설계 검토

1.     COP Parameters

Tank > Design Checks > Enable… 메뉴를 실행하여 설계 변수를 정의할 수 있습니다.

• Partial Factors for Materials : EN1992의 표 2.1N에 따라 재료의 partial factors를 정의합니다. Persistent & Transient의 경우 γc(콘크리트)=1.5, γs(철근)=1.15, γs(프리스트레스 텐던)=1.15이 사용되고, Accidental은 γc(콘크리트)=1.2, γs(철근)=1.0, γs(프리스트레스 텐던)=1.0이 사용됩니다.
• Characteristic 0.1% proof-stress of prestressing steel (fp0, 1k)      : 철근의 항복 강도(MPa)
• Elastic Modulus of Tendon (Ep)       : 프리스트레스 텐던의 탄성계수(MPa)
• Roof concrete grade  :  Roof 콘크리트 강도(MPa)
• Wall concrete grade  :  Wall 콘크리트 강도(MPa)
• Slab concrete grade   :  Base 콘크리트 강도(MPa)
• Long term effect coeff. (α_cc)            : Long term effect coefficient (EN1991를 선택하는 경우에만 적용)
• Max Concrete Compressive Strain    :  최대 응력 fc에서 콘크리트의 압축 변형률
• Yield Stress of Tendon (fyp)            : 프리스트레스 텐던의 항복강도(MPa, ACI 318-14 를 선택하는 경우에만 사용)
• Tensile strength of tendon (fpu)      : 프리스트레스 텐던의 인장 강도(MPa, ACI 318-14 를 선택하는 경우에만 사용)
• Computation Target  : 아래 옵션 중 선택된 대상에 대해 설계 검토 계산을 수행합니다.
  • Default              : Y=0 이고 X>=0 위치의 절점
  • Selected   : 대화창 실행 전 선택한 절점
  • Visible               : Graphic Window에 표시된 모든 절점
• fse is used and PS is being applied as an external loading          :
  • reinforcement template에 ‘fse’가 정의되고, 프리스트레스가 외부 하중으로 적용되면 PM 차트를 이용한 code-checking은 프리스트레스 효과를 중복해서 계산하게 됩니다.  
  • 이 옵션을 선택하면 프리스트레스의 영향이 중복 계산되지 않도록 결과값을 변경합니다.
  • Loadcase 또는 load combination에 프리스트레스가 외부 하중으로 적용되어 있지 않으면, 이 옵션의 체크를 해제해야 합니다.
  • reinforcement template에서‘fse’값을 정의하지 않으면 어떤 변화도 일어나지 않습니다.

Shifted force, Pi’      = Pi – fse * Apd

Shifted moment, Mi’ = Mi – fse * Apd * ecc_ps

2.     탱크의 설계 검토

Tank Design은 결과 확인을 위한 Entity에 추가되었고, 사용 가능한 Component 목록은 아래와 같습니다.

component 또는 하중 케이스를 변경하면, 선택된 component에 대해 설계 검토를 진행합니다. 계산 과정에 절점별 해석 결과와 설계 기준의 수식이 함께 사용되기 때문에 해석 결과를 출력하는 것에 비해 상대적으로 시간이 더 많이 소요될 수 있습니다.

UtilPM  (PM Utilization)

UtilPM은 아래와 같이 PM 차트와 비교를 통해 결과를 검토합니다.

1보다 작은 값은 설계 기준을 만족하는 것을 의미합니다.

UtilPM_t은 hoop 방향 단면력에 대한 UtilPM이고, UtilPM_rv는 슬래브와 Roof는 중심방향, 벽체는 수직방향 단면력에 대한 UtilPM을 의미합니다.

Pcapacity_t 와 Pcapacity_rz 는 주어진 P1/M1 기울기의 Pc에 대한 값을, Mcapacity_t와Mcapacity_rz 는 주어진 P1/M1 기울기의 Mc에 대한 값을 의미합니다.

UtilDC (Decompression Utilization)

UtilDC는 텐던 주위25mm가 압축구간에 위치하였는지 확인하기 위해 중립축에서 텐던 표면까지의 거리 중 25mm의 비율을 의미합니다UtilDC EN1992 이 선택된 경우에만 사용가능하며, 1 미만의 값은 설계기준을 만족하는 것을 의미합니다

UtilDC = Zdec / Zc = 25 / Zc.

긴장재의 피복두께(d_p)는 콘크리트 표면에서부터 긴장재 표면까지의 거리를 의미합니다. 단면 전체가 압축구간에 위치하면 UtilDC의 최대값인 100이 적용됩니다. (예, Zc<=0.25mm이면, UtilDC=100.)

UtilDC = Zdec / Zc = 25 / Zc

UtilDC_t 는 hoop 방향 텐던과 응력을 검토할 때 사용하고, UtilDC_rv 는 roof, base slab의 중심방향과 벽체의 수직방향 텐던과 응력을 검토할 때 사용합니다.

UtilDC는 프리스트레스 텐던이 있는 경우에만 사용 가능합니다. Hoop 방향에 대한 UitlDC_t와 중심방향과 수직방향에 대한 UtilDC_rv 모두 벽체에 대해서만 검토 가능합니다.

만약 프리스트레스 텐던이 인장 응력을 받으면, UtilDC에 100이 주어집니다.

ShearResist (Shear Resistances)

탱크 부재의 전단 내력은 COP에 따른 콘크리트 전단 저항을 기준으로 합니다.

UtilShear (Shear Utilization)

The utilisation 상수들은 전단력(Sp, St, Sz, Sr)과 그에 상응하는 전단 저항(ShearResist_t, ShearResist_rz)간의 절대비로 주어집니다. UtilShear가 1을 초과하는 경우 전단파괴로 간주합니다.

ACI 318-14 전단검토 가정:

LNG tank system에 적용된 가정

• 면외 전단(Out-of-plane shear)
• 보통 중량 콘크리트(l=1)
• φ=0.75
• 일방향 전단 강도(One-way shear strength)
• Table 22.5.6.1. 을 따르되, a)를 적용할 수 없는 경우, eq. 22.5.6.1를 사용합니다.

인장에 대해서는 eq. 22.5.7.1를 사용합니다. Nu=0인 경우 eq. 22.5.5.1로 유도되는 eq. 22.5.7.1과 같습니다.

• Vu 및 Mu는 Vu*d/Mu 혹은 이와 유사한 방정식의 기여도를 계산할 때 절대 값으로 간주합니다. Nu의 부호는 유지됩니다.
• 프리스트레스 텐던의 유효력은 콘크리트로 완전히 전달됩니다.
• 22.5.8.2에 부합하는 프리스트레스 단면은, 표 22.5.8.2를 사용합니다. 그렇지 않은 단면은 정의된 긴장재를 고려하지 않은, 즉 프리스트레스가 적용되지 않은 것으로 가정합니다.

LNG tank system 고려하지 않는 사항:

• 양방향 전단 강도(Two-way shear strength)
• 전단 마찰
• 전단 철근
• 개구부의 영향
• 단면두께 변화구간에서 휨 응력에 의한 전단저항력 변화 (근거: 11.1.1.2)
• Prestress force가 감소된 영역
• 내진 설계된 구조물의 전단력에 대한 φ값 관련 추가 요구 사항

EN1992 전단검토 가정 :

LNG tank system에 적용된 가정

• 면외 전단(Out-of-plane shear)
• 유로코드에서 권장하는 값 사용
• 압축응력에 대한 0.2fcd의 제한. 인장에 대해서는 값을 제한하지 않음
• 인장철근 면적은 항상 (lbd + d) 과 같거나 큰 것으로 간주
• 전담검토에서 acc는 사용자 입력값과 무관하게 1.0 사용. (Designer’s guide to EN1992-2 Eurocode 2: Design of concrete structures에서 전단에 대해서는 1.0을 사용하도록 권장)

LNG tank system에서 고려하지 않는 사항

• Eq. 6.4.
• 전단 철근
• 시간에 따른 콘크리트 주형 경계면에서의 전단
• 최소 전단철근 관련 조건
  

3.     PM Chart Report

Tank > Design Checks> Design Check Report… Chart 메뉴를 통해 PM 차트를 포함한 스프레드시트 리포트가 출력됩니다.

• Report Target : 다음 중 선택된 대상에 대해 설계 검토 계산을 수행합니다.
• Angles           : X축에서 반시계 방향으로 측정된 슬라이싱 라인의 각도를 정의합니다.
                       각도를 입력할 때는 세미콜론( ; ) 으로 구분합니다. (예, 10;20;30)
                       입력된 각도별 결과는 각각 다른 스프레드시트 탭(또는 파일) 으로 분리되어
                       출력됩니다.
• Group           : 결과를 추출할 탱크의 특정 영역을 지정합니다. 드롭다운 옵션에서 All(전체),
                       Tank Roof, Tank Wall_Ringbeam, Tank BaseSlab 중 선택합니다.
• Selected        : 현재 화면에서 사용자가 선택한 항목만 보고서에 포함합니다.
• Visible           : 현재 화면에 시각적으로 활성화된 모든 유효한 요소를 보고서에 포함합니다.

• Nodal Averaging : 슬라이싱 각도에 가장 가까운 절점의 결과를 처리하는 방식을 선택합니다.
• Unaveraged element results : 슬라이싱 각도에 가장 가까운 절점의 결과값을 모든 주변 요소를 고려하여 평균화한 후 출력합니다.
• Averaged results from all elements : 슬라이싱 각도에 가장 가까운 절점의 결과값을 모든 주변 요소를 고려하여 평규화한 후 출력합니다.
• Averaged results from visible elements: 슬라이싱 각도에 가장 가까운 절점의 평균 노달 결과를 제공하되, 대상 위치를 사용자가 선택한 그룹 내 현재 화면에 보이는(활성화된) 부분으로 제한하여 계산합니다.   
• Exclude base slab results at pile heads : 파일을 스프링 지점이나 빔 요소로 모델링하고 이를 슬래브에 연결하는 경우 파일 헤드 주변의 기초 슬래브에 과도한 응력 집중이 발생할 수 있습니다. 본 옵션을 체크하면 이러한 인위적인 응력 집중 결과를 디자인 계산에서 제외할 수 있습니다.

– 상정된 파일 직경 범위 내의 메쉬 절점 계산 값 제외

– 벽체 하부 영역에 위치한 메쉬 절점 계산 값 제외

– 벽체 하부 두께 범위 내에 해당하는 슬래브 결과 제외

• Report Type : 모든 보고서 유형에는 ‘Peak element only’  및 ‘Peak loadcase only’ 옵션을 단독 또는 중복으로 선택할 수 있습니다.
• Peak elements only : 출력되는 노달 결과 중 Utilisation이 가장 높은 요소의 절점 결과로만 출력을 제한합니다.
• Peak loadcase only: 여러 하중 조합을 선택한 경우, Utilisation이 가장 높은 하중 조합의 결과만 제한하여 출력합니다.
• PM Check Report : 축력과 휨모멘트의 상관관계에 대한 Utilisation 결과를 생성합니다.

·  Max/Min Thickness (short term PS): 단기 프리스트레스(PS)를 고려한 최대/최소 두께 차트

·  Max/Min Thickness (long term PS): 장기 프리스트레스(PS)를 고려한 최대/최소 두께 차트

·  Short/Long term PS for Min thickness: 최소 두께에 대한 단기/장기 프리스트레스(PS) 차트

·  Tendon/No-Tendon (short term PS) for Min thickness: 최소 두께에 대한 텐던 유무별 단기 프리스트레스(PS) 차트

·  Tendon/No-Tendon (long term PS) for Min thickness: 최소 두께에 대한 텐던 유무별 장기 프리스트레스(PS) 차트

·  텐던 유효응력비(Tendons effective stress (fse) ratio (%)): PM 차트 생성 시에만 사용됩니다. 단계별 시공(Staged Construction) 중 텐던이 부분적으로만 긴장된 상태를 모사할 수 있도록 100% 미만의 비율을 수동으로 입력할 수 있습니다.

• Shear check report : 전단 저항에 대한 Utilisation 결과를 생성합니다.
• Utilisation summary report: PM 검토 및 전단 검토에 대한 Utilisation 요약 결과 보고서를 생성합니다. 유로코드 기준을 적용하는 경우 벽체 감압 검토(Wall decompression check) 결과도 함께 확인할 수 있습니다.
• Loadcase / Combinations containing results: 보고서에 포함할 하나 이상의 하중조합을 선택합니다. 이 옵션을 체크하면 화면에 표시되는 하중조합 목록 필터가 활성화되어, 선택한 특정 하중조합 유형만 리스트에 표시됩니다.

‘Default’ 옵션이 리포트 작성 대상으로 선택되면, 대상 절점은 현재 모델의 15가지 종류의 다른 철근 배근에 대해 검토되며, 모든 22가지 철근 배근과 두 방향(Hoop/radial 또는 hoop/vertical)에 대한 PM 차트를 생성하는 데 리포트에는 총 44개의 시트가 정의됩니다.

• Section Information at maximum thickness (1) : 동일한 철근 배열이 적용된 단면에서 두께 변화가 있는 경우, 최대 두께에 대한 단면 정보가 출력됩니다.
• Section Information at minimum thickness (2) : 동일한 철근 배열이 적용된 단면에서 두께 변화가 있는 경우, 최소 두께에 대한 단면 정보가 출력됩니다.
• Node            : UtilPM 계산을 위한 절점 번호
• Element        : 절점을 공유하는 요소 번호
• Group           : 해당 절점이 속한 그룹명
• Thickness       : 절점 위치에서의 단면 두께
• Mi               : 절점에서의 모멘트
• Pi                : 절점에서의 축력
• Mi’                : 대화창에서 fse is used and PS is being applied as an external loading이 선택된 경우, fse 영향을 제거한 모멘트
• Pi’                 : 대화창에서 fse is used and PS is being applied as an external loading이 선택된 경우, fse 영향을 제거한 축력.  입력 과정에서 텐돈의 fse가 정의된 경우, PM 차트는 PS의 영향을 포함합니다. 이때, PS 하중이 해석 결과에 포함되어 있는 경우 PS 영향이 중복 반영되므로, UtilPM 계산에서는 Mi’, Pi’가 사용됩니다.
• UtilPM          : PM Utilization
• PM Chart       : 최대 두께 단면과 최소 두께 단면에 대한 2가지의 PC 차트가 출력됩니다. 하나는 선택된 절점의 최대 두께 단면에 대한 것이고 다른 하나는 최소 두께 단면에 대한 것입니다.