질문
지중구조물에서 지반스프링 계수를 어떻게 입력해야 하나요?
답변
CIVIL의 Surface Spring Supports 기능은 절점 당 분담 면적을 자동 계산하여 지반 경계조건을 입력하여 주는 기능으로서, 수많은 지반 경계조건을 한번에 자동으로 입력할 수 있습니다.
지중구조물은 지반 위에 얹혀 있는 형태이며 지반은 작용하는 하중의 크기와 형태에 따라 구조물을 지지하기도, 침하를 발생시키기도 합니다. 따라서 지반의 경계조건은 완전 구속조건 (Supports)이 아닌 강성을 지니는 스프링 형태의 경계조건으로 구현해야 합니다.
CIVIL에서 각 자유도 별 강성값을 입력하는 스프링 형태의 경계조건으로는 Point Spring Supports와 Elastic Link가 있습니다. Point Spring supports는 절점에 바로 입력하는 경계조건 이며, Elastic Link는 2개의 절점 사이에 입력하는 경계조건 입니다. 따라서 Point Spring Supports와 Elastic Link 경계조건에 각 방향 별 스프링계수 값을 부여할 때에는 절점이 지니는 분담 면적을 고려해야 합니다.
지반스프링 계수 = 절점 당 분담 면적 X 지반 반력 계수
아래의 그림에서 왼쪽은 수조의 3차원 입체 형상을 나타낸 것이고, 오른쪽은 수조의 바닥면을 평면에서 본 그림입니다.
수조의 바닥면에 지반 경계조건을 입력한다면, 17번 절점은 1m² 의 면적에 해당하는 스프링계수 값을 입력해야 하고, 20번과 5번 절점은 각각 0.5m², 0.25m²의 면적에 해당하는 스프링계수 값을 입력해야 합니다.
소수의 절점에만 지반 경계조건을 입력한다면, 위와 같이 각 절점당 분담 면적을 고려하여 입력할 수 있습니다. 하지만 지반 경계조건을 입력해야 하는 절점이 다수일 경우에는 굉장히 번거로운 작업이 될 수 있습니다.
CIVIL의 Surface Spring Supports 기능은 절점 당 분담 면적을 자동 계산하여 지반 경계조건을 입력하여 주는 기능으로서, 수많은 지반 경계조건을 한 번에 자동으로 입력할 수 있습니다.
Surface Spring Supports 기능은 선요소 모델과 판요소 / 입체요소 모델에서 모두 사용할 수 있습니다. 판요소 / 입체요소 모델은 선택한 절점의 분담 면적이 자동 계산되며, 선요소에서는 '선택한 절점의 분담 길이 X Width 입력값 '이 분담 면적으로 자동 계산됩니다.
따라서 Surface Spring Supports를 이용하여 지반 경계조건을 모델링 할 때 사용자가 입력해야 하는 것은 지반반력 계수와 선요소의 Width 뿐이라고 할 수 있습니다.