2차원 시공단계별 해석(2D Axisymmetric Staged Construction Analysis)

본 예제는 [예제 매뉴얼 : 사용자 입력]에 정의된 사용자 입력을 바탕으로 작성하였습니다.
모델링 개념에 대한 내용은 [시공단계해석(2D Axisymmetric Construction Stage Analysis)] for more information을 참조합니다.

사용자 입력

본 해석에 필요한 사용자 입력은 2D Axisymmetric Static 해석과 동일합니다.

Tank > Create 2D Model> Staged Construction 메뉴를 실행하면 [Fig152]와 같이 사용자 입력창이 나타납니다. 해석 모델 파일명을 정의하고, 요소 크기를 0.2 m로 입력합니다. Roof를 두 단계에 걸쳐 타설하는 경우, 첫 번째 타설되는 Roof의 비율(0~1)을 정의하여 해석 모델에 반영할 수 있는데, 동일한 비율로 타설되도록 0.5를 입력합니다. 자중과 구조하중을 모두 고려하도록 ‘Include self weight’, ‘Include structural loadings’ 옵션을 모두 체크하고 [OK] 버튼을 누르면 모델이 구성됩니다.

Meshing/ 기하특성/재료특성/구속조건

2D Axisymmetric Static 해석 모델 구성과 동일하게 정의합니다.

Birth and Death

LUSAS의 Birth and death(요소의 활성화/비활성화) 기능을 사용하여 시공 단계 또는 구조물 해제 과정을 모델링할 수 있습니다.  여기서 선택된 요소에 ‘Activate/Deactivate’ Attribute를 적용하여 요소를 활성화/비활성화시킬 수 있습니다. Attributes> Birth and Death 메뉴를 실행하여 ‘Activate/ Deactivate’ attribute를 정의하고 적용합니다.  

첫 번째 Loadcase에서 BaseSlab의 환형 구간을 제외한 나머지 부분에 ‘Deactivate’ attribute를 적용합니다. 세 번째 Loadcase에서 BaseSlab의 원형 부분에 ‘Activate’ attribute를 적용합니다.

전체 시나리오는 기본 매뉴얼 2차원 시공 단계별 해석에서 확인할 수 있습니다.

Control for Nonlinear Analysis

각 Loadcase에서 구조의 형상이 변하기 때문에 아래 이미지와 같이 Nonlinear 해석 컨트롤 설정을 해야 합니다. 첫 번째 Loadcase에 대해 Nonlinear 설정이 되어 있으면, 첫 번째 Loadcase 이후의 모든 Loadcase에 적용됩니다. 그렇지 않은 경우, 각 Loadcase에 대해 개별적으로 Nonlinear 설정을 해야 합니다.

Nonlinear 해석컨트롤에서 ‘Manual’ 은 다음을 의미합니다. 
– 이전 Loadcase의 응력, 변형률 등은 이후 Loadcase에 상속됩니다.
– 이전 Loadcase의 구속조건이 이후 Loadcase에 상속됩니다.
– 하중은 상속되지 않습니다. (현재 하중케이스에 정의된 하중만 존재하는 것으로 봅니다.)

하중조건

Nonlinear control의 ‘Manual’ 설정이 이전 단계 Loadcase에 적용된 하중을 상속하지 않기 때문에 현재 Loadcase에서 고려하는 모든 하중을 다시 재하해야 합니다.

Stage 1 : Annular Part  ~ Stage 2 : BaseSlab 1st PS

‘Gravity’ 하중을 이용하여 자중을 정의합니다. BaseSlab의 첫 번째 Prestress 하중은 Stage 2에 추가합니다.

Stage 3 : Circular Part ~ Stage 4 : BaseSlab 2^nd PS

BaseSlab의 Circular Part를 활성화 합니다. Base Slab의 두 번째 Prestress 하중을 Stage 4에 추가합니다. BaseSlab의 Prestress 하중을 고려하지 않은 경우, Stage 4는 Stage 3과 동일한 결과를 갖습니다.

Stage 5 : Wall RingBeam ~ Stage 6 : RingBeam 1^st PS

Wall과 Ringbeam은 Stage 5에서 활성화됩니다. RingBeam의 Horizontal Prestress 하중은 Stage 6에 추가하되, 사용자가 입력한 RingBeam Prestress 하중의 50%만 적용합니다. 이때, Load factor 값을 0.5로 정의하는데, 이 값은 대화창에 입력한 ‘Initial prestress for ringbeam (ratio)’의 것과 같습니다.

Stage 7 : Roof Frame 1 (Staged, Temporary) ~ Stage 8 : Inner Tank Work

Stage 9 : Roof Frame 2 (Staged, Temporary) ~ Stage 10 : Roof Frame 3 (Staged, Temporary)

Stage 11: Roof Lower Wet Concrete ~ Stage 12: Roof Lower Complete

Roof는 사용자 입력값에 따라 2단계에 걸쳐 50%씩 시공하는데, Roof의 lower part는 Stage 12에서 구조물로 간주합니다. Roof를 한꺼번에 시공하는 경우는 모델을 수정할 필요 없이 후처리 과정에서 해당 단계의 결과를 무시합니다.

Stage 13 : Roof Upper Wet Concrete

Stage 13은 Roof의 upper part를 하중으로 재하하여 Roof의 upper part 시공 중에 lower part의 안정성을 검토합니다. Roof의 upper part의 자중을 Stage 13에 추가합니다.

Roof의 upper part 자중은 아래 이미지에 표시된 것과 같이 Tank Wizard가 geometry를 참고하여 계산합니다. 계산된 총 자중은 48.09E6 N이고, Roof Lower part의 상부 면적은 6218.12 m²으로, 하중 7.73334E3 N/m²을 정의합니다. 이 값은 Roof Complete에 자중을 재하한 후, 반력을 확인함으로써 검증할 수 있습니다.

Stage 14: Roof Complete ~ Stage 15 : RingBeam 2nd PS

Stage 14에 Roof upper part를 추가하되, ‘Wet Concrete’ 하중은 제거합니다. 나머지 RingBeam prestress 하중은 Stage 15에 추가합니다. (Load factor가 0.5에서 1.0으로 수정됨)

Stage 16 : Vertical PS ~ Stage 17 : Horizontal PS

Stage 15에서 구조물은 완공됩니다. 수직방향 prestress 하중은 Stage 16에, 수평방향 prestress 하중은 Stage 17에 추가합니다.

Stage 18 : Operating Stage ~ Stage 19 : Operating Stage (Long)

Stage 18과 19는 운용 단계로 2D Axisymmetric Static 해석에 사용된 모든 구조하중이 이 단계에 포함됩니다.

하중조합

아래 이미지에서 샘플 설계하중 조합의 U-C1-1을 살펴보면, 자중과 prestress 하중에 각각 다른 load factor가 적용되어 시공단계해석에서 순수 Prestress의 영향을 추출해야 함을 알 수 있습니다.

첫 번째 Prestress는 Stage 6에 추가됩니다. 따라서 첫 번째 Prestress의 영향은 ‘Stage 6 – Stage 5’로 하중 조합을 정의하여 얻을 수 있습니다.

이는 아래 이미지와 같이 Stage 5의 load factor를 -1, Stage 6의 load factor를 1로 정의하여 구현할 수 있습니다. The load combination of ‘Pure 1st PC’ 하중조합을 정의하고, 샘플 설계하중조합 표의 U-C1-1~U-C1-2 설계하중조합을 정의하는 데 사용할 수 있습니다.

Adding Extra Stages

앞서 정의한 시공단계 외에 추가 단계가 필요하면, [Fig 166]과 같이 Loadcase를 복사/붙여넣기하는 방법을 사용합니다. ‘Activate’ 또는 ‘Loading’과 같은 모든 Attributes도 함께 복사됩니다.