기능
- 섬유요소를 이용한 비선형 해석을 수행하기 위하여 단면을 적절히 분할하고 다양한 비선형 응력-변형률 이력을 가진 콘크리트, 강재 등의 재료특성을 분할된 cell들에 할당합니다. RC 구조물의 경우 Cover concrete, Core concrete, Reinforcing steel 등을 단면에 할당할 수 있습니다.
호출
메인 메뉴에서 [Properties] 탭 > [Inelastic Properties] 그룹 > [Inelastic Material] > [Fiber Division of Section]
입력
파이버모델이 적용되는 단면의 속성을 정의합니다.
Define Fiber Division of Section 대화상자
Name
섬유요소로 분할된 단면의 이름
Section
섬유요소가 적용된 일반 단면의 이름을 입력합니다.
Add
파이버요소의 단면을 신규로 입력하거나 추가합니다.
Modify/Show
이미 입력된 파이버재료의 단면을 수정하거나 확인합니다.
Delete
이미 입력된 파이버재료의 단면을 삭제합니다.
Fiber Division of Section 대화상자
Name
파이버 요소의 이름을 입력합니다.
Section Name
파이버 요소가 적용될 기존 일반 단면의 이름을 선택합니다.
Import Section : 이미 입력된 일반 단면의 형상을 불러옵니다.
Cancel Import Section : 이미 불러온 일반 단면 형상을 삭제합니다.
Import Rebar : Design 기능에서 단면에 정의된 철근 정보를 불러옵니다.
Cancel Import Rebar : 불러온 철근정보를 모두 삭제합니다.
Define Section : Fiber 단면 정의 도중에 새로운 일반 단면을 정의할 필요가 있는 경우, 곧바로 일반 Section 을 정의할 수 있습니다.
Fiber Material Property
섬유요소에 적용하기 위하여 이미 정의된 비선형 Concrete와 Steel 재료의 특성을 최대 6개까지 선택하여 단면 Cell 들에 할당할 수 있습니다.
: 단면 Cell 들에 재료를 할당한 후 재료마다 특정한 색으로 표현할 수 있습니다. 재료의 표현 색은 사용자가 임으로 변경할 수 있습니다.
Create Fiber
단면을 cell 들로 분할하고 비선형 재료를 할당합니다. (Rebar와 관련된 배근과 수정은 Create Rebar기능에서 수행합니다. )
Create Fiber 기능에서는 새로운 단면을 분할하고 비선형 파이버 재료특성을 할당할 수 있는 기능과 Create Fiber 기능내의 Editing Fibers 기능을 통하여 기존에 분할된 파이버 단면을 편집할 수 있는 기능 두 가지가 구현되어 있습니다.
먼저 새로운 단면을 분할하고 비선형 파이버 재료특성을 할당하는 단계의 일반적인 절차를 설명하면 다음과 같습니다.
1. Drawing Object 기능은 기본적인 단면형상에 추가적인 두께를 가진 선을 불러오거나 추가할 때 사용합니다. 예를 들어 기본 사각단면에 외곽 콘크리트 두께를 입력할 경우에 Offset Distance From Boundary에서 추가적인 두께를 입력할 수 있습니다. 만약 추가적인 두께를 입력할 필요가 없다면 본 단계는 사용하지 않아도 무방합니다.
2. Selecting Object 기능을 통하여 분할할 단면을 구성하는 선을 선택합니다. 분할 대상 단면이 하나의 선으로 구성되어 있으면 해당 선을 선택하여 굵은 빨간 선으로 활성화 시킵니다. 분할 대상 단면부분이 두 개 이상의 선으로 둘러싸여 있는 경우 해당 선들을 모두 선택하여 굵은 빨간 선으로 활성화 시킵니다. 선택이 완료된 후 Enter 버튼을 누르면 굵은 파란 선으로 활성화되며 단계를 마치게 됩니다. 취소할 경우 Clear 버튼을 누르면 다시 선택을 하실 수 있습니다.
3. Setting Region 단계는 앞서 선택된 선들로 둘러싸인 단면 영역을 선택하는 단계입니다. 대상 영역을 둘러싸고 있는 파란 활성화된 선들을 선택하여 붉게 활성화 시킨 후 Enter 버튼을 누르면 해당 단면이 음영 처리되어 분할 준비단계를 마치게 됩니다. 취소할 경우 Clear 버튼을 누르면 다시 영역을 선택 하실 수 있습니다.
4. Dividing Section 단계에서는 선택된 영역을 적절히 분할하고 비선형 파이버 재료모델을 할당할 수 있습니다. 단면의 종류에 따라 Rectangular 방식과 Radial 방식을 선택한 후 Number of Division에서 적절히 분할 개수를 지정해 줍니다. 분할 개수에 따라 왼쪽 그림 창에는 분할될 모양이 Preview형식으로 나타납니다. 분할 상태를 결정한 후 Material ID에서 적절한 비선형 파이버 재료모델 종류를 선택합니다. 확인이 완료되면 최종적으로 Divide 버튼을 눌러서 분할을 시행합니다. Undo와 Redo버튼을 사용하여 해당 작업의 취소와 재시행이 가능합니다.
두 개 이상의 분할 영역을 가진 단면의 경우 위의 b. ~ d. 과정을 추가로 수행하여 전 단면에 걸친 분할을 수행합니다.
한편 기존에 분할된 파이버 단면들을 수정할 필요가 있을 때, Editing Fibers 기능을 사용할 수 있습니다. 본 기능의 자세한 설명은 아래 해당 부분을 참고하십시오.
Create Fiber 대화상자
Drawing Object
Import Cover Thickness : Design기능에 정의되어 있는 단면의 피복 두께를 불러옵니다.
Offset Distance from Boundary : 일반 단면 형상에 추가적인 경계를 지정해 줄 필요가 있을 때, 기준이 되는 Polygon 을 선택한 후 특정 거리만큼 떨어진 위치에 새로운 Polygon 을 생성합니다. 주철근을 경계로 외부 콘크리트와 내부콘크리트의 비선형적 거동이 다르기 때문에 일반적으로 외부 콘크리트 경계선을 입력할 때 활용할 수 있습니다. 이 외에도 기타 추가적인 경계선을 만들 필요가 있을 때 개수에 제한 없이 추가적인 경계선을 만들어서 분할영역을 정의하는데 활용할 수 있습니다.
+ 값을 입력하면 단면 안쪽으로 경계선이 생성되며, -값을 입력하면 단면 바깥쪽으로 경계선이 생성됩니다.
먼저 왼쪽 그림 창에서 기준이 되는 경계선을 선택하여 붉게 활성화 시킵니다. Offset거리를 입력한 후 Add 버튼을 누르면 추가 경계선이 생성됩니다. Undo 와 Redo버튼을 통해 해당 시행을 취소, 재시행 할 수 있습니다.
: 본 기능은 독립적인 기능으로서 거리 값 산정이 난해한 경우에 단면 형상 그림의 임의 두 점 사이 거리를 자동으로 계산해 줍니다. 개수를 입력하면 선택된 두 점 사이를 입력된 개수 만큼으로 분할한 거리 값을 자동 산정해 줍니다. 이 기능을 사용하기 위해서는 왼쪽 그림 창에서 두 점을 선택하여 빨간색으로 활성화 시킵니다. 그 후 분할 개수를 입력한 후
버튼을 누르면 두 점 사이를 원하는 개수만큼 분할 했을 때의 거리 값이 Offset Distance from Boundary옆에 자동으로 산정, 출력되게 됩니다. 이 값을 활용하여 이후 입력에 활용하시면 됩니다.
Select Object
본 단계는 Fiber Cell로 분할할 영역의 경계선을 선택하는 단계입니다. 추가 경계선이 정의되어 있는 경우 이 경계도 하나의 경계선으로 인식할 수 있습니다.
사용방식은 먼저 왼쪽 그림 창에서 경계선을 선택하여 붉게 활성화 시킵니다. 분할할 영역이 두 개 이상의 경계선으로 둘러싸인 영역인 경우 해당 경계선을 모두 선택하여 붉게 활성화 시킵니다. 선택이 완료되면 최종적으로 Enter 키를 눌러서 파랗게 활성화 시키면 본 단계가 완료 됩니다.
Clear : 선택된 경계를 취소합니다.
Setting Region
본 단계는 Fiber cell로 분할할 영역의 면을 선택하는 단계입니다.
사용 방식은 앞서 Selecting Object에서 선택되어 활성화된 경계선들을 다시 선택하여 붉게 활성화 시킵니다. 분할하고자 하는 영역의 모든 경계선을 선택한 후 Enter 버튼을 누르면 분할 가능하게 된 영역이 음영 처리되게 됩니다. 수정이 필요한 경우 Clear 버튼을 눌러 취소하고 다시 시행합니다.
영역의 선택에서 경계선을 기준으로 완전히 닫힌 영역이 우선적으로 선택됩니다.
Dividing Section
본 단계는 선택된 단면을 분할하고 비선형 파이버 재료모델을 할당하는 단계입니다.
파이버 셀의 분할은 해석시간에 직접적으로 관련 있기 때문에 사용자의 주의가 필요합니다. 분할 개수와 해석의 정확도는 무조건 비례하지 않으며, 일반적인 단면의 경우 100~200 개 정도의 분할 개수로 충분한 정확도를 확보할 수 있는 것으로 알려져 있습니다. midas Civil 에서는 한 단면에서 최대 1000개까지의 셀을 분할 할 수 있습니다.
일반적으로 최대 변형률이 발생하는 단면의 외곽 부분의 분할은 조밀하게 하고 내부부분은 크게 분할 하여 해석 속도는 향상시키고 해석 정확도도 확보하는 방식을 적절히 사용하시는 것이 바람직합니다.
Type Division : Setting Region 에서 선택된 영역 면을 사각형( Rectangular) 방식으로 분할하거나 원형 (Radial) 방식으로 분할합니다.
Rectangular : 사각형 형태를 기본으로 하는 단면을 분할 할 때 사용합니다.
Ny = 단면상의 y 방향으로 분할할 Cell의 개수를 입력합니다. (2개 이상을 입력)
Nz = 단면상의 z 방향으로 분할할 Cell의 개수를 입력합니다. (2개 이상을 입력)
개수를 입력하면 왼쪽 그림 창에 분할되는 상태를 Preview형식으로 나타내어 줍니다.
Radial : 원형이나 타원 형태 등의 단면을 분할 할 때 사용합니다.
Center Point (y,z) = 원형 분할 시 원 중심좌표를 입력합니다.
: 도형 그림상 두 점의 중점을 중심으로 하고 싶은 경우, 두 점을 선택하면 그 중점을 원형분할의 중심좌표로 자동 적용해 줍니다. 즉 그림창의 두 점을 선택한 후 이 버튼을 누르면 선택된 두 점의 중점 좌표를 Center Point로 산정, 할당해 줍니다.
Nt = 원형의 각 방향으로 분할할 개수를 입력합니다.
Nr = 원형의 반지름 방향으로 분할할 개수를 입력합니다.
개수를 입력하면 왼쪽 그림 창에 분할되는 상태를 Preview형식으로 나타내어 줍니다.
Material ID : 분할될 cell의 재료 특성을 Inelastic Material Property 에서 정의된 재료중에 선택하여 할당합니다.
상기 과정이 완료된 후 Divide 버튼을 누르면 선택된 비선형 파이버 재료를 할당 받은 셀들이 의도한 바대로 분할되는 것을 확인하실 수 있습니다.
Undo, Redo 버튼을 사용하여 해당 분할 작업을 취소, 재시행 할 수 있습니다.
Editing Fibers
이미 분할된 Fiber cell들을 수정합니다. 본 기능은 이미 분할이 완료된 단면에 대해서만 구동이 가능합니다.
사용방법은 먼저 그림 창으로부터 수정할 셀들을 선택하여 빨간색으로 활성화 시킵니다.
Merge : 몇 개의 cell들을 선택하여 이들을 하나의 cell로 통합 합니다.
Delete : 선택된 cell들을 삭제합니다.
Undo, Redo : 상기 cell편집 기능을 취소하거나 재시행합니다.
Create Rebar
단면에 임의의 철근을 정의할 수 있습니다. 철근의 정의 방식은 Point, Liner, Circular 의 세 가지 방식이 있습니다. 배근된 모든 철근은 철근의 명칭에 따라 구분되어 Name, Number, 총 면적 이 Table 형식으로 정리됩니다.
Create Rebar 대화상자 (Point Type)
Type : Point
단면에 철근을 한 개씩 배치합니다.
Material ID : Inelastic Material Property 에서 정의된 Steel의 재료 종류를 선택합니다.
Center Point(y,z) : 철근의 위치를 입력합니다. 직접 vaule를 입력하거나, 단면그림에서 select 하여 입력할 수 있습니다.
Area : 철근 한 개 당 면적을 입력합니다. 일반 철근의 경우 DB 중에 선택하여 입력할 수 있고, 사용자 임의 입력방식(User) 으로 직접 면적을 입력할 수 있습니다.
Crate Rebar 대화상자 (Linear Type)
Type : Linear
단면에 철근을 한 줄 단위(일렬 배근)로 배치합니다.
Material ID : Inelastic Material Property 에서 정의된 Steel의 재료 종류를 선택합니다.
Starting Point(y,z) : 철근 열의 시작 위치를 입력합니다. 직접 vaule를 입력하거나, 단면그림에서 select 하여 입력할 수 있습니다.
End Point(y,z) : 철근 열의 끝 위치를 입력합니다. 직접 vaule를 입력하거나, 단면그림에서 select 하여 입력할 수 있습니다.
Number of Rebar : 철근 한 열에 들어가는 철근의 총 개수를 입력합니다.
Area : 철근 한 개 당 면적을 입력합니다. 일반 철근의 경우 DB 중에 선택하여 입력할 수 있고, 사용자 임의 입력방식(User) 으로 직접 면적을 입력할 수 있습니다.
Create Rebar 대화상자 (Circular Type)
Type : Circular
단면에 철근을 원형으로 배치합니다.
Material ID : Inelastic Material Property 에서 정의된 Steel의 재료 종류를 선택합니다.
Starting Point(y,z) : 원형 배근 철근 시작 위치를 입력합니다. 직접 vaule를 입력하거나, 단면그림에서 select 하여 입력할 수 있습니다. 원형배근의 경우 Starting Pointer Center of Arc가 수평면상에 나란히 설정되어 있어야 정확한 배근을 수행할 수 있습니다. . 타원형 배근이나 일부 호 형태의 배근도 Starting Point와 Center of Arc가 나란히 설정된 상태에서 Angle을 적절히 조절한다면 효율적으로 배근이 가능합니다.
Center of Arc(y,z) : 원형 배근 철근의 중심 위치를 입력합니다. 이 때 Starting Point 가 Center of Arc의 오른편 수평위치에 나란하게 위치하여야 정확한 원형배근을 수행할 수 있습니다. 직접 vaule를 입력하거나, 단면그림에서 select 하여 입력할 수 있습니다.
Central Angle of Arc : 원형 배근 철근을 일부 호 형태로 배근하려 할 때 원주각의 크기를 입력합니다. 원형 배근의 경우 360 도가 default 입니다. 360도 이하의 값을 사용하면 일부 호 형태의 배근도 가능합니다.
Number of Rebar : 원형 배근 철근의 개수를 입력합니다.
Area : 철근 한 개 당 면적을 입력합니다. 일반 철근의 경우 DB 중에 선택하여 입력할 수 있고, 사용자 임의 입력방식(User) 으로 직접 면적을 입력할 수 있습니다.