Midas Civil :: 원통형 구조물 전단지반반력계수 구현하는 방법

01.MIDAS.zip

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원통형 구조물 구조계산시 지진시 해석에서

벽체에 전단지반반력계수 경계조건을 부여하기 위해서는

Midas Civil의 Surface Spring Supports 기능을 이용하고

 

아래의 세 가지 방법을 고려할 수 있다.

 

① Convert to Nodal Spring / Point Spring

Kx, Ky, Kz 를 모두 입력할 수 있으므로 가장 편리하지만 여기서 Kx, Ky, Kz 의 x,y,z는 놀랍게도 "전체좌표계"를 뜻한다.

따라서 육면체 같은 수처리 구조물 등에는 사용하기 편한 기능이지만 원통형 구조물에서는 이 기능으로 벽체의 전단지반반력계수를 구현할 수 없다.

 

② Convert to Nodal Spring / Elastic Link

추가 고정절점을 생성하면서 Elastic Link를 생성하며 해당 면에 각각 연직방향으로 지반반력계수를 입력할 수 있다. 얼핏보면 '연직지반반력계수'만 입력할 수 있는 것으로 보이지만 이렇게 Elastic Link 를 생성한 후에 그 Table에 들어가서 SDy와 SDz를 입력함으로써 전단지반반력계수를 구현할 수 있다.

보통 연직지반반력계수를 3으로 나누면 전단지반반력계수 이기 때문에

생성된 SDx 값들을 드래그 해서 빈 엑셀파일에 붙인 후 그 옆칸에 3으로 나눈 값을 다시 생성하고 그 값을 마이다스 Table의 SDy, SDz 값에 붙여넣으면 된다.

이 방법이 가장 추천하는 방법이라고 한다.

SDy 와 SDz는 따로 만들어서 붙여넣는다.

③ Distributed Spring 

가장 빠른 방법이다. 하지만 두 단계를 거쳐야 하는데

첫째, Planar(Face)로 연직지반반력계수를 입력해서 구현하고 나서

다시 Distributed Spring 기능을 실행해서 이번엔 Planar(Edge)로 들어간다.

그리고 Selection에 Element를 체크하고

Face에 Edge#1, Edge#2, Edge#3, Edge#4 로 순서대로 놓고 전단지반반력계수의 절반값을 각각 입력해서 구현한다.

요소의 네 외곽선에 각각 그 방향에 맞는 강성을 입력하는 것이기 때문에 두 선분씩 부담하게 된다.

그래서 전단지반반력계수의 절반값씩 입력한다.

Face에 Edge#1과 Edge#2 에만 또는 Edge#2와 Edge#3에만 이런식으로 인접한 두 Edge들에만 전단지반반력계수 값을 입력해서 구현한다. (절반씩 네 선분에 입력하는 것이 아니라 이렇게 한쪽 선분씩에만 전단지반반력계수를 입력하면 된다고 Midas 개발자분이 알려줬다고 함. by Midas Staff. 2022/06/03)

따라서 이 방법으로 전단지반반력계수를 적용하고 나면 각 Plate요소 안에 검은색 사각형이 보이는 게 아니라 검은색 'ㄱ'자 또는 'ㄴ'자 등이 보이게 될 것이다.

이렇게 먼저 연직지반반력계수를 구현하고

Edge1~4까지 네번 전단지반반력계수의 반값을 입력해서 구현한다.

 

 

②번 방법과 ③번 방법의 비교

③번 방법은 실험적인 방법으로 마이다스에서도 이 기능을 이렇게 쓰라고 만든 것은 아니라고 했다. (2022/6/2 전화통화)

하지만 강성을 면 요소의 외곽선에 설정하는 것이 결국 전단지반반력계수를 구현하는 것과 다르지 않으므로 이 방법을 사용해서 실험을 해보고 싶었다. (지름 7.6m에 심도 17m의 수직구를 기준으로 비교했다.)

 

 

1. 지진력 방향인 X방향 최대변위

2번 방법의 X방향 최대변위

3번 방법의 X방향 최대변위

분석결과 3번 방법이 1.4mm 정도 더 변위가 크게 나왔다. 이 차이가 유의미하게 보이진 않는다.

 

 

3. Mxx

2번 방법의 Mxx

3번 방법의 Mxx

Mxx 모멘트를 비교했을때 3번 방법일 때는 370.68 KN.m 였고 2번 방법일 때는 354.49 KN.m 였다.

약 4% 정도 3번 방법의 모멘트가 더 크게 나왔다.

 

4. 벽체 축력 Fxx

2번 방법이었을 때 벽체 축력

3번 방법이었을 때의 벽체 축력

벽체 최대 축력을 비교했을 때 2번방법일 때 565.452 kN/m, 3번 방법일 때 562.57 kN/m 으로 거의 차이가 없었다.

 

 

 

5. 벽체 전단력

2번 방법일 때 Vxx

3번 방법일 때 Vxx

전단력도 두 방법의 값 차이가 미미하고 콘타를 보면 그 양상도 동일 한 것을 알 수 있었다.

 

6. Myy

두 방법의 차이가 보이는 단면력은 Myy, Vyy 였다.

우선 Myy를 보면

2번 방법일 때 Myy

3번 방법일 때 Myy

Myy는 두 방법일 때의 양상이 많이 달랐다. 왜 3번 방법일 때가 더 자연스러운 콘타를 보여주는 건지...;;

 

7. Vyy

2번 방법일 때의 Vyy

3번 방법일 때의 Vyy

Vyy도 두 모델의 양상이 많이 다른 것을 알 수 있다.