Surface Spring Supports

 

▒ 기능

지지점에 단위면적당 스프링강성을 입력하여 지점반력에 의한 여러 개의 탄성지지점(Point Spring Supports)이나

  탄성연결요소(Elastic Link)를 동시에 생성합니다

비교적 다수의 탄성경계조건을 입력하는 경우에 손쉽게 스프링상수를 입력할 수 있습니다.

예를 들어 기초나 지중구조물의 지반을 탄성경계조건으로 모델링 하는 경우를 생각할 수 있습니다. 실제의 지반은 연속적으로

  구조물을 지지하고 있으나, 유한요소모델에서는 분할된 요소크기에 따라 절점위치에서 집중된 강성으로 지반스프링을 입력합니다.

  이때 탄성경계조건 하나가 부담해야 할 면적(또는 길이)은 분할된 요소크기에 따라 달라지며, 요소분할이 일정하지 않을 경우에는    

  일일이 면적(또는 길이)을 계산하여 탄성경계조건의 스프링상수를 산정해야 하는 번거로운 작업이 요구됩니다.

이를 편리하게 입력하기 위해 Surface Spring Support에서는 단위부피당 강성만 입력하면, 프로그램 내에서 자동으로 면적(또는

  길이)을 계산하여 탄성경계조건을 입력합니다.

 

▒ 호출

[Boundary] 탭 > [Spring Supports] 그룹 > [Surface Spring Supports]

 

▒ 입력

Surface Spring Supports의 우측 : Surface Spring Supports Table 표시

Note
Surface Spring Supports에 입력된 내용은 Point Spring Supports나 Elastic Link 데이터로 변환되어 저장된다.

Boundary Group Name

입력한 경계조건을 포함할 Boundary Group을 선택합니다. Group 지정이 불필요한 경우 "Default"를 선택합니다. Boundary Group을 추가생성하거나 수정하기 위해서는 버튼을 클릭하여 "Define Boundary Group" 대화상자를 호출합니다.

Surface Spring

Convert to : 단위면적당 강성을 이용하여 생성할 대상을 지정합니다.

Nodal Spring : 요소의 절점에 탄성지지조건 생성

Elastic Link : 요소의 절점에 탄성연결요소 생성

 

Distributed Spring : 탄성지반위에 있는 기초를 구현하는 방법으로 기초인 보나 판 또는 솔리드 요소에 분포형 지반 스프링을 입력합니다. 아래의 그림과 같이 Convert to Nodal Spring은 요소의 각 절점 Spring이 설치되고, Distributed Spring은 요소에 등분포로 Spring 이 설치됩니다.

 

 

 

Nodal Spring

Distributed Spring (Winkler's Model)

 

Spring 설치 위치

요소의 각 절점

요소에 등분포 배치

 

반력 단위

kN

보: kN(kN/m),  판, 솔리드 : kN(kN/m2)

 

변형

하중점에 집중

기초 강성이 클수록 주위로 분포

 

Element Type : 탄성지지점 또는 탄성연결요소를 생성할 대상요소의 종류를 지정합니다.

Frame : 보요소의 절점에 탄성지지조건이나 탄성연결요소 생성

Width : 보요소의 단위길이당 지지강성을 계산하기 위한 폭

Planar : 판형요소의 절점에 탄성지지조건이나 탄성연결요소 생성

Solid(Face) : 입체요소의 임의의 면을 지정하여, 탄성지지조건이나 탄성연결요소 생성

Solid(Node) : 입체요소의 임의의 점을 지정하여, 탄성지지조건이나 탄성연결요소 생성

 

Note
대상 요소의 종류로 입체요소를 선택하면 강성을 입력하기 위해 지정된 면이 대상요소에 표시된다.

 

Note

지내력 입력 편의 기능

Kz 설정 시, 버튼을 클릭하여 Soil Support Subgrade Modulus 설정창을 호출합니다.

                         

Soil Support

Allowable Soil Stress(qa) : 지반의 허용지내력을 입력합니다.

Subgrade Modulus : 지반의 단위면적당 지반반력 계수가 자동계산됩니다.

 

Note 1
지반의 허용지지력을 입력한 경우는 Joseph E. Bowles의 제안식을 적용하여 지반반력계수를 계산한다.

 

ks = 40(SF)qa

 

이는 극한 지반반력 qult = SF ×qa, 침하량 (delta)H = 0.0254 m로 가정하여 ks = qult/(delta)H 로 구한것이며, SF는 3.0을 적용한다.

 

Reference : Joseph E. Bowles, "Foundation Analysis & Design", 4th McGRAW-HILL, p408

 

Note 2
지반반력계수를 자동계산하는 Bowles의 제안식은 1 inch의 극한 처짐을 가정하여 계산된 것이므로 암반의 경우에 적용하는 것은 적절하지 않다.