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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김동욱
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
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석유자원 및 천연가스 등 많은 자원들이 알래스카, 시베리아, 그린란드와 같은 추운 극한지에 많이 분포하는 것이 알려지면서, 극한지에 대한 플랜트 건설이 주목받고 있다. 극한지의 플랜트 건설은 장비의 작동 가능한 기온, 이동 환경, 엄격한 환경규제 등으로, 공사기간이 한정될 뿐만 아니라 환경 문제에도 민감하다. 따라서 극한지의 플랜트 건설은 공기단축을 위한 급속시공 및 플랜트의 사용 후 완전한 철거여부가 중요하다. 하지만 주로 사용되는 플랜트 기초인 얕은기초, 강관말뚝, 현장타설말뚝은 시공과정에서 큰 장비들이 요구되거나, 콘크리트 양생이 필요하여 급속시공이 어렵다. 또한 지반을 굴착하고 말뚝을 인발하는 과정은 시간과 비용을 많이 소모시킨다.
이번 연구의 주제인 헬리컬 파일은 강관 중심축에 한 개 이상의 헬릭스가
부착된 말뚝기초로, 말뚝 두부에 가해지는 연직력과 회전력으로 지반에 관입된다. 헬리컬 파일은 굴착 및 항타 없이 작은 회전관입기만으로 간단한 시공이 가능하다. 따라서 장비의 이동 경로가 확보되지 않아 접근성이 떨어지고, 기온이 낮은 추운 극한지에도 설치가 용이하다. 또한 헬리컬 파일의 두부에 역회전을 가하면 인발 및 재활용이 가능하기 때문에 경제적, 환경적 관점에서 이점이 있다. 이외에도 제한된 부지, 지하수가 높은 지반, 얼거나 습한 지반에도 시공이 가능하다는 장점이 있다.
본 연구에서는 극한지 플랜트의 말뚝기초로써, 다양한 헬리컬 파일의 거동을 분석하고, 극한지에 적합한 최적 기초 형상을 결정하고자 한다. 헬리컬 파일은 특징인 헬릭스의 개수 및 형상에 따라 다른 거동을 보인다. 따라서 헬릭스 개수 및
형상(직경, 피치)별 9 종류 모형 헬리컬 파일의 말뚝재하시험을 실시하였으며, 헬리컬 파일의 시공속도 및 지지력을 각각 관입소요시간 및 극한하중으로 비교분석하였다. 실험 결과에 따르면, 헬리컬 파일의 시공속도는 실험 조건 내에서 헬릭스 직경/ 중심축 직경비와 헬릭스 피치/헬릭스 직경비가 클수록 증가하였으며, 극한하중은 헬릭스 직경/중심축 직경비가 클수록, 헬릭스 피치/헬릭스 직경비가 작을수록 크게 발현되었다. 또한 헬릭스 개수가 가장 많은 연속형 헬리컬 파일은 오히려 시공속도 및 지지력이 다른 헬리컬 파일과 비교하여 낮게 나타났다. 9 종류 모형 헬리컬 파일 중 최적 기초 형상은 시간당 관입개수와 극한 하중에 근거한 시간당 발현 가능한 총지지력에 의해 헬릭스 5 개, 헬릭스 직경/중심축 직경= 3, 헬릭스 피치/ 헬릭스 직경= 1/2 로 결정되었다.
이번 연구의 주제인 헬리컬 파일은 강관 중심축에 한 개 이상의 헬릭스가
부착된 말뚝기초로, 말뚝 두부에 가해지는 연직력과 회전력으로 지반에 관입된다. 헬리컬 파일은 굴착 및 항타 없이 작은 회전관입기만으로 간단한 시공이 가능하다. 따라서 장비의 이동 경로가 확보되지 않아 접근성이 떨어지고, 기온이 낮은 추운 극한지에도 설치가 용이하다. 또한 헬리컬 파일의 두부에 역회전을 가하면 인발 및 재활용이 가능하기 때문에 경제적, 환경적 관점에서 이점이 있다. 이외에도 제한된 부지, 지하수가 높은 지반, 얼거나 습한 지반에도 시공이 가능하다는 장점이 있다.
본 연구에서는 극한지 플랜트의 말뚝기초로써, 다양한 헬리컬 파일의 거동을 분석하고, 극한지에 적합한 최적 기초 형상을 결정하고자 한다. 헬리컬 파일은 특징인 헬릭스의 개수 및 형상에 따라 다른 거동을 보인다. 따라서 헬릭스 개수 및
형상(직경, 피치)별 9 종류 모형 헬리컬 파일의 말뚝재하시험을 실시하였으며, 헬리컬 파일의 시공속도 및 지지력을 각각 관입소요시간 및 극한하중으로 비교분석하였다. 실험 결과에 따르면, 헬리컬 파일의 시공속도는 실험 조건 내에서 헬릭스 직경/ 중심축 직경비와 헬릭스 피치/헬릭스 직경비가 클수록 증가하였으며, 극한하중은 헬릭스 직경/중심축 직경비가 클수록, 헬릭스 피치/헬릭스 직경비가 작을수록 크게 발현되었다. 또한 헬릭스 개수가 가장 많은 연속형 헬리컬 파일은 오히려 시공속도 및 지지력이 다른 헬리컬 파일과 비교하여 낮게 나타났다. 9 종류 모형 헬리컬 파일 중 최적 기초 형상은 시간당 관입개수와 극한 하중에 근거한 시간당 발현 가능한 총지지력에 의해 헬릭스 5 개, 헬릭스 직경/중심축 직경= 3, 헬릭스 피치/ 헬릭스 직경= 1/2 로 결정되었다.
목차
국문초록목 차표 목 차그림목차제 1 장 서 론1.1 연구 배경 및 목적1.2 연구 동향1.3 연구 내용 및 방법제 2 장 이론적 배경2.1 헬리컬 파일2.1.1 정의 및 특징2.1.2 규격2.2 헬리컬 파일의 거동 메커니즘2.1.1 개별지지력이론(Individual bearing method)2.1.2 원형전단이론(Cylindrical shear method)2.1.3 회전력 상관관계이론(Torque correlation method)2.3 헬리컬 파일의 하중-침하 곡선2.3.1 Kulhawy 의 곡선해석법2.3.2 Davisson 의 곡선해석법2.3.3 O’Neill and Reese 의 곡선해석법2.3.4 Livneh and El Naggar 의 곡선해석법2.3.5 Elkasabgy and El Naggar 의 곡선해석법2.4 말뚝재하시험의 종류2.4.1 표준 재하시험2.4.2 급속 재하시험2.4.3 하중증가평형 재하시험2.4.4 일정침하율 재하시험2.4.5 일정침하량 재하시험2.4.6 반복하중 재하시험제 3 장 헬리컬 파일 모형실험3.1 실험 개요3.2 헬리컬 파일 제작3.2.1 예비 수치해석3.2.2 모형 헬리컬 파일 제작3.3. 지반 조성 방법3.3.1. 시료의 물리적 성질3.3.2. 지반 조성 방법3.4. 실험 장비 및 방법3.4.1. 회전 관입 장비3.4.2. 기타 재하시험 장비3.4.2. 실험 방법제 4 장 헬리컬 파일 모형실험 결과4.1 헬릭스 형상별 헬리컬 파일의 관입소요시간4.2 헬릭스 형상별 헬리컬 파일의 극한하중4.3 극한지 최적 기초 형상 결정제 5 장 결 론
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