질문
보강재를 모델링하고 싶습니다. 어느 기능을 사용해야 하나요?
답변
가시설 설계시 지반을 굴착함에 따라 H-pile, CIP, Strut, Anchor 등을 시공하기도 합니다. 이는 지반조건과 현장상황, 지하수위 유무, 굴착량 등을 고려하여 차수 및 보강 목적에 따라 설계하게 됩니다. 보강재에 따라 구조특성의 부재종류 타입을 결정하게 되며 부재종류 별로 주변 지반과의 절점공유 유무 및 거동에 차이가 있게 됩니다.
H-pile이나 CIP의 경우 축력, 전단력, 모멘트 등을 받는 부재로 모사하기 때문에 ‘Beam’ 요소를 사용하게 되고, 주변 지반 절점과 공유를 시키기 위해 물성을 할당하고 ‘Smart Mesh’ 기능으로 요소를 생성합니다.
그러나 지반을 굴착함에 따라 버팀 역할을 하게 되는 Strut의 경우에는 축력만 받는 ‘Truss’ 타입으로 지정하게 됩니다.
‘Beam’ 요소처럼 물성을 할당하고 ‘Smart Mesh’를 하게 되면 주변 지반요소로 인해 일정하지 않은 크기로 분할되어 요소망이 생성됩니다. 전단과 휨거동을 못하는 ‘Truss’ 요소는 전체좌표계 X방향을 축으로 모델링 한 경우 결과가 튀는 양상이 검토될 수 있습니다.
결과적으로 이런 경우에는 ‘모델 > 요소 > 요소생성’ 기능을 활용합니다. 그림 1(a)와 같이 요소망세트에 적절한 이름을 입력하고 요소타입에 맞는 구조특성을 지정하여 첫 번째 지점을 모델정보 상에서 선택합니다. 그 후 두 번째 지점을 선택하면 1개 요소로 생성이 되며, 계속해서 요소를 추가할 수 있습니다.
(a) 첫 번째 지점 선택 (b) 두 번째 지점 선택
그림 1. 요소생성
그림 2. Strut 요소/절점 확인
지반에 사보강재로 보강을 하게 되는 Anchor 역시 축력을 받게 되는 ‘Truss’ 타입으로 모델링을 하게 됩니다.
그러나 주변 지반과 절점이 공유되어야 하기 때문에 위에 설명드린 바와 같이 주변 지반의 요소 크기에 영향을 받아 Anchor 요소 크기가 일정치 않게 모델링 될 수 있습니다. 이런 경우 절점 공유를 고려하지 않아도 되는 ‘Embedded Truss’ 요소 타입을 사용할 것을 권장하고 있습니다.
‘Embedded Truss’ 요소는 ‘Truss’ 요소와 거동은 동일 하지만, 절점 공유 상에 문제가 없기 때문에 ‘Smart Mesh’ 기능을 활용하지 않고 Strut와 같이 ‘요소생성’ 기능을 사용하거나, ‘모델 > 요소망 > 자동요소망 : 선’ 기능을 사용합니다. 그러나 항상 지반에 묻혀있는 상태여야 하기 때문에 굴착에 따라 보강되는 Strut에는 적용할 수 없습니다.
선을 선택한 후에는 ‘요소크기’ 나 ‘분할개수’ 를 지정하여 요소를 생성할 수 있고, 긴장력(prestress)을 가하게 되는 경우 Anchor가 받게 되는 전체 긴장력 값을 고려하여 요소의 개수를 지정하여 모델링 합니다.
그림 3은 분할개수를 ‘1’ 로 지정하여 단일 요소로 모델링 하는 예입니다.
그림 3. 자동요소망을 이용한 Anchor 요소 생성