Pushover Global Control

기능

Pushover > Global Control메뉴와 동일합니다. 성능기반 내진설계 비선형 정적해석을 위해 배치된 메뉴입니다.

Pushover 해석은 구조물의 항복 이후 거동과 한계상태를 효과적으로 평가하는데 가장 많이 적용하는 비선형 정적해석(Nonlinear Static Analysis) 중의 한가지 해석 방법입니다. 

구조물의 보유내력을 평가하는 Pushover 해석에서 적용될 해석조건을 지정합니다.

1. 초기하중조건 : 초기재하하중을 입력합니다. 일반적으로 구조물에 지속적으로 재하되는 자중 등의 중력방향 하중을 입력합니다.

2. 해석수렴조건 : 비선형해석에서 각 스텝별 수렴조건을 입력합니다.

3. 강성저감율 : 부재가 항복한 후의 비선형 거동 특성을 입력합니다.

4. 분산형 보요소의 참조 위치 지정 : 분산형 힌지를 할당한 보요소의 항복강도 계산에 참조할 단면 위치를 선택합니다.

호출

메인 메뉴에서 [Seismic Perfom.] 탭 > [AIK-G-001-2021] > [Type : Pushover Anal.] > [Control] 그룹 > [Global Control] > [Global Control]

입력

Fig. Pushover Global Control 대화상자

Geometric Nonlinearity Type

대변형으로 인한 기하비선형을 고려하여 Pushover해석을 할 것인지를 선택합니다. 대경간 구조물등에서 대변형을 고려하여 해석하고자 할 경우 Large Displacement를 적용합니다.

Initial Load

Pushover 해석에서 구조물에 재하되는 초기하중을 지정합니다. 구조물이 중력방향 하중을 받은 상태에서 해석을 수행하여 구조물의 정확한 보유내력 곡선을 평가할 수 있습니다.

Perform Nonlinear Static Analysis for Initial Load : 초기하중 고려시의 일반적인 적용방법이며, 초기하중에 대해 비선형해석을 수행합니다.

Import Static Analysis / Construction Stage Analysis Results

1. 초기하중과 Pushover 해석의 경계조건이 다른 경우의 적용방법입니다.

2. 시공단계해석의 최종단계를 초기하중으로 고려할 경우의 적용방법입니다.

Note

Pushover 해석의 초기하중으로 시공단계해석 최종단계의 부재력을 적용하여 해석할 경우, 선택한 초기하중에 대해 Pushover 해석에서는 실제 비선형해석을 수행하지 않고, 시공단계해석에서 수행한 해석결과를 Import 하여 처리하는 방법을 적용한다.

다음의 해석조건에서 설정하는 초기하중은 Pushover 해석에서 실제 비선형해석을 수행하지 않고, 정적해석에서 수행한 해석결과를 Import 하여 처리하는 방법을 취한다.

- Pushover 해석에서의 초기하중과 Pushover 하중조건의 경계조건/단면증감계수가 다른 경우

- Pushover 해석의 초기하중으로 시공단계해석의 최종단계의 부재력을 취하여 해석하는 경우

Load Case : 초기하중으로 적용할 정적 하중조건을 선택합니다.

Scale Factor : 선택한 정적 하중조건에 대한 하중계수를 입력합니다.

Add 버튼을 클릭하면 선택한 하중조건이 목록에 추가됩니다. 지정한 하중조건을 수정하려면 Modify 버튼을, 삭제하려면 Delete 버튼을 클릭합니다.

Note

온도하중은 Pushover 해석의 초기하중으로 입력할 수 없다.

초기하중에 의한 응력은 Pushover 해석에 의한 응력과 누적되며, 초기하중에 의한 변위는 고려하지 않는다.

축력 변동을 고려하는 경우(PMM Type)에는 초기하중을 정의해야 한다.

Consider 'Ignore Element for NL. Analysis Initial Load' : 'Ignore Element for NL.Analysis Initial Load'에 입력된 내용을 반영 여부

'Perform Nonlinear Static Analysis for Initial Load' 선택시, 초기하중 해석에 강성무시 옵션 활성화

'Import Static Anlaysis/Construction Stage Analysis Result' 선택시, 초기하중 해석에 강성무시 옵션 비활성화

Note

이 옵션을 체크하면 'Ignore Elements for Load Cases'옵션에서 지정한 내용을 비선형해석 초기하중에 대해서도 적용합니다. 즉, 초기하중에 대해 요소의 강성은 무시되어 해석이 진행됩니다.(횡력을 받는 트러스/브레이스가 연직하중에 대해서 저항하지 않고 Pushover해석(횡하중)에 대해서만 저항하도록 하고 싶은 경우에 사용합니다)

Nonlinear Analysis Option

해석시 적용되는 각 Step에서의 최대반복회수, 수렴 판단조건 등을 입력합니다.

Permit Convergence Failure : 각각의 Step에서 수렴이 안되는 경우, Step 간격을 자동으로 분할하여 해석하는 기능입니다. 즉, Maximum Iteration 회수 내에 수렴이 되지 않는 경우에는 입력한 Max. Number of Substeps만큼 Step을 자동분할하여 해석을 수행합니다.

Check On : 수렴되지 않은 경우, 다음 Step으로 진행합니다.(단, 불평형력은 다음 Step의 하중으로 고려됨)

Check Off : 수렴되지 않은 경우, 메세지 출력 후 해석이 종료됩니다.

Max. Number of Substeps : Sub Step의 최대 개수를 입력합니다.

Note

여기서 입력한 Step 수는 모든 Pushover 하중조건에 반영된다.

Maximum Iteration : 각 증분 Step별로 하중과 변위에 대한 평형조건(Equilibrium Condition)을 만족하기 위해 수행하는 최대 반복해석의 수를 입력합니다.

Note

Convergence Criteria : 수렴여부를 판단하는 허용오차를 입력합니다. 반복해석과정에서 계산된 오차가 허용치 내에 들어오면, 해당 증분 Step에 대해서는 최대 반복횟수 이내에서도 해석을 종료하고 다음 Step으로 넘어갑니다.

Note

[수렴조건]

 

반복해석을 통하여 불평형력을 해소한다고 하더라고 불평형력을 완전히 0까지 수렴시키는 것은 수치해석적으로 불가능합니다. 따라서 불평형력이 어느정도 이하가 되면 수렴되었다고 판단하고 다음 증분으로 넘어가기 위해서 수렴판단조건을 설정합니다.

반복해석에서 수렴을 판정하는 기준 Norm은 변위와 하중 및 에너지의 세가지가 있으며, 이 가운데 하나 또는 복수의 Norm을 선택하여 수렴판정에 반영할 수 있습니다. 각 Norm의 정의는 다음과 같습니다.

Displacement Norm	Force Norm	Energy Norm

여기서,

	변위 Norm
	하중 Norm
	에너지 Norm
	n번째 반복계산 단계에서의 유효하중 벡터
	n번째 반복계산 단계에서의 변위 증분 벡터
	n회의 반복계산에 의해 누적된 변위 증분 벡터

수렴 판단조건의 설정

수렴 판단조건은 변위 Norm 만을 선택하여 해석하는 것이 일반적이다. 단, 변위 Norm 조건만을 선택하여 수렴이 된 경우에도 불평형력이 무시할 수 없을 정도로 남아서 해석 자체가 발산하는 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에는 추가적으로 하중, 에너지 순으로 추가 선택하여 해석을 수행할 수 있다.

수렴조건 설정시 주의사항

1. 복수의 Norm을 수렴 판단조건으로 설정하면 하나의 조건을 선택한 경우에 비해 수렴반복횟수가 증가한다.

2. 에너지 Norm을 선택하면 수렴조건을 만족하기 어려운 경우가 있을 수 있다.

3. 최대 반복회수만큼 반복해석을 수행한 경우에도 수렴판단 조건을 만족하지 못하는 경우에는 잔존하는 불평형력이 다음 증분의 외력에 더해지므로 직전 증분에서 수렴이 되지 않았다고 하더라도 현재 증분에서 수렴이 되었으면 전체 해석결과에 미치는 영향은 크지 않다.

Analysis Stop

선택한 성분에 항복이 발생하면 해석이 자동 종료됩니다.

Shear Component Yield : 전단성분에 항복이 발생하면 해석이 자동 종료됩니다.

Axial Component Yield : 축력성분에 항복이 발생하면 해석이 자동 종료됩니다.

Support Uplifting/Collapse : Dz-Direction

Uplifting : 지점에서 GCS +Z방향으로 변위가 발생하면 해석이 자동 종료됩니다.

Collapse : 지점반력이 Point Spring Support의 항복강도를 초과하면 해석이 자동 종료됩니다.

Note

자동 종료 후에도 종료 Step까지의 해석결과는 확인이 가능하다.

Beam/Column 요소만 Check on 되어 있고 Truss 요소는 Check Off 되어 있을 경우, Beam/Column 요소의 전단/축력성분이 항복하면 해석이 자동 종료된다. 단, Truss 요소는 선택되지 않았기 때문에 전단/축력성분이 항복해도 종료시까지 해석이 수행된다.

Pushover Hinge Data Option

Fiber Model Option 버튼 : Pushover 해석시 부재 자동분할정보를 설정합니다.

Beam-Column : Number of Division for Auto Generation : 보-기둥의 선요소 부재의 자동분할 개수를 지정합니다.

Wall

Consider Out-of-plane Nonlinearity of Plate Type : Plate타입으로 생성된 벽체 파이버모델의 면외방향 비선형성을 고려할 것인지를 설정합니다.

Number of Division for Auto Generation : Wall요소의 분할방법을 지정합니다.

Point Spring Support : Nonlinear Type 버튼 : 인장전담/압축전담등의 Point Spring Support에 정의된 비선형속성을 Pushover에 적용할 것인지 선택합니다.

Assign Hinge Properties to Member only for Moment-Rotation Beam/Column : Moment-Rotation Beam/Column 요소에 대해서 복수개로 분할된 요소를 Member로 지정하면 Member 단위 힌지할당 및 해석이 가능합니다. 또한 Member 단위 힌지결과를 출력합니다.

Default Stiffness Reduction Ratio of Skeleton Curve : 부재가 항복한 후의 비선형 거동 특성을 정의합니다.

비선형 힌지 뼈대곡선이 이선형/삼선형곡선(또는 슬립곡선을 사용하는 경우)인 경우 1차 항복 및 2차 항복에 대한 강성저감율을 입력합니다.

Trilinear / Slip Trilinear Type : 삼선형 곡선을 정의하기 위한 1차 항복 및 2차 항복 발생시 강성저감율을 입력합니다.

α1：1차항복 후의 강성저감율(α1 ≤ 1.0)

α2：2차항복 후의 강성저감율(α2 ≤ α1 ≤ 1.0)

Bilinear / Slip Bilinear Type : 이선형 곡선을 정의하기 위한 1차 항복 발생시 강성저감율을 입력합니다.

α1：항복 후의 강성저감율(α1 ≤ 1.0)

Data for Auto-Calculation of Strength

분산형 힌지를 이용하여 Pushover 해석을 수행하는 경우에 보요소의 항복강도 계산정보를 설정합니다.

Reference Code/Manual for Auto-Calculation

힌지 속성 중, 전단 항복강도를 계산하기 위한 참고기준/매뉴얼을 선택합니다.

Reference Code/Manual for Auto-Calculation을 Check-on한 경우에는 Pushover Hinge Properties대화창의 Axial-Shear Interation Type of RC옵션이 활성화되며, RC 부재의 축력-전단력 변동 고려 여부를 선택할 수 있습니다.

(Pushover Hinge Properties > Axial-Shear Interaction Type of RC)

Reference Code/Manual for Auto-Calculation을 Check-off 하거나 Axial-Shear Interation Type of RC옵션을 적용하지 않은 경우에는 Pushover Hinge Properties 대화상자에 입력된 전단 강도가 적용됩니다.

Reference Location only for Distributed Hinges : 항복강도 계산을 위한 요소 단면의 위치( i-end, j-end, middle)를 선택합니다.

Calc. Yield Surface of Beam considering Buckling : Beam 요소의 항복 평면 계산시 좌굴을 고려합니다.

Pushover Global Control 대화상자

Remove Pushover Global Control 버튼 : Pushover 해석조건에 입력된 정보를 삭제하며, Pushover 해석이 수행되지 않습니다.

Misc... 버튼 : Pushover 해석 시, 실시간그래프 출력 여부 및 Pushover 해석종료 후 Pushover Curve대화창 자동 호출여부를 설정합니다.

Wall... 버튼 : Pushover 해석에서 사용하는 Plate타입 벽체요소와 타 부재와 연결시 벽체 단부 조건을 핀 또는 고정으로 설정합니다. 참고로 CRB타입은 벽체 생성시에 결정된 정보를 사용합니다.