깊이별 말뚝 전단력 비교를 나타낸다. 즉, 조밀한 사질토와 느슨한 사질토에서 말뚝의 깊이별 휨모멘트와 전단력 분포를 나타낸다. 21 shows a comparison of pile bending moments by depth for dense sandy soils, and FIG. 22 shows a comparison of pile bending moments by depth for loose sandy soils. 23 shows a comparison of pile shear force by depth for dense sandy soil, and FIG. 24 illustrates a comparison of pile shear force by depth for loose sandy soil. That is, it shows the bending moment and shear force distribution by depth of pile in dense and loose sand.

두 가지 경우 모두 다 제안한 p-y 곡선이 실험결과를 상대적으로 잘 예측한다는 것을 확인할 수 있다. 하지만, API와 Reese의 p-y 곡선은 실험 결과보다 휨모멘트와 전단력을 더 작게 예측하는 것으로 확인되었다. 이것은 실험상에 측정된 최대 변위를 발생시키기 위해서 작은 전단력과 휨모멘트만으로도 충분하다는 것을 의미한다. 즉, API와 Reese의 p-y 곡선은 휨모멘트와 전단력을 보수적으로 예측한다는 것을 의미한다.In both cases, we can confirm that the proposed p-y curve predicts the experimental results relatively well. However, the p-y curves of API and Reese were found to predict smaller bending moments and shear forces than the experimental results. This means that a small shear force and bending moment are sufficient to generate the maximum displacement measured experimentally. In other words, API and Reese's p-y curve means that the bending moment and shear force are conservatively predicted.

한편, 본 발명은 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법으로 구현될 수 있다. 전술한 내진설계 시스템과 공통되는 기술구성 특히 수학식 등은 중복기재를 최소화하면서 본 내진설계 시스템을 설명하고자 한다.Meanwhile, the present invention can be implemented by a seismic design method of a ground-pile system considering dynamic characteristics. The technical structure common to the above-described seismic design system, in particular, equations, etc., is intended to describe this seismic design system while minimizing overlapping materials.

본 발명에 따른 내진설계 방법은 입력값 산정부(100)가 1g 진동대 실험으로 복수의 범위에 대한 주파수 및 가속도의 입력값을 산정하는 S1 단계; 최초 동적 p-y 곡선 생성부(200)가 상기 입력값 산정부(100)에서 구한 입력주파수 및 입력가속도 범위에서 최초 동적 p-y 곡선을 생성하고, 꼭지점 탐색부(300)가 상기 최초 동적 p-y 곡선으로부터 최대 지반 반력이 나타나는 꼭지점들을 찾아내는 S2 단계; 및The seismic design method according to the present invention includes the step S1 in which the input value calculating unit 100 calculates the input values of frequency and acceleration for a plurality of ranges through a 1 g shaking table experiment; The initial dynamic py curve generation unit 200 generates the initial dynamic py curve from the input frequency and input acceleration range obtained from the input value calculation unit 100, and the vertex search unit 300 is the maximum ground from the initial dynamic py curve Step S2 to find the vertices where the reaction force appears; And

최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)가 탐색된 상기 꼭지점들을 연결하여 등가 정적 해석에 적용할 수 있는 최종 동적 p-y 곡선을 도출하는 S3 단계를 포함한다.And a step S3 in which the final dynamic p-y curve derivation unit 400 connects the discovered vertices to derive a final dynamic p-y curve applicable to equivalent static analysis.

S1 단계의 입력값 산정부(100)는 입력 하중의 입력주파수를 산정하는 입력주파수 산정부(110) 및 말뚝 시스템의 고유진동수가 고려된 입력가속도 산정부(120)를 포함하며, 하중과 지반조건별 1g 진동대 실험을 수행할 수 있다.The input value calculating unit 100 in step S1 includes an input frequency calculating unit 110 for calculating the input frequency of the input load and an input acceleration calculating unit 120 considering the natural frequency of the pile system, and the load and ground conditions. Star 1g shaking table experiment can be performed.

S1 단계의 상기 입력주파수 산정부(110)는 스윕 테스트를 통해 특정 조건의 고유진동수(fn)를 산정하고, 고유진동수를 기준으로 0.4fn ~ 1.6fn의 비율로 입력주파수를 산정할 수 있다.The input frequency estimator 110 of step S1 may calculate the natural frequency fn of a specific condition through a sweep test, and calculate the input frequency at a ratio of 0.4fn to 1.6fn based on the natural frequency.

S1 단계의 상기 입력가속도 산정부(120)는 입력주파수를 고유진동수와 동일한 1.0fn으로 고정한 후, 조밀한 지반의 상대밀도(Dr)가 80%일 때는 입력가속도를 0.098g ~ 0.4g로 변화시키고, 느슨한 지반의 상대밀도(Dr)가 40%일 때는 입력가속도를 0.098g ~ 0.3g로 변화시킬 수 있다.The input acceleration calculating unit 120 in step S1 fixes the input frequency to 1.0f n equal to the natural frequency, and then changes the input acceleration from 0.098g to 0.4g when the relative density (Dr) of the compact ground is 80%. When the relative density (Dr) of the loose ground is 40%, the input acceleration can be changed from 0.098g to 0.3g.

S2 단계의 최초 동적 p-y 곡선 생성부(200)는 깊이별 휨모멘트 분포 함수를 결정한 후 수학식 1에 따라 2번 미분하여 지반 반력을 산정하고, 수학식 2에 따라 2번 적분하여 말뚝의 변위를 산정할 수 있다.The initial dynamic py curve generator 200 of step S2 determines the ground reaction force by differentiating it twice according to Equation 1 after determining the bending moment distribution function for each depth, and integrating it twice according to Equation 2 to calculate the displacement of the pile. Can be calculated.

S2 단계의 상기 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)는 최종 동적 p-y 곡선을 도출하기 위하여, 수학식 3을 이용할 수 있다.The final dynamic p-y curve derivation unit 400 of step S2 may use Equation 3 to derive the final dynamic p-y curve.

초기 기울기(K)는 수학식 4로 결정될 수 있다.The initial slope K may be determined by Equation (4).

통계상수(A)는 선형 회귀분석으로 산출되며, 조밀한 지반의 상대밀도가 80% 일 때 1414.8이며, 느슨한 지반의 상대밀도가 40% 일 때 995.94로 구비되며, 초기 기울기(K) 식은 지반의 상대밀도(Dr)에 따라, 수학식 5 및 수학식 6으로 나타날 수 있다.The statistical constant (A) is calculated by linear regression analysis, 1414.8 when the relative density of the compact ground is 80%, and 995.94 when the relative density of the loose ground is 40%, and the initial slope (K) formula is According to the relative density (Dr), it may be represented by Equation (5) and Equation (6).

최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)는 동적 p-y 곡선의 극한 지반반력(Pu)를 도출하기 위하여, 다음의 수학식 7을 이용할 수 있다.The final dynamic p-y curve derivation unit 400 may use the following equation (7) to derive the extreme ground reaction force (Pu) of the dynamic p-y curve.

또한, 수학식 7을 수학식 8로 변형하여, log 스케일에서 선형 회귀분석을 수행하여, 동적 p-y 곡선의 극한 지반반력(Pu)은 지반의 상대밀도에 따라, 수학식 9 및 수학식 10로 도출될 수 있다.In addition, by transforming Equation 7 into Equation 8, linear regression analysis is performed on a log scale, and the ultimate ground reaction force (Pu) of the dynamic py curve is derived by Equation 9 and Equation 10 according to the relative density of the ground. Can be.

한편, 본 발명은 컴퓨터프로그램으로 구현될 수도 있다. 본 발명은 하드웨어와 결합되어, 본 발명에 따른 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터가 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램인 것이 바람직하다.Meanwhile, the present invention may be implemented as a computer program. The present invention is preferably a computer program stored in a computer-readable recording medium in order to execute a seismic design method of a ground-pile system in consideration of dynamic characteristics according to the present invention in combination with hardware.

이하에서는, 실제 실험을 수행하면서, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail while performing an actual experiment.

실험방법 및 실험조건Experiment method and test conditions

암반의 근입 효과를 위해 말뚝을 높이 9cm 알루미늄 플레이트에 고정시켰으며, 알루미늄 플레이트는 진동중 움직이지 않도록 볼트를 토조 바닥판에 체결하였다.The pile was fixed to a 9 cm high aluminum plate for the effect of entering the rock, and the aluminum plate was bolted to the tojo bottom plate to prevent movement during vibration.

지반은 높이 70cm로 조성되었고 진동다짐을 이용하여 시료를 조성하였다. 조밀한 지반의 경우 높이 15cm마다 진동다짐을 실시하여 상대밀도 80%를 조성하였으며, 느슨한 지반의 경우 최종 시료 조성 후 진동다짐을 실시하여 상대밀도 40%를 조성하였다. 계획고까지 흙은 채운 후, 수평지반이 될 수 있도록 넓은 붓을 사용하여 고르게 펴줌으로서 지반조성을 마무리한다.The ground was formed at a height of 70 cm and a sample was prepared using vibration compaction. For compact ground, vibration compaction was performed every 15 cm in height to create a relative density of 80%, and for loose ground, vibration compaction was performed after the final sample composition to construct a relative density of 40%. After filling the soil up to the planned height, finish the ground construction by spreading it evenly using a wide brush so that it becomes a horizontal ground.

말뚝 캡과 상부하중을 말뚝 상단에 설치를 한 후 가속도계를 부착하였으며, 말뚝 캡 양단에 LVDT를 설치하였다.After installing the pile cap and the upper load on the top of the pile, an accelerometer was attached, and LVDT was installed on both ends of the pile cap.

다양한 주파수 및 가속도 범위 선정 기준Selection criteria for various frequency and acceleration ranges

지진 하중으로 정현파인 Sine파를 조건별로 5초 동안 사용하였다. 하중의 크기는 1등급, 특등급 붕괴방지수준을 포함하여 0.098g~0.4g까지 변화시켰다. 또한, 실 지진파가 다양한 주파수 성분을 가지고 있는 만큼 입력 주파수를 달리하여 실험을 수행하였다. 입력 하중 즉 입력 지진파의 주파수를 결정하기 위해 스윕 테스트(sweep test)를 통하여 각 조건의 고유진동수를 산정하여, 고유진동수를 기준으로 0.4fn~1.6fn의 비율로 입력주파수를 산정하였다.As a seismic load, a sine wave, a sinusoidal wave, was used for 5 seconds for each condition. The size of the load was varied from 0.098g to 0.4g, including level 1 and special grade collapse prevention levels. In addition, experiments were performed by varying the input frequency as real seismic waves have various frequency components. In order to determine the frequency of the input load, that is, the input seismic wave, the natural frequency of each condition was calculated through a sweep test, and the input frequency was calculated at a ratio of 0.4f n to 1.6f n based on the natural frequency.

입력주파수Input frequency

입력주파수에 따른 해상 자켓 기초구조물의 동적 거동을 분석한다. 이를 위해 입력가속도는 0.22g, 상대밀도는 80%의 조건에서 입력주파수를 변화시켜가며 실험을 수행하였다.Analyze the dynamic behavior of the basic structure of the marine jacket according to the input frequency. To this end, experiments were performed while changing the input frequency under conditions of 0.22 g of input acceleration and 80% of relative density.

먼저, 입력주파수를 산정하기 위하여 스윕 테스트(sweep test)를 수행하였으며, 이를 토대로 0.4fn~1.6fn (fn= 고유진동수)까지의 입력 주파수로 실험을 수행하였다.First, a sweep test was performed to calculate the input frequency, and based on this, an experiment was performed with an input frequency ranging from 0.4f n to 1.6f n (f n = natural frequency).

도 25는 입력주파수별 말뚝 두부 최대 변위를 나타내며 이는 입력주파수별로 말뚝의 거동에 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.25 shows the maximum displacement of the pile head by input frequency, and it can be seen that it greatly influences the behavior of the pile by input frequency.

입력가속도Input acceleration

입력가속도에 따른 해상 자켓 기초구조물의 동적 거동을 분석한다. 이를 위해 상대밀도 40%,80%의 조건에서 입력주파수를 고유진동수와 같은 1.0fn으로 고정하였다. We analyze the dynamic behavior of the basic structure of the marine jacket according to the input acceleration. To this end, the input frequency was fixed at 1.0f n equal to the natural frequency under conditions of 40% and 80% relative density.

입력가속도를 상대밀도가 80%일 때는 0.098g~0.4g로 변화시키고, 상대밀도 40%일 때는 0.098g~0.3g로 변화시켜가며 실험을 수행한다. 이보다 큰 입력가속도를 수행하면 진동과 동시에 지반침하가 발생하여 이와 같이 입력가속도에 제한을 두었다.The experiment is performed by changing the input acceleration from 0.098g to 0.4g when the relative density is 80% and from 0.098g to 0.3g when the relative density is 40%. If the input acceleration is greater than this, the ground settlement will occur simultaneously with the vibration, thus limiting the input acceleration.

도 26은 스윕 테스트(sweep test)를 통한 가속도 및 상대밀도별 말뚝 시스템의 고유진동수를 나타낸다. 입력가속도가 커질수록 말뚝 시스템의 고유진동수가 작게 나타나고, 상대밀도가 높을수록 고유진동수가 크게 나타남을 확인할 수 있다. Figure 26 shows the natural frequency of the pile system by acceleration and relative density through the sweep test (sweep test). It can be seen that the higher the input acceleration, the smaller the natural frequency of the pile system, and the higher the relative density, the larger the natural frequency.

이는 입력하중의 증가 또는 상대밀도의 증가로 인하여 말뚝의 강성이 상대적으로 작아지기 때문으로 판단된다.This is judged to be because the stiffness of the pile is relatively small due to an increase in the input load or an increase in the relative density.

동적 p-y 이력곡선은 단순보 이론(simple beam theory)을 기반으로 말뚝의 깊이별로 측정된 휨모멘트에 따라 산정할 수 있다. 먼저, 깊이별 휨모멘트 분포 함수를 결정한 후 수학식 1과 같이 두 번 미분하여 지반 반력을 산정하고, 수학식 2와 같이 두 번 적분하여 말뚝의 변위를 산정하였다.The dynamic p-y hysteresis curve can be calculated based on the bending moment measured for each pile depth based on the simple beam theory. First, after determining the bending moment distribution function for each depth, the ground reaction force was calculated by differentiating twice as in Equation 1, and the displacement of the pile was calculated by integrating twice as in Equation 2.

말뚝의 동적 p-y 곡선 작성법How to create a dynamic p-y curve for piles

데이터를 측정한 0.001초의 시간 간격 마다, 말뚝의 깊이 별 모멘트 분포 함수를 결정하고 수학식 1 및 수학식 2와 같은 일반적인 빔(beam) 이론에 따라 지반 반력과 변위를 산정하였으며, 이 결과들을 하나의 그래프에 도시하여 동적 p-y 곡선을 작성하였다.For each 0.001 second time interval in which the data was measured, the moment distribution function for each depth of the pile was determined, and the ground reaction force and displacement were calculated according to general beam theory such as Equation 1 and Equation 2. In the graph, a dynamic py curve was created.

측정된 스트레인게이지로부터 말뚝 깊이에 따른 모멘트 분포함수를 결정하고 지반반력 p는 모멘트 곡선을 2번 미분하여 얻어지며 말뚝 변위 y는 모멘트 곡선을 2번 적분하여 얻어진다. 모멘트 분포곡선의 함수는 Cubic spline fitting 방법을 적용하여 구한다.The moment distribution function according to the pile depth is determined from the measured strain gauge, and the ground reaction force p is obtained by differentiating the moment curve twice, and the pile displacement y is obtained by integrating the moment curve twice. The function of the moment distribution curve is obtained by applying the cubic spline fitting method.

동적 p-y곡선을 구성하는 변위

Figure pat00011
는 지반-말뚝 간 상대변위를 의미하므로, 지반 가속도계 계측 값을 2번 적분하여 자유장 지반변위를 산정하고, 말뚝 변위에서 지반 변위를 빼줌으로써 최종적으로 동적 p-y곡선을 작성하였다.Displacements that make up the dynamic py curve
Figure pat00011
Since is the relative displacement between the ground and the pile, the free field ground displacement was calculated by integrating the measurement value of the ground accelerometer twice, and the dynamic displacement curve was finally created by subtracting the ground displacement from the pile displacement.

도 27 내지 도 30은 입력주파수에 따른 말뚝 깊이별 동적 p-y 곡선을 나타낸다.고유진동수가 가까워질수록 말뚝의 변위가 증가함을 확인할 수 있으며, 동적 p-y 곡선의 할선기울기가 감소함을 확인할 수 있다.27 to 30 show dynamic p-y curves for each pile depth according to the input frequency. It can be seen that the displacement of the pile increases as the intrinsic frequency approaches, and it can be seen that the dip slope of the dynamic p-y curve decreases.

도 31은 각 주파수별 p-y 곡선이다. 도 31에서 각 주파수별 p-y 곡선에서 최대점을 뽑아서 도 5 내지 도 10과 같이 한 그래프에 지반 반력과 말뚝변위 형태로 나타낸다.31 is a p-y curve for each frequency. In FIG. 31, the maximum points are extracted from the p-y curves for each frequency, and the ground reaction force and pile displacement are shown in one graph as shown in FIGS.

1g 진동대 실험을 통하여 구한 다양한 주파수 및 가속도 범위의 동적 p-y 곡선으로부터 최대 지반 반력이 나타나는 꼭지점들을 찾아낸 후, 이 점들을 모두 연결하여, 등가정적해석에 적용할 수 있는 동적 p-y 곡선을 도출한다.After finding the vertices that show the maximum ground reaction force from the dynamic p-y curves of various frequency and acceleration ranges obtained through the 1g shaking table experiment, connect all these points to derive a dynamic p-y curve that can be applied to the equivalent static analysis.

동적 p-y 곡선식을 산정하기 위하여 경험식의 골격을 수학식 3과 같은 쌍곡선함수로 결정한다.In order to calculate the dynamic p-y curve equation, the skeleton of the empirical equation is determined by the hyperbolic function shown in equation (3).

본 발명에서는 동적 p-y 곡선의 초기 기울기와 극한 지반 반력을 구속압과 Rankine의 수동 토압계수를 이용한 함수를 제안한다.In the present invention, we propose a function of the initial slope of the dynamic p-y curve and the extreme ground reaction force using the restraint pressure and Rankine's manual earth pressure coefficient.

동적 p-y 곡선의 초기 기울기(K)는 수학식 4와 같은 경험식으로 나타낸다.The initial slope (K) of the dynamic p-y curve is expressed by an empirical equation such as Equation (4).

도 5 내지 도 10은 회귀분석을 통하여 획득한 동적 p-y 중추곡선과 실험적으로 획득한 동적 p-y 곡선의 최대점을 나타낸다. 이를 통해, 동적 p-y 중추곡선이 지반-말뚝 시스템의 비선형성과 실험값을 잘 반영함을 알 수 있다.5 to 10 show the maximum points of the dynamic p-y central curve obtained through regression analysis and the experimentally obtained dynamic p-y curve. Through this, it can be seen that the dynamic p-y central curve reflects the nonlinearity and experimental values of the ground-pile system well.

도 11은 실험결과로부터 얻은 깊이별 초기 기울기를 나타낸다. 통계 상수 A를 결정하기 위하여 선형 회귀분석을 수행하였으며, 상대밀도 80% 일 때 A는 1414.8이며, 상대밀도 40%일 때 A는 995.94를 나타낸다.11 shows the initial slope for each depth obtained from the experimental results. A linear regression analysis was performed to determine the statistical constant A. When the relative density is 80%, A is 1414.8, and when the relative density is 40%, A is 995.94.

최종적으로 초기기울기의 식은 상대밀도에 따라서 수학식 5와 수학식 6으로 제안된다.Finally, the equations of the initial slope are proposed as Equations 5 and 6 according to the relative density.

동적 p-y 곡선의 극한 지반반력(Pa)를 제안하기 위하여 수동토압과 관련된 수학식 7을 이용하였다.Equation 7 related to passive earth pressure was used to propose the extreme ground reaction force (Pa) of the dynamic p-y curve.

통계상수인 A와 n을 결정하기 위하여 수학식 7을 수학식 8과 같이 변형하여 log 스케일에서 선형 회귀분석을 수행하였다. 도 12는 선형 회귀분석을 위한 그래프를 나타낸다. 이를 통해서 최종적으로 극한 지반반력에 대한 경험식을 수학식 9 및 수학식 10과 같이 상대밀도에 따라 제안한다. In order to determine the statistical constants A and n, Equation 7 was modified as Equation 8 to perform a linear regression analysis on a log scale. 12 shows a graph for linear regression analysis. Through this, finally, the empirical expression for the extreme ground reaction force is proposed according to the relative density as in Equation 9 and Equation 10.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in the present specification and the accompanying drawings are merely illustrative of some of the technical spirit included in the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain the present invention, it is obvious that the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. Within the scope of the technical spirit included in the specification and drawings of the present invention, modifications and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100 : 입력값 산정부
110 : 입력주파수 산정부
120 : 입력가속도 산정부
200 : 최초 동적 p-y 곡선 생성부
300 : 꼭지점 탐색부
400 : 최종 동적 p-y 곡선 도출부
100: input value calculation
110: Input frequency calculation
120: input acceleration calculation
200: first dynamic py curve generator
300: vertex search unit
400: Final dynamic py curve derivation unit

Claims (22)

1g 진동대 실험으로 복수의 범위에 대한 주파수 및 가속도의 입력값을 산정하는 입력값 산정부(100);
상기 입력값 산정부(100)에서 구한 입력주파수 및 입력가속도 범위에서 최초 동적 p-y 곡선을 생성하는 최초 동적 p-y 곡선 생성부(200);
상기 최초 동적 p-y 곡선으로부터 최대 지반 반력이 나타나는 꼭지점들을 찾아내는 꼭지점 탐색부(300); 및
탐색된 상기 꼭지점들을 연결하여 등가 정적 해석에 적용할 수 있는 최종 동적 p-y 곡선을 도출하는 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템.
An input value calculating unit 100 for calculating input values of frequency and acceleration for a plurality of ranges by a 1 g shaking table experiment;
An initial dynamic py curve generator 200 for generating an initial dynamic py curve in the input frequency and input acceleration ranges obtained from the input value calculating unit 100;
A vertex search unit (300) for finding vertices with maximum ground reaction force from the initial dynamic py curve; And
Seismic design system of a ground-pile system considering dynamic characteristics, comprising a final dynamic py curve derivation unit 400 that derives a final dynamic py curve applicable to equivalent static analysis by connecting the searched vertices .
청구항 1에 있어서,
입력값 산정부(100)는 입력 하중의 입력주파수를 산정하는 입력주파수 산정부(110) 및 말뚝 시스템의 고유진동수가 고려된 입력가속도 산정부(120)를 포함하며, 하중과 지반조건별 1g 진동대 실험을 수행하는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템.
The method according to claim 1,
The input value calculating unit 100 includes an input frequency calculating unit 110 for calculating the input frequency of the input load, and an input acceleration calculating unit 120 considering the natural frequency of the pile system, and a 1 g vibration table for each load and ground condition. Seismic design system of a ground-pile system considering dynamic characteristics characterized by performing an experiment.
청구항 2에 있어서, 상기 입력주파수 산정부(110)는
스윕 테스트를 통해 특정 조건의 고유진동수(fn)를 산정하고, 고유진동수를 기준으로 0.4fn ~ 1.6fn의 비율로 입력주파수를 산정하는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템.
The method according to claim 2, wherein the input frequency calculation unit 110
Seismic design system of the ground-pile system considering dynamic characteristics characterized by calculating the natural frequency (fn) of a specific condition through a sweep test and calculating the input frequency at a ratio of 0.4fn to 1.6fn based on the natural frequency .
청구항 2에 있어서, 상기 입력가속도 산정부(120)는
입력주파수를 고유진동수와 동일한 1.0fn으로 고정한 후, 조밀한 지반의 상대밀도(Dr)가 80%일 때는 입력가속도를 0.098g~0.4g로 변화시키고,
느슨한 지반의 상대밀도(Dr)가 40%일 때는 입력가속도를 0.098g~0.3g로 변화시키는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템.
The method according to claim 2, wherein the input acceleration calculation unit 120
After fixing the input frequency to 1.0f n equal to the natural frequency, when the relative density (Dr) of the compact ground is 80%, change the input acceleration from 0.098g to 0.4g,
When the relative density (Dr) of the loose ground is 40%, the seismic design system of the ground-pile system considering dynamic characteristics characterized by changing the input acceleration from 0.098g to 0.3g.
청구항 1에 있어서,
최초 동적 p-y 곡선 생성부(200)는
깊이별 휨모멘트 분포 함수를 결정한 후 다음 수학식 1에 따라 2번 미분하여 지반 반력을 산정하고, 다음 수학식 2에 따라 2번 적분하여 말뚝의 변위를 산정하는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템.
[수학식 1]
Figure pat00012

[수학식 2]
Figure pat00013

(여기서, p는 지반반력, y은 말뚝의 변위, z는 깊이, EI는 말뚝의 휨 강성, M(z)는 말뚝의 모멘트 분포 함수를 나타낸다)
The method according to claim 1,
The first dynamic py curve generator 200 is
After determining the bending moment distribution function for each depth, the ground reaction force is calculated by differentiating it twice according to the following equation (1), and by integrating twice according to the following equation (2) to calculate the displacement of the pile. -Seismic design system of pile system.
[Equation 1]
Figure pat00012

[Equation 2]
Figure pat00013

(Where p is the ground reaction force, y is the displacement of the pile, z is the depth, EI is the bending stiffness of the pile, and M(z) represents the moment distribution function of the pile)
청구항 5에 있어서,
동적 p-y 곡선을 구성하는 변위(y)는 지반-말뚝 간 상대변위이며,
지반 가속도계 계측 값을 2번 적분하여 자유장 지반변위를 산정하고, 말뚝 변위에서 지반 변위를 빼주어 동적 p-y곡선을 생성시키는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템.
The method according to claim 5,
The displacement (y) constituting the dynamic py curve is the relative displacement between the ground and the pile,
A seismic design system for a soil-pile system considering dynamic characteristics characterized by generating a dynamic py curve by calculating the free-field ground displacement by integrating the measured value of the ground accelerometer twice, and subtracting the ground displacement from the pile displacement.
청구항 1에 있어서,
상기 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)는
최종 동적 p-y 곡선을 도출하기 위하여, 다음의 수학식 3을 이용하는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템.
[수학식 3]
Figure pat00014

(여기서, p는 지반의 수평저항력(kN/m), y는 말뚝의 수평변위(m), K는 초기기울기 또는 지반반력계수(kN/m3), pu는 지반의 극한 수평저항력(kN/m)를 나타낸다)
The method according to claim 1,
The final dynamic py curve derivation unit 400
To derive the final dynamic py curve, a seismic design system of a ground-pile system considering dynamic characteristics, characterized by using the following equation (3).
[Equation 3]
Figure pat00014

(Here, p is the horizontal resistance of the ground (kN/m), y is the horizontal displacement of the pile (m), K is the initial slope or ground reaction coefficient (kN/m3), pu is the ultimate horizontal resistance of the ground (kN/m) ))
청구항 10에 있어서,
초기 기울기(K)는 다음 수학식 4로 결정되는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템.
[수학식 4]
Figure pat00015

(여기서, Pa는 대기압(10.13 N/cm2), σ'은 구속압, A는 통계 상수를 나타낸다)
The method according to claim 10,
The initial slope (K) is a seismic design system of a ground-pile system considering dynamic characteristics, which is determined by the following equation (4).
[Equation 4]
Figure pat00015

(Here, Pa is atmospheric pressure (10.13 N/cm 2 ), σ'is restraint pressure, and A is a statistical constant)
청구항 8에 있어서,
통계상수(A)는 선형 회귀분석으로 산출되며, 조밀한 지반의 상대밀도가 80% 일 때 1414.8이며, 느슨한 지반의 상대밀도가 40% 일 때 995.94로 구비되며,
초기 기울기(K) 식은 지반의 상대밀도(Dr)에 따라, 다음 수학식 5 및 수학식 6으로 나타나는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템.
[수학식 5]
Figure pat00016
(조밀한 지반, 상대밀도 80%)
[수학식 6]
Figure pat00017
(느슨한 지반, 상대밀도 40%)
The method according to claim 8,
The statistical constant (A) is calculated by linear regression analysis, 1414.8 when the relative density of the dense ground is 80%, and 995.94 when the relative density of the loose ground is 40%,
The initial slope (K) is a seismic design system of a soil-pile system considering dynamic characteristics, characterized in that it is represented by the following equations 5 and 6 according to the relative density (Dr) of the ground.
[Equation 5]
Figure pat00016
(Dense ground, relative density 80%)
[Equation 6]
Figure pat00017
(Loose ground, relative density 40%)
청구항 1에 있어서,
상기 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)는
동적 p-y 곡선의 극한 지반반력(Pu)를 도출하기 위하여, 다음의 수학식 7을 이용하는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템.
[수학식 7]
Figure pat00018

(여기서, D는 말뚝 지름(cm), Pu/D는 단위 폭당 극한 지반반력(N/cm2), KP는 Rankine의 수동토압계수, r'은 유효 단위중량(N/cm3), z는 깊이(cm), A와 n은 통계상수를 나타낸다)
The method according to claim 1,
The final dynamic py curve derivation unit 400
In order to derive the extreme ground reaction force (Pu) of the dynamic py curve, a seismic design system for a soil-pile system considering dynamic characteristics, characterized by using the following Equation (7).
[Equation 7]
Figure pat00018

(Where D is the pile diameter (cm), Pu/D is the ultimate ground reaction force per unit width (N/cm 2 ), K P is the Rankine's passive earth pressure coefficient, r'is the effective unit weight (N/cm 3 ), z Is depth (cm), A and n represent statistical constants)
청구항 10에 있어서,
상기 통계상수인 A와 n을 결정하기 위하여, 상기 수학식 7을 다음의 수학식 8로 변형하여, log 스케일에서 선형 회귀분석을 수행하며,
동적 p-y 곡선의 극한 지반반력(Pu)은 지반의 상대밀도에 따라, 수학식 9 및 수학식 10로 도출되는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템.
[수학식 8]
Figure pat00019

[수학식 9]
Figure pat00020
(조밀한 지반, 상대밀도 80%)
[수학식 10]
Figure pat00021
(느슨한 지반, 상대밀도 40%)
The method according to claim 10,
In order to determine the statistical constants A and n, the equation 7 is transformed into the following equation 8 to perform a linear regression analysis on a log scale,
The seismic design system of the ground-pile system considering dynamic characteristics, wherein the extreme ground reaction force (Pu) of the dynamic py curve is derived by Equation (9) and (10) according to the relative density of the ground.
[Equation 8]
Figure pat00019

[Equation 9]
Figure pat00020
(Dense ground, relative density 80%)
[Equation 10]
Figure pat00021
(Loose ground, relative density 40%)
입력값 산정부(100)가 1g 진동대 실험으로 복수의 범위에 대한 주파수 및 가속도의 입력값을 산정하는 S1 단계;
최초 동적 p-y 곡선 생성부(200)가 상기 입력값 산정부(100)에서 구한 입력주파수 및 입력가속도 범위에서 최초 동적 p-y 곡선을 생성하고, 꼭지점 탐색부(300)가 상기 최초 동적 p-y 곡선으로부터 최대 지반 반력이 나타나는 꼭지점들을 찾아내는 S2 단계; 및
최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)가 탐색된 상기 꼭지점들을 연결하여 등가 정적 해석에 적용할 수 있는 최종 동적 p-y 곡선을 도출하는 S3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법.
Step S1 in which the input value calculating unit 100 calculates input values of frequency and acceleration for a plurality of ranges by 1 g shaking table experiment;
The initial dynamic py curve generation unit 200 generates the initial dynamic py curve from the input frequency and input acceleration range obtained from the input value calculation unit 100, and the vertex search unit 300 is the maximum ground from the initial dynamic py curve Step S2 to find the vertices where the reaction force appears; And
And a step S3 of deriving a final dynamic py curve that can be applied to equivalent static analysis by connecting the vertices where the final dynamic py curve derivation unit 400 is searched for of the ground-pile system considering dynamic characteristics. Seismic design method.
청구항 12에 있어서,
S1 단계의 입력값 산정부(100)는 입력 하중의 입력주파수를 산정하는 입력주파수 산정부(110) 및 말뚝 시스템의 고유진동수가 고려된 입력가속도 산정부(120)를 포함하며, 하중과 지반조건별 1g 진동대 실험을 수행하는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법.
The method according to claim 12,
The input value calculating unit 100 in step S1 includes an input frequency calculating unit 110 for calculating the input frequency of the input load and an input acceleration calculating unit 120 considering the natural frequency of the pile system, and the load and ground conditions. A seismic design method for a ground-pile system considering dynamic characteristics, characterized by performing a 1g shaking table experiment.
청구항 13에 있어서, S1 단계의 상기 입력주파수 산정부(110)는
스윕 테스트를 통해 특정 조건의 고유진동수(fn)를 산정하고, 고유진동수를 기준으로 0.4fn ~ 1.6fn의 비율로 입력주파수를 산정하는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법.
The method according to claim 13, wherein the input frequency calculation unit 110 of step S1
Seismic design method of ground-pile system considering dynamic characteristics characterized by calculating the natural frequency (fn) of a specific condition through a sweep test and calculating the input frequency at a ratio of 0.4fn to 1.6fn based on the natural frequency .
청구항 14에 있어서, S1 단계의 상기 입력가속도 산정부(120)는
입력주파수를 고유진동수와 동일한 1.0fn으로 고정한 후, 조밀한 지반의 상대밀도(Dr)가 80%일 때는 입력가속도를 0.098g ~ 0.4g로 변화시키고,
느슨한 지반의 상대밀도(Dr)가 40%일 때는 입력가속도를 0.098g ~ 0.3g로 변화시키는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법.
The method according to claim 14, wherein the input acceleration calculation of step S1 120
After fixing the input frequency to 1.0f n equal to the natural frequency, when the relative density (Dr) of the compact ground is 80%, change the input acceleration from 0.098g to 0.4g,
When the relative density (Dr) of the loose ground is 40%, the seismic design method of the ground-pile system considering the dynamic characteristics characterized by changing the input acceleration from 0.098g to 0.3g.
청구항 12에 있어서, S2 단계의 최초 동적 p-y 곡선 생성부(200)는
깊이별 휨모멘트 분포 함수를 결정한 후 다음 수학식 1에 따라 2번 미분하여 지반 반력을 산정하고, 다음 수학식 2에 따라 2번 적분하여 말뚝의 변위를 산정하는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법.
[수학식 1]
Figure pat00022

[수학식 2]
Figure pat00023

(여기서, p는 지반반력, y은 말뚝의 변위, z는 깊이, EI는 말뚝의 휨 강성, M(z)는 말뚝의 모멘트 분포 함수를 나타낸다)
The method according to claim 12, The initial dynamic py curve generation unit 200 of step S2 is
After determining the bending moment distribution function for each depth, the ground reaction force is calculated by differentiating it twice according to the following equation (1), and by integrating twice according to the following equation (2) to calculate the displacement of the pile. -Seismic design method of pile system.
[Equation 1]
Figure pat00022

[Equation 2]
Figure pat00023

(Where p is the ground reaction force, y is the displacement of the pile, z is the depth, EI is the bending stiffness of the pile, and M(z) represents the moment distribution function of the pile)
청구항 12에 있어서, S2 단계의 상기 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)는
최종 동적 p-y 곡선을 도출하기 위하여, 다음의 수학식 3을 이용하는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법.
[수학식 3]
Figure pat00024

(여기서, p는 지반의 수평저항력(kN/m), y는 말뚝의 수평변위(m), K는 초기기울기 또는 지반반력계수(kN/m3), pu는 지반의 극한 수평저항력(kN/m)를 나타낸다)
The method according to claim 12, wherein the final dynamic py curve derivation unit 400 of step S2 is
In order to derive the final dynamic py curve, a seismic design method of a ground-pile system considering dynamic characteristics characterized by using Equation 3 below.
[Equation 3]
Figure pat00024

(Here, p is the horizontal resistance of the ground (kN/m), y is the horizontal displacement of the pile (m), K is the initial slope or ground reaction coefficient (kN/m3), pu is the ultimate horizontal resistance of the ground (kN/m) ))
청구항 17에 있어서,
초기 기울기(K)는 다음 수학식 4로 결정되는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법.
[수학식 4]
Figure pat00025

(여기서, Pa는 대기압(10.13 N/cm2), σ'은 구속압, A는 통계 상수를 나타낸다)
The method according to claim 17,
The initial slope (K) is a seismic design method of a ground-pile system considering dynamic characteristics, which is determined by the following equation (4).
[Equation 4]
Figure pat00025

(Here, Pa is atmospheric pressure (10.13 N/cm 2 ), σ'is restraint pressure, and A is a statistical constant)
청구항 12에 있어서,
통계상수(A)는 선형 회귀분석으로 산출되며, 조밀한 지반의 상대밀도가 80% 일 때 1414.8이며, 느슨한 지반의 상대밀도가 40% 일 때 995.94로 구비되며,
초기 기울기(K) 식은 지반의 상대밀도(Dr)에 따라, 다음 수학식 5 및 수학식 6으로 나타나는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법.
[수학식 5]
Figure pat00026
(조밀한 지반, 상대밀도 80%)
[수학식 6]
Figure pat00027
(느슨한 지반, 상대밀도 40%)
The method according to claim 12,
The statistical constant (A) is calculated by linear regression analysis, 1414.8 when the relative density of the dense ground is 80%, and 995.94 when the relative density of the loose ground is 40%,
The initial slope (K) is a seismic design method of a ground-pile system considering dynamic characteristics, characterized in that it is represented by the following Equations 5 and 6 according to the relative density (Dr) of the ground.
[Equation 5]
Figure pat00026
(Dense ground, relative density 80%)
[Equation 6]
Figure pat00027
(Loose ground, relative density 40%)
청구항 12에 있어서,
상기 최종 동적 p-y 곡선 도출부(400)는
동적 p-y 곡선의 극한 지반반력(Pu)를 도출하기 위하여, 다음의 수학식 7을 이용하는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법.
[수학식 7]
Figure pat00028

(여기서, D는 말뚝 지름(cm), Pu/D는 단위 폭당 극한 지반반력(N/cm2), KP는 Rankine의 수동토압계수, r'은 유효 단위중량(N/cm3), z는 깊이(cm), A와 n은 통계상수를 나타낸다)
The method according to claim 12,
The final dynamic py curve derivation unit 400
To derive the extreme ground reaction force (Pu) of a dynamic py curve, a seismic design method of a soil-pile system considering dynamic characteristics, characterized by using the following equation (7).
[Equation 7]
Figure pat00028

(Where D is the pile diameter (cm), Pu/D is the ultimate ground reaction force per unit width (N/cm 2 ), K P is the Rankine's passive earth pressure coefficient, r'is the effective unit weight (N/cm 3 ), z Is depth (cm), A and n represent statistical constants)
청구항 20에 있어서,
상기 통계상수인 A와 n을 결정하기 위하여, 상기 수학식 7을 다음의 수학식 8로 변형하여, log 스케일에서 선형 회귀분석을 수행하며,
동적 p-y 곡선의 극한 지반반력(Pu)은 지반의 상대밀도에 따라, 수학식 9 및 수학식 10로 도출되는 것을 특징으로 하는 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법.
[수학식 8]
Figure pat00029

[수학식 9]
Figure pat00030
(조밀한 지반, 상대밀도 80%)
[수학식 10]
Figure pat00031
(느슨한 지반, 상대밀도 40%)
The method according to claim 20,
In order to determine the statistical constants A and n, the equation 7 is transformed into the following equation 8 to perform a linear regression analysis on a log scale,
The method of seismic design of a ground-pile system considering dynamic characteristics, wherein the extreme ground reaction force (Pu) of the dynamic py curve is derived by Equation (9) and (10) according to the relative density of the ground.
[Equation 8]
Figure pat00029

[Equation 9]
Figure pat00030
(Dense ground, relative density 80%)
[Equation 10]
Figure pat00031
(Loose ground, relative density 40%)
하드웨어와 결합되어, 청구항 12 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 따른 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터가 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
A computer program stored in a computer-readable recording medium to execute a seismic design method of a ground-pile system in consideration of dynamic characteristics according to any one of claims 12 to 21 in combination with hardware.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102349744B1 (en) * 2020-12-28 2022-01-10 연세대학교 산학협력단 Prediction System and Prediction Method of Pile’s Lateral behavior with New Coefficient of Dynamic Horizontal Subgrade Reaction calculated by Coefficient of ground conditions
CN117454725A (en) * 2023-12-26 2024-01-26 浙江远算科技有限公司 Offshore wind power foundation seismic load simulation method and equipment based on superunit condensation
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102349744B1 (en) * 2020-12-28 2022-01-10 연세대학교 산학협력단 Prediction System and Prediction Method of Pile’s Lateral behavior with New Coefficient of Dynamic Horizontal Subgrade Reaction calculated by Coefficient of ground conditions
WO2022145871A1 (en) * 2020-12-28 2022-07-07 연세대학교 산학협력단 System for predicting dynamic horizontal behavior of pile by means of dynamic horizontal subgrade reaction correction coefficient calculated from subgrade condition coefficient
CN117592253A (en) * 2023-11-01 2024-02-23 上海交通大学 Method for judging damage of high pile wharf of steel pipe pile
CN117592253B (en) * 2023-11-01 2024-05-10 上海交通大学 Method for judging damage of high pile wharf of steel pipe pile
CN117454725A (en) * 2023-12-26 2024-01-26 浙江远算科技有限公司 Offshore wind power foundation seismic load simulation method and equipment based on superunit condensation
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