제3장 연구개발개행 내용 및 결과
51
오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
52
그림 3.1.28 해석 경계조건
(3) 해석 결과
- 아래 그림과 같이 해석순서에 따라서 지중응력해석, 수직하중 가력, 전단하중 을 가력하여 해석을 수행하고 결과값을 도출함.
- 결과 분석결과 전단응력이 아래의 테이블 들과 같이 상대 밀도 50%일때는 10%이하의 오차율을 갖는 것으로 나타났으며, 상대밀도 70%일때는 이보다 큰 오차율을 보이는 것으로 나타남.
- 일반적으로 지반 실험의 불확실성이 크기 때문에 본 해석 결과에 얻은 오차 율정도면 검증이 되었다고 판단하는 경우가 많아 본 해석 기법을 해석 모델 에 적용하여도 될 것으로 판단됨.
그림 3.1.29 해석 결과(변형형상)
수직응력 실험값 해석값 오차율
0.1 0.27 0.25 8
0.3 0.42 0.45 7
0.5 0.55 0.56 2
표 3.1.4 상대밀도 50%
제3장 연구개발개행 내용 및 결과
53
수직응력 실험값 해석값 오차율
0.1 0.31 0.30 3
0.3 0.52 0.41 27
0.5 0.72 0.56 29
표 3.1.5 상대밀도 50%
나. 인터 셀 해석모델 정립
(1) 해석목적 : 오픈 셀 케이슨의 차원 구조성능 평가를 위한 인터셀 해석 기술 및 설계 방법 확보
그림 3.1.30 오픈 셀 케이슨의 구성요소
그림 3.1.31 해석모델의 제원
오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
54
그림 3.1.32 해석 모델의 경계조건
(2) 해석 방법
- 범용 해석 프로그램 : ABAQUS
- 해석 모델 : 국부 모델(인터 셀)만 고려(오픈 셀 격벽만 고려) - 경계 조건 :
· 우측 케이슨 격벽을 고정시키고 좌측 케이슨을 수직방향으로 하중을 가함.
· 사석과 콘크리트 사이는 마찰계수를 0.6으로 가정함.
· Geostatic을 고려하여 자중 응력 발생하게 한 후 해석 수행 · 해석모델 메쉬물성치 : C3D8R
- 재료 물성치
· 직접전단실험을 통하여 다음과 같은 물성치를 얻음. 본 물성치를 해석적으로 넣음.
밀도 γ ㎥
최소밀도 γ 1436 3.9 34.2
표 3.1.5 재료물성치
제3장 연구개발개행 내용 및 결과
55 (3) 인터셀 부분 전단력 산정 방법
‣ 전단력 산정 ×
× tan
여기서전단력
전단응력
전단면적
점착력
채움재가 받는압축응력
채움재의내부마찰각 ‣ 깊이별 응력 산정
그림 3.1.33 전단응력분포도(예)
그림 3.1.34 전단응력산정방법
오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
56
- 전단응력은 위의 그림과 같이 산정가능하며, 전단변형률을 구할 경우 최대 변형을 정의 할 수 있음.
(4) 해석결과
‣ 지반은 기존의 구조물과는 다르게 유효응력의 고려가 필요함.
- 본 연구에서는 지반의 유효응력을 고려하였을 경우와 고려하지 않은 경우를 비교 분석 하였음.
- 아래 그림과 같이 지반은 유효응력이 고려가 되어야 실제의 거동 특성을 분 석할 수가 있음.
- Geostatic옵션을 통하여 지반 유효응력을 만들어서 해석을 할 경우에는 지반 아래쪽으로 갈수록 응력이 커지는 것을 볼 수 있음. 아래의 그림들을 비교해 보면 지반 유효응력을 고려했을 경우가 더 현실적인 거동 특성을 보일 것으 로 판단됨.
- Geostatic 해석을 통하여 지반 거동을 고려하였을 경우에는 외적하중이 가해 지지 않아도 지반에 의하여 외부 오픈 셀 케이슨 격벽에 응력이 발생하는 것 으로 나타남. 높이를 고려하면 가장 밑에 부분의 응력이 가장 큼.
그림 3.1.35 Geostatic을 고려하지 않았을 경우 인터 셀 내 사석과 오픈 셀 격벽에서의 응력상태
제3장 연구개발개행 내용 및 결과
57
그림 3.1.36 Geostatic 해석 후 인터 셀 내 사석과 오픈 셀 격벽에서의 응력상태]
그림 3.1.37 사석 유효응력 발생 후 오픈 셀 케이슨 벽에서의 반력
- 사석의 응력이 하단부분에 집중됨으로써 인터 셀의 벽면에 압축반력(24MN)이 발생하며, 케이슨을 위로 올리는 상향력이 12MN 발생함. Geostatic 해석을 통 하여 사석의 유효응력이 발생되었으며, 이것이 사석의 하단부의 팽창을 하게 함으로써 케이슨을 미는 힘과 케이슨을 들어 올리는 힘이 생겨남.
오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
58
그림 3.1.38 인터 셀 전단블록과 사석의 Von-Mises 응력상태(지반유효응력고려)
그림 3.1.39 지반유효응력을 고려하였을 경우 전단력-변형 관계
- 지반유효응력을 고려하였을 경우에는 위의 전단력-변형 관계 그래프에서 보 는 바와 같이 초기에는 변형이 증가하다가 천천히 변형이 감소되는 것을 확 인할 수 있음. 최대 변형변위는 5-e7m인 것으로 판단됨.
제3장 연구개발개행 내용 및 결과
59
그림 3.1.40 인터 셀 전단블록과 사석의 Von-Mises 응력상태(지반유효응력미고려)
그림 3.1.41 지반유효응력을 고려하지 않았을 경우 전단력-변형 관계
- 지반유효응력을 고려하지 않았을 경우에는 위의 그림과 같이 수렴되는 구간 이 나타나지 않는 것을 볼 수 있으며, 최대 변형, 최대 전단력 등을 판단하기 어렵기 때문에 거동 분석에 적절하지 않은 것으로 판단됨.
오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
60 ‣ 파괴변형 수계산
- 직접전단실험에서 도출한 최대전단응력은 20kPa임 - 단면적, 전단탄성계수, 전단변형률의 산정
×
×
- 파괴 시 전단변형(), 여기서 t는 인터셀 폭
∴ 파괴 시 최대 전단변위는 0.00866mm 임.
제3장 연구개발개행 내용 및 결과
61