3차원 수치해석을 이용한 기계진동을 받는 단말뚝의 허용 연직지지력 산정방법 검토

Abstract

본 연구에서는 국내에서 통상적으로 적용하고 있는 플랜트 진동기기초의 연직지지력 산정 방법의 타당성을 검토하고자 하였다. 이를 위하여 현재 작동중인 진동기계를 지지하고 있는 군말뚝 기초 중 단일 말뚝을 대상으로, 경험적 지지력 산정식을 이용하여 말뚝-지반의 상호작용을 고려할 수 있는 3차원 단말뚝 하중-변위 거동 수치모형을 구성하였다. 구성된 수치모형에 대하여 허용하중까지 축방향 정하중을 재하한 후, 추가로 단말뚝 두부에 기계 진동을 가하는 3차원 동적해석을 수행하여, 기계진동에 의해 추가적으로 말뚝 두부에 발생할 수 있는 연직하중을 산정하였다. 해석결과, 기계진동에 의해 발생하는 추가적인 동적하중은 정적 허용하중의 약 13% 정도로 나타나, 모든 진동 및 지반조건에 대하여 동적하중이 정적 사용하중의 100%로 증가된다고 간주하고 설계하는 국내 설계 관행은 지극히 보수적이며 과다설계로 이어질 수 있음을 보여주었다. In this study, the applicability of the method for evaluating the axial bearing capacity of a single pile subjected to machine vibration, which is generally applied in Korea, is examined. Firstly, the 3D model for the load-displacement behavior of a single pile, which is one of the group pile supporting a rotating machine, was constituted. In the constituted numerical model, the soil-pile interaction was considered by using the empirical formulae for evaluating axial bearing capacity and conducting the repeated numerical analyses. After the model was statically loaded to the allowable bearing load in static numerical analysis, the axial vibration due to machine vibration was added to the pile top in dynamic numerical analysis. From these procedures, the additional axial dynamic load caused by machine vibration was computed. From the analysis results, it was found that the additional dynamic load caused by machine vibration was about 13% of the allowable static load and it was thought that the domestic design concept, assuming that the additional dynamic load due to machine vibration equals to the allowable static load, is excessively conservative.