질문
지중구조물 경계조건, 어떻게 입력하나요?
답변
지중구조물은 지반 위에 얹혀 있는 형태이며, 지반은 하중의 크기에 따라 구조물을 지지하기도, 침하를 발생시키기도 합니다.
CIVIL에서 이러한 지반의 강성을 고려하여 경계조건을 입력하는데, 이때 주로 사용하는 기능이 Point Spring Supports와 Elastic Link 입니다.
한 가지씩 보겠습니다. 먼저, Elastic Link는 보요소와 같습니다. 보요소가 재질과 단면을 이용해 축강성(EA), 휨강성(EI) 등을 계산한다면, Elastic Link는 계산된 강성을 직접 입력하는 방법을 사용합니다. 강성을 직접 입력한 요소를 통해 지반의 특성을 대신하고, 그 밑에는 고정단을 둡니다. 흙의 특성과 같이 “압축전담” 특성을 고려할 수 있다는 장점 때문에 지반 모델링에 주로 사용됩니다.
Point Spring Support는 Elastic Link와 고정단 지점이 결합한 것과 같습니다. 강성입력방법은 Elastic Link와 같이 6방향 강성을 직접 입력합니다.
추가로, Surface Spring Supports 기능이 있습니다.
Surface Spring Supports 기능은 길이 또는 면적 계산을 자동으로 해서 Point Spring Supports 또는 Elastick Link를 편리하게 입력하도록 하는 도구입니다. (탄성경계를 표현하기 위한 경계조건의 한 종류는 아닙니다.)
왼쪽 그림은 수조의 3차원 입체형상을 나타낸 것이고, 오른쪽 그림은 수조의 바닥면을 평면에서 본 그림입니다. 수조의 바닥면에 지반스프링을 입력한다고 했을때, 17번 절점은 1.0제곱미터의 면적에 해당하는 지반스프링 값을 입력해야 하고, 20번과 5번 절점은 각각 0.5제곱미터, 0.25제곱미터 면적에 해당 하는 지반스프링 값을 입력해야 합니다. 위의 예제에서는 1.0제곱미터, 0.5제곱미터, 0.25제곱미터 3가지 면적에 대한 값만 계산하면 되지만, 실제 프로젝트의 모델은 훨씬 복잡하므로, 절점당 분담면적을 계산하는 것은 굉장히 귀찮은 작업입니다.
지반스프링 계수 = 절점당 분담면적 X 단위면적당 지반반력계수
(자동계산) (입력)
Surface Spring Supports는 절점당 분담면적을 자동으로 계산하기 때문에, 단위면적당 지반반력계수만 입력하면 손쉽게 수많은 지반스프링을 입력할 수 있습니다.
이 기능은 2D 모델과 3D 모델 모두에서 사용할 수 있습니다.
Plate 또는 Solid로 모델링 하는 경우에는 위의 설명과 같은 방법으로 분담면적을 계산하고, Frame 요소로 대표 단면만 표현한 2D모델에서는 Width를 입력하여, [Width X 절점당 분담길이 X 단위면적당 지반반력계수] 로 지반스프링 값을 계산합니다.