한전 수직구 설계시 체크할 것들

부력!!! 부력!!!

부력 방지앵커가 필요한지를 먼저 계산하고 모델링을 들어가야 한다.

 

 

아스콘 포장 20cm 를 아무렇지도 않게 계획하는 듯.

수직구 일반도에 지표 근처에 200 이란 두께가 있길래 이게 뭐지 싶었는데 아스콘 포장이었음...;;

 

수직구에서는 상부슬래브 바로 밑의 차상부슬래브(?)를 1B 라고  표기하고 그 밑의 중간슬래브를 2B로 표기한다.

 

fcu = fck + 4 (fck <= 40 MPa인 경우)

 

지반반력계수를 구할 때 Bv의 산정

- 사각형일 때는 기초 면적을 구해서 루트를 씌워 산정

- 원형일 때는 Bv=지름

 

설계지반정수

- 한전 관로구 쪽 바닥에서는 지반조사후 설계지반정수를 보내주는 듯 함. 실제 지반정수를 계산서 엑셀에 입력하면 됨.

 

재료의 단위중량

-철근콘크리트의 단위중량을 24.5 kn/m3 로 수정  (공동구설계기준 2021)

 

토압계산 - ★★★★★

일반도에 보링주상도를 넣어서 구조물 치수와 토층 깊이 등을 한번에 볼 수 있게 참고용 도면을 만들어 주는 게 좋다.

그리고 아래 엑셀 쪽에 보링층을 입력을 순서대로 해줘야 한다.

그리고 구조물의 단면과 개략적인 보링층을 같이 스케치를 해두어야 q1, q2, q3 등을 산정하는 데에 시간이 덜 걸리고 덜 헷갈린다.

 

아스콘 20cm를 제외한 최상위 토층 하단 라인이, 지표와 상부슬래브 사이에 있을 때와 없을 때를 나누어서 엑셀을 만들어야 하고, 첫번째 상부슬래브 심도에서의 토압을 구할 때 아스콘과 '아스콘을 제외한 토층높이'가 제대로 계산되어 들어가는 지 확인해야 한다. 여기서 잘못하면 아래로 쭉 틀리게 되고 다음쉬트인 지진하중도 잘못들어가게 된다.

여기서 2.1이 아스콘 두께 0.2를 뺀 값이 들어갔는지 확인

 

 

 

내진설계 등급

-수직구는 붕괴방지 만 봐주면 되는 듯 하다. 환기구는 암거모양이라서 공동구설계기준을 적용받아서 그런지 기능수행, 붕괴방지 모두 봐주는 게 대부분이었는데... 그 근거들은 아래와 같다.

다층지반에서의수직구동적거동분석.pdf

4.70MB

응답변위법을 적용한 수직구의 내진설계.pdf

3.94MB

3차원수치해석을이용한지진시수직구터널접속부동적거동분석.pdf

2.37MB

 

활하중에 대한 측압

공동구 설계기준을 참고로  수직구 상부 슬래브에 적용할 '활하중에 대한 측압'을 산정하고

수직구 하부 슬래브에 적용할 '활하중에 대한 측압'을 산정해서

사다리꼴로 재하하는 것이 합리적인 것 같다.

하지만 구찮아서 (또 설명하기도 힘들고)

상부슬래브의 심도에서 D/Bo 부터 구해서 노면활하중을 어떤 것을 쓸 것인가를 정하고 거기에 토압계수를 곱해줘서 산정하고, 하부슬래브쪽은 토압계수만 바꿔서 적용

 

슬래브 모델시 주의사항 !!

처음에 할 때 나도 이것까지 생각을 못하고 들어갔는데 슬래브의 단면력이 과다 산출되지 않도록 벽체 두께만큼 슬래브 외곽 메쉬를 아래 그림과 같이 나누어 짜야 한다.

슬래브의 전단력을 딸 때는 외곽 메쉬들은 inactive 시킨 상태에서 따야 전단력을 과다하게 보는 것을 방지할 수 있다.

벽체 두께만큼 메쉬를 나누어주어야 한다!!

 

 

원형슬래브 모델링

개구부를 고려한 원형 슬래브 메쉬부터 캐드로 작업하는 것이 좋다.

원형 슬래브 메쉬를 하나 만들고 그 중심을(0,0,0)으로 맞춰서 하부 슬래브를 먼저 구현하고

나머지 슬래브들을 위로 복사하는 방법을 사용하면 편하다.

이렇게 한 층만 이상한 형태의 슬래브가 남아있을 수 있으니 고려해야 함!!

각 층의 형상을 정확히 파악한 후 메쉬작업을 해야 한다. 이상한 형태의 슬래브 층이 있을 수 있다. 하지만 해당 층만 별도로 절점 새로 만들어서 마이다스에서 메쉬를 다시 만들어도 되니 너무 겁을 먹지는 말자.

개구부 라인을 반영한 메쉬 생성. 나중에 해당요소들을 삭제하면 개구부가 구현된다.

 

 

모델링

슬래브 메쉬들을 짠 후 정 위치에 배치시키고 벽체요소를 구현해야 하는데

캐드에서 일단 LINE으로 4 변을 만들고 JOIN으로 3차원 폴리선으로 구현한다.

나중에 마이다스에서 요소는 DIVIDE할 수 있으니까 아래 그림처럼 벽체 한 요소들을 만든후 ARRAY로 돌리면 된다.

Z축을 기준으로 돌리기 때문에 3DARRAY 대신 ARRAY를 써도 된다.

슬래브 중심이 0,0이기 때문에 ARRAY가 편하다

dxf파일을 마이다스에 import로 불러오면 아래와같이 된다.

이 방법 말고, 아예 하부슬래브 메쉬만 만들어서 마이다스에서 import 한 다음에, 벽체는 그 메쉬 외곽선 따라 Beam Element를 만든 후에 Extrude 하는 방법도 있다. 경우에 따라서는 이 방법이 더 편했다.

 

* 나중에는 결국 2차원 메쉬 하나만 DFX로 만들고 나머지는 마이다스에서 작업하는 것이 편했다.

빨간색은 EPL로 만든 폴리선, 흰선은 그냥 라인.

벽체라인은 굳이 등간격으로 나눌 필요가 없다.!!!

개구부 위주로 메쉬 짜면서 자연스럽게 외곽방향으로 메쉬작업을 해 나가면 된다.

위 그림에서 빨간선들은 EPL로 만든 폴리선 (나중에 PLATE로 변환될)이고

흰선은 별도로 LINE으로 만들어 놓은 것이다. 이 흰색 선들은 마이다스에서 import될 때 beam element로 변환될 것이다.

그 Beam Element는 마이다스의 extrude기능을 이용해서 벽체 면을 생성할 것이다.

(캐드에서 벽체를 만드는 것보다 마이다스에서 만드는 것이 더 편하다.)

 

이제 길쭉한 요소들을 어떻게 끊어줘야 할 지 결정해야 한다.

구조계산서 엑셀파일에 입력한 지층 라인 심도와 일치하게 지층심도를 긋고 이 위치에서는 나눠줘야 나중에 토압재하하기 편함.

토압을 재하하기 편하게 지층 구분선을 기준으로 요소들을 나눈다. 

그리고 슬래브 두께를 고려해서 그 두께만큼 벽체 요소들을 나눠줘야 한다.

그래야 벽체 전단력 등을 딸 때 슬래브 외면 라인에 맞춰 단면력을 딸 수 있다.

전단력이 과다하게 나오면 어쩔 것인가. 미리 상부 하부 중간 슬래브 두께에 맞춰서 벽체 메쉬를 나눠주자.

 

순(?) 슬래브 Group화

벽체 내측에 묻히는(?) 슬래브 부분을 inactive시킨 '순'슬래브 요소들의 Group화가 필요하다.

그 이유는 단면력을 딸 때 편하기 때문이다.

상부슬래브부터 중간슬래브, 하부슬래브 만을 active시킨 상태에서 Top 뷰로 가서 가장자리요소들을 선택해서 inactive 시킨 후에 하나씬 순상부슬래브, 순1B슬래브 등으로 Group화 시키면 된다.

 

요소의 국부좌표계 정리

슬래브는 그냥 전체좌표계의 X,Y와 맞춰서 무리는 없는 듯. 모든 요소를 같은 방향으로 일치시켜야 함.

그런데 z축 부터 잡아야 하는데 Change Element Parameter에서 Align Element Local 체크하고 기준되는 요소 하나 정해준 다음에 그걸로 싹 맞추고, 그 다음에 Element Local Axis 들어가서 Coordinate Dir에서 Local-x를 Coordinate Dir. +X로 맞추면 됨.

 

 

지진력은 세가지 힘의 동시재하

응답변위법에서 지진력은 지반변위, 주면전단력, 관성력 의 3가지 힘으로 나누어 설명하지만 '지진력'이란 이 세 가지 힘이 동시에 작용하는 것이다.

응답변위법에서 지진력은 세 가지로 나누어 설명하지만 재하는 동시재하!!

세 가지 힘은 동시에 재하되어야 '지진력'이 된다

지반변위

지반변위하중 넣을 때 상부슬래브면에도 등분포하중을 횡으로 주는 거 까먹지 말아야 한다.

상부면 토압을 상부슬래브면에 지반변위방향으로 재하시켜야 한다.

이렇게

 

관성력은 self weight 기능 이용

관성력을 엑셀에서 부재별로 따로 구해서 적용하면 귀찮으니까

Midas에서 Self Weight 기능을 이용해서 쉽게 구현하는 게 편하다.

산정된 수평가속도계수를 이용하여 Self Weight기능으로 재하하면 편하다

예를들어 붕괴방지수준에서 수평가속도계수가 0.182가 나왔다면, Self Weight에서 X방향으로 0.182를 입력하면 된다.

 

지진시 지반반력계수 넣을 때 Surface Spring Supports에서 Kx, Ky, Kz... 여기서 x,y,z는 전체좌표계를 말한다!!!

상부슬래브와 하부슬래브는 이 기능을 이용해서 지진시 지반반력계수를 넣을 수 있다. 글로벌 X,Y축은 수평방향이므로 전단지반반력계수를 넣으면 되기 때문이다.

Surface Spring Supports :: 비직관적의 극치를 보여주는 Midas Civil 인터페이스 (tistory.com)

Surface Spring Supports :: 비직관적의 극치를 보여주는 Midas Civil 인터페이스

 

지반반력계수

E0는 자갈이 조금 있는 사질지반은 1000N, 자갈이 좀 있는 지반은 1200N을 쓰면 될 것 같고

나머지는 2800N을 쓰면 될 것 같다.

근데 도로교설계기준이나 국도건설공사설계실무요령은 발주처가 토목일 때 반영이 무난한데, 발주처가 토목이 메인이 아니라면 굳이 이런 걸 설명할 필요없이 모두 2800N을 써도 무방할 듯 하다. 

https://jindannote.tistory.com/149

수직 지반변형계수 E0값 관련 규정

 

 

내진해석시 벽체에 지반반력계수를 어떻게 집어넣지????

벽체 경계조건으로 면에 대한 연직지반반력계수는 Surface Spring Supports 에서 Elastic Link로 구현할 수도 있고

아니면 Surface Spring Supports에서 Distributed Spring에서 Planar(Face)로 놓고 연직지반반력계수를 입력할 수 있다.

벽체의 전단지반반력계수는 Distributed Spring에서 Planar(Edge)에서 Edge#1부터 #2까지(한 사각형 요소에 대해 ㄱ자 또는 ㄴ자 이런식으로 4변 중에 수평 변 하나, 수직변 하나에 적용하면 된다. Edge#2와 Edge#3 이라던지 이렇게 서로 붙어있는 두 개의 변에 적용), 엑셀계산에서 산출된 전단지반반력계수를 입력하면 된다고 한다. (MIDAS에서 6/2 통화) 

 

수평토압 입력

토압을 입력할 때 Hydrostatic Pressure Loads를 사용하는데 사용할 때마다까먹을 수 있으니 아래 예시를 적어본다.

예시의 모델링에서 벽체 요소의 국부좌표계는 면의 수직이면서 바깥으로 나가는 방향이 local z축이다. 그래서 Po와 g 값에 마이너스를 주었다.

첫 수치와 마지막 수치를 이용해서 등변분포하중을 만듦

 

모델링 벽체 토층별 분류하기 (Structure Group기능이용)

토층별로 지반반력계수가 다르거나, 노면활하중에 대한 측압을 각각 다르게 적용해야 할 일이 생긴다.

모델링은 애초에 토층별로 나누어 모델링 했으니 드디어 그 고생한 보람을 느낄 차례다.

이렇게 토층별로 벽체를 나누어 놓으면 작업이 쉬워진다.

 

수압

연직수압은 특이하게 양압력을 따로 나누지 않고 상부슬래브가 받는 연직수압과 하부슬래브가 받는 양압력을 동시에 작용시킨다.

 

엑셀 계산서에서 토압과 활하중에 의한 측압 등을 작업할 때

조심해야 할 사항은 엑셀에 '숨겨진 행'을 모두 숨김해제한 후에 작업해야 한다는 점이다.

 

수평토압 재하

원래는 토층별 토압계수가 다르니 토층별로 따로 수평토압을 각각 계산하는 것이 맞다.

0.531 토압계수가 나온 '최상단~매립층'까지 한번, 0.548 충적층 한번, 이런식으로 나누어 재하

아래 이미지에서 흰 선과 같이 재하하는 것이 정확하다. 하지만 시간이 없어서 첫값과 끝값만 가지고 사다리꼴로 한번에 재하시키는 샘플들이 많은 것 같다.

흰선 : 토층별로 나누어 계산한 수평토압&nbsp; &nbsp; 핑크선 : 첫갑과 끝값으로 만든 사다리꼴 수평토압

시간이 없으니 이렇게 퉁쳐버리는 샘플이 많음

지진하중 - 지반변위

엑셀에서 나온 값들을 외벽 및 상부슬래브에 재하한다.

측벽 토압은 2차함수를 만들어서 첫번째 값과 마지막값을 잘 매칭시켜서 함수를 만든다.

상부면 토압은 상부슬래브에 재하

우측에 상부슬래브 심도를 0으로 환산한 심도와 측벽토압의 수치를 만들어 놓고

그 중에 데이터 첫 세트와 마지막 세트, 그리고 중간보다 좀 위 쪽의 데이터 세트 이렇게 총 3 세트를 드래그로 선택한 다음, 엑셀에서 삽입-추천차트로 그래프를 만든다.

그리고 추세선을 표시하게 하고 만약에 절편 들이 안맞으면 수정해서 추세선을 완료시킨다.

보통 자동생성으로 하면 하부슬래브 심도에서 값이 0으로 안떨어진다.

추세선 서식에서 숫자들은 소숫점 5자리로 표기하게 하고 하부슬래브 심도를 입력시 y가 0이 안나오면 두번째 항의 상수를 미지수로 놓고 x=하부슬래브 중심~상부슬래브 중심 간 거리 를 입력했을 때 0이 나오도록해서 방정식을 푼다.

그렇게 도출된 두번째 항의 상수로 추세선을 수정하고 마이다스에서 입력한다.

 

벽체면 경계조건 (지반반력계수)

마이다스에서 Surface Spring Supports 기능에서 Convert to Nodal Spring / Elastic Link 로 일단 연직지반반력계수를 입력해 만들고 , 그 후 그 Elastic Link Table로 들어가 SDy 와 SDz에 전단지반반력계수를 입력한다.

전단지반반력계수는 보통 연직지반반력계수의 1/3 이므로 Table의 SDx값을 긁어다가 엑셀에 붙이고 그 옆 행에 '/3'으로 계산하여 나온 값을 다시 마이다스 Table의 SDy와 SDz에 붙여넣어서 완성하면 된다. 이 방법이 마이다스에서 가장 추천하는 방법이라고 한다. (전화통화 2022/6/2)

Midas Civil :: 원통형 구조물 전단지반반력계수 구현하는 방법 (tistory.com)

Midas Civil :: 원통형 구조물 전단지반반력계수 구현하는 방법

 

 

해석모델 Structure Group 나누기

상부슬래브, 하부슬래브, 1B슬래브, 2B슬래브, 3B슬래브 .., 벽체 등을 나누고

벽체도 최상단~1B 벽체 (이름은 1B벽체), 1B~2B벽체 (이름은 2B벽체) 등으로 나눠놓는 것이 단면력을 딸 때 편하다.

 

벽체 모멘트

벽체 모멘트는 수직방향 모멘트가 수평방향 모멘트보다 훨씬 크게 나온다.

그래서 단면력을 딸 때도 수직방향만 따는 것이다.

벽체 단면력은 수직방향만 딴다

균열검토에서 k1, k2의 값

 

단면검토

단면검토 엑셀에 숨긴 행들이 많으니 조심해야 한다.

앞에 부재력 요약 쉬트와 단면검토 쉬트의 값들을 잘 맞춰야 한다.

숨긴 행들을 숨기기취소하면 아래와 같이 균열검토 스타일이 두 가지 모두 나오게 되는데

빨간 박스에 있는 '행'들을 숨기기 하면 된다.

철근 피복

철근피복은 외측 80 내측 60 을 많이 쓴다.

중간 슬래브는 상 하면 모두 60 을 많이 쓰고, WEIR은 피복 50을 많이 쓴다.

 

 

하중조합

토피에 따라 연직토압 과 수압(연직) 하중계수가 달라지므로 MIDAS 작업할 때 하중조합을 아무 생각없이 그냥 놔두면 안된다.

 

마이다스 내진 파일을 만드는 가장 쉬운 방법

상시 해석 파일을 다 만들었다면 그것을 다른이름으로 저장해서 내진 파일로 만든다.

지진시에도 지진시 경계조건에 상시 하중들을 태워야 하기 때문에 일단 이렇게 시작하는 게 편하다.

그리고 상시 경계조건을 모두 삭제하고 지진시 경계조건을 만들고

그리고 다른 지진시 샘플 마이다스 파일을 열고 하중조합을 복사해와서 만든다.

 

 

슬래브의 단면력을 딸 때 M Max를 따는 것이 편하다

어떨 때는 Mxx, 어떨 때는 Myy가 더 커서 두번씩 봐야하는 수고로움이 있다.

M Max를 보면 간혹 MAX(Mxx, Myy)보다 약간 더 커질 수는 있지만 작업이 한결 수월하다.

이때는 물론!!! X방향 Y방향으로 철근을 똑같이 배근한다는 전제가 깔려 있다.

X,Y방향 철근을 따로 계산할 거면 MMax를 따면 안되고 Mxx, Myy를 따로 봐야 한다.