질문
지중구조물 해석 시 수압 등의 하중에서 결과가 발산합니다.
답변
지중구조물에서는 Load Case의 결과값을 해석 후에 조합하지 않고, 하중조합을 해석 전 단계에서 동시재하 하중으로 치환하여 해석하는 방법을 사용합니다.
일반적으로 지중구조물은 지반 위에 얹혀 있는 형태이며, 지반은 중력 방향 하중에만 저항할 수 있고 중력 반대방향 하중에 대해서는 아무런 저항을 할 수 없습니다. 따라서 지중구조물에 입력하는 지반 경계조건은압축전담 (Comp. Only Type) Point Spring Support나 Elastic Link를 사용하여 모사합니다.
압축전담 Point Spring Support / Elastic Link와 같은 비선형 경계조건이 입력된 모델은 해석 시 반복해석을 통해 모든 스프링이 압축을 받는 상태를 찾아 해당 결과값을 출력합니다. 따라서 설정한 반복횟수 내에 모든 스프링이 압축을 받는 경우에는 결과값이 수렴하지만, 그렇지 않은 경우에는 결과값이 발산하여 신뢰할 수 없는 값이 출력됩니다.
결과값의 발산 여부는 해석 과정에서 Message Window에 출력되는 아래와 같은 정보를 통해 확인할 수 있습니다.
Load Combination에서 입력하는 Add Type의 하중조합은 각 Load Case의 해석 결과에 단순히 하중계수만 곱하여 더한 결과입니다. 따라서 하중조합의 결과가 신뢰성을 얻기 위해서는 구성되어 있는 Load Case의 결과가 신뢰할 수 있는 값이어야 합니다. 즉, 위의 그림에서 Load Case 5, 7, 8이 포함되어 있는 하중조합의 결과값은 신뢰할 수 없는 값이라고 할 수 있습니다.
압축전담 경계조건을 사용하는 지중구조물에서는 양압력, 비대칭 수평토압 등을 입력한 Load Case에서 위와 같이 결과값이 발산하는 것이 일반적입니다. 따라서 지중구조물에서는 Load Case의 결과값을 해석 후에 조합하지 않고, 하중조합을 해석 전 단계에서 1개의 Load Case (동시재하 하중)로 치환하여 해석하는 방법을 사용합니다.
동시재하 하중의 생성은 Create Load Cases Using Load Combinations에서 수행합니다.
(Load 탭 > Static Loads (Type) 그룹 > Using Load Combinations)
(Create Load Cases Using Load Combination에 대한 자세한 설명은 Online Manual을 참고하시기 바랍니다.)
예를 들어 아래의 그림과 같이 Load Combination에서 생성한 10개의 하중조합을 선택하여 Selected Combinations로 이동시키면 10개의 Load Case (동시재하 하중)가 추가로 생성됩니다.
이와 같이 동시재하 하중을 생성한 후에 해석을 수행하면, 기존의 Load Case 5, 7, 8은 동일하게 결과값이 발산하지만 동시재하 하중의 결과값은 대부분의 경우 수렴합니다.
지중구조물은 일반적으로 동시재하 하중으로 해석 검토를 실시하므로 단위하중조건의 결과값이 발산하는 것은 무시를 해도 상관이 없습니다. 또는 단위하중조건을 삭제해도 무방하지만 입력한 하중의 수정 등을 위해 삭제하지 않는 것을 권장합니다.
참고로 기술지원 홈페이지의 ‘기술자료 > 프로그램 기술자료’ 에 등재되어 있는 ‘지중구조물 해석 시 Check Point’ 자료를 통해 지중구조물 해석 시 주의해야 할 사항을 학습하실 수 있습니다.