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# 해석옵션 Home > 해석 > 해석옵션

- 기능
  모델링된 가시설 구조물의 목적에 맞는 해석을 수행하기 위해 계산항목, 계산방법 등을 설정합니다.

- 제한
  Project Setting에서 선택한 해석종류에 따라 설정해야할 해석옵션이 결정됩니다.

- 호출
  Main Menu : `해석 > 해석옵션`

## 일반

### 흙막이벽체 분할간격

- 흙막이벽체를 보(Beam)요소로 모델링할 때, 보요소의 최대분할 간격을 의미합니다. 입력한 분할간격에 따라 흙막이벽체에 대한 계산결과 산출위치가 달라집니다.

- 탄소성보법에서는 요소 분할 간격에 따라 지반 스프링이 설치됩니다. 또한 벽체의 하단, 토층 및 수위의 경계점, 지보재와 슬래브의 설치지점, 각단계별 굴착선에 대하여 절점이 자동 생성됩니다. FEM 해석인 경우에 흙막이벽체의 요소 분할은 굴착면 또는 배면 지반의 Mesh 분할의 기준이 됩니다.

### 비선형 반복해석 방법

- 일반적으로 지반재료는 소성거동을 하는 것으로 가정합니다. 이러한 지반재료의 수치해석을 위해서는 재료거동을 묘사할 수 있는 소성 재료모델 뿐만아니라 비선형 재료에 의한 구조물의 비선형 평형방정식을 풀 수 있는 해석기법이 요구됩니다. 비선형 평형방정식을 푸는 수치해석기법에는 많은 방법들이 있지만, 이 중 일반적으로 많이 사용되며 효율적인 초기강성법과 Newton-Raphson방법을 사용합니다.

#### 초기 강성법

- 초기에 정의된 강성만을 사용하여 반복해석을 수행함으로써 비선형 방정식의 해를 구하는 방법입니다. 이 방법은 상대적으로 해석시간이 오래 걸리는 강성행렬 구성과정을 한번만 수행하므로 해석시간을 줄일 수 있습니다. 접선기울기가 작은 경우에는 발생되는 수렴의 불안정성을 제거할 수 있어 안정적이라 할 수 있습니다. 반면, 접선강성이 작은 경우에 해에 수렴해가는 속도가 느려 많은 수의 반복해석이 필요합니다.

#### Newton-Raphson 방법

- Newton-Raphson방법은 현 시점에서의 구조물 접선강성을 계산하고 이를 사용하여 해를 찾는 수치해석기법입니다. 이 방법은 매 반복해석단계마다 구조물의 접선강성행렬을 재계산하기 때문에 속도가 느려질 수 있지만 초기 강성법에 비해 월등히 적은 수의 반복해석만으로도 해에 수렴할 수 있습니다.

비선형 반복해석 방법에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "III-Chapter 2-2-3. (1) 비선형 방정식 반복 방법(Iteration Method)" 부분을 참조하시기 바랍니다.

### 최종 굴착 시공단계

- 근입장 검토시 최종 굴착 시공단계로 사용합니다.

- MIDAS GEOXD Analysis 에서는 본 구조물(벽체 및 슬래브)이 생성되기 바로 전 단계를 최종 굴착단계로 간주합니다. 만약 최종 굴착단계가 아닌 중간 단계에서 검토가 필요하다면, 사용자가 검토할 시공단계를 선택합니다.

근입장 검토에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "Ⅲ-5. 근입 깊이 검토" 부분을 참조하시기 바랍니다.

### 정적해석 검토

- 정적해석을 선택하게 되면 해당 시공단계에서의 굴착깊이, 활성화되어 있는 지보재 상태 그대로 별도의 정적해석을 수행하게 됩니다. 이전 단계까지 누적된 변위, 응력 등은 고려되지 않습니다.

### 영구조건 검토

- 흙막이 용도로 설치한 벽체를 해체하지 않고, 본 구조물의 영구벽체로 사용할 경우에 사용합니다.

- 영구조건 검토 시공단계로 선택하면 해당 시공단계에서의 굴착깊이, 활성화 되어 있는 지보재 상태 그대로 별도의 정적해석을 수행하게 됩니다. 이전 단계까지 누적된 변위, 응력 등은 고려되지 않습니다. 이 단계에서는 굴착단계와 달리 굴착이 완료된 상태의 정지토압을 적용하여 계산합니다.

- 계산된 결과는 D-Wall 설계시 영구조건의 부재력이 됩니다.

## FEM

### 비선형 해석

- 최대 반복계산 회수, 오차한계 : 비선형 반복해석의 수렴기준을 입력합니다.

비선형 반복해석 방법에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "III-Chapter 2-2-3. (1) 비선형 방정식 반복 방법(Iteration Method)" 부분을 참조하시기 바랍니다.

### 투수해석

- 수압이 입력된 경우에만 활성화 됩니다. 일반 시공단계 정의에서 "초기변수의 정의 > 수압고려" 항목을 입력하면 수압이 고려됩니다.

- 최대 반복계산횟수, 오차한계 : 지하수의 침투류(Seepage) 해석시 반복계산의 수렴기준을 입력합니다.

### 지반최대 Mesh 크기

- 지반은 평면변형(Plane Strain)요소로 모델링 되며, 이 때 분할되는 Mesh의 가장 긴 변의 길이를 입력합니다. 요소의 크기가 작을수록 상세한 결과를 확인할 수 있으나, 해석 모델의 규모에 따라 상당한 해석시간이 소요될 수 있으므로, 해석목적에 맞는 적절한 크기를 입력합니다.

### Ko Condition 고려

- 정지토압계수는 초기 원지반 상태에서 흙의 단위중량과 심도에 의해 계산된 연직응력과 수평응력의 비로 정의합니다.

- 정지토압계수를 고려한 경우(Check on)에는 지반의 정의에서 사용자가 입력한 정지토압계수를 이용하여 해석을 수행합니다.

- 정지토압계수를 고려하지 않은 경우(Check off)에는 지반의 정의에서 사용자가 입력한 포아송비를 이용하여 정지토압계수를 계산합니다.

- 포아송비를 이용한 정지토압계수는 "포아송비/(1-포아송비)"로 구하며, 이 방법을 자중 해석 방법 이라고 합니다.

### Interface 요소 고려

- Interface 요소는 벽체와 지반사이에서 발생하는 경계면 거동인 마찰과 탈점착 거동을 묘사하기 위해 사용됩니다.

- 계면강도계수(R) : 점착력과 내부마착각에 계면강도계수를 곱하여 interface요소의 물성값을 계산합니다.

- 을 통해 Interface요소의 특성을 고려합니다.

- 가상요소두께 : 인접 지반의 탄성계수를 Interface 요소의 경계면 강성으로 변환하기 위한 변수
- 가상요소두께는 해석 시 수렴성에 많은 영향을 끼칩니다. 가상요소두께 값이 작을 수록 변형 형상은 실제 변형에 가깝게 발생하지만, 수치에러에 의해 수렴이 어려운 단점이 있습니다. 가상요소두께 값이 클수록 수렴이 잘 되지만, 변형형상이 실제 변형과 많은 차이를 보일 수 있습니다. 이 값은 0.1~1.0 사이로 사용할 것을 권장하며, 0.1에 가까운 값을 사용할 경우 수렴여부에 주의를 기울여야 합니다.
- Gap Value로 Interface요소의 인장강도를 지정합니다. 흙막이벽과 지반 사이 경계면에서 특정값 이상의 인장에 대해 저항하지 못하는 것으로 여겨 해석합니다. Gap Value가 입력되지 않으면 일반적인 탄소성 거동과 같이 경계면이 지속적으로 인장에 저항하게 됩니다.
- Interface 요소의 특성 중 면외 수직방향 경계면강성(Normal Stiffness Modulus, Kn)과 면내 접선방향 경계면강성(Shear Stiffness Modulus, Kt)은 다음의 값을 자동으로 적용합니다.
- 면외 수직방향 경계면강성(Normal Stiffness Modulus, Kn) = 지반탄성계수(E) / 가상요소두께 - 면내 접선방향 경계면강성(Shear Stiffness Modulus, Kt) = 지반탄성계수(E)의 일반적인 값
- Mode-II 거동은 경계면의 접선방향 마찰거동을 정의하는 것으로, Gap Value를 입력했을 경우에만 유효하게 작용합니다. Gap Value를 입력하지 않으면, Mode-II Model을 정의하더라도 탄소성거동과 같습니다.
- 취성거동 : 균열발생 후 전단에 대해 저항하지 않는 것으로 가정하는 거동모델
- 일정 전단강성 감소거동 : 경계면의 전단강성이 일정한 값으로 줄어드는 거동모델. 입력된 특성값 중 Kt가 줄어든 강성으로 변경됩니다.
- 다중선형경화 : 2개 이상의 선형으로 경화거동을 나타내는 것으로서 경계면의 접선방향 전단거동에만 적용됩니다.
  Coulomb Friction모델은 일반적으로 2계수 모델로써 점착력과 마찰각으로 정의되는 것이 특징입니다. 경화거동은 이 두개의 계수를 소성상대변위에 따라 점진적으로 증가시킴으로써 점진적 경화거동을 정의하도록 합니다.

Interface 요소의 고려방법에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "II-Chapter 3.6 접촉면요소(Interface Element)" 부분을 참조하시기 바랍니다.

### 적용수압

- 이전단계 투수결과 : 시공단계 정의에서 설정한 수위에 대해 침투해석을 수행하고, 침투해석을 통해 계산된 간극수 결과를 수압으로 고려하여 해당 시공단계의 흙막이 벽체에 하중으로 재하합니다.

- 정수위 : 시공단계 정의에서 설정한 수위에 대해 수면으로부터 떨어진 거리에 물의 단위중량을 곱하여 삼각형의 수압을 계산하고, 벽체의 양쪽면 수위차를 고려하여 이를 해당 시공단계에 하중으로 재하합니다.

- 침투해석에 의한 간극수압결과는 일반적으로 정수압보다 작은 결과를 보여주며, 이로 인해 이전단계 투수결과를 사용하여 시공단계 해석을 수행할 경우 정수위를 사용한 결과보다 흙막이 벽체의 변위나 부재력이 작게 나옵니다.

### 차수벽

- 차수벽의 재료특성을 지반의 정의에서 "지반구성 >지반개량"으로 지정하여 정의합니다.
  일반적으로 사용하는 차수공법인 S.G.R과 L.W에 대한 직접적인 입력은 불가능하지만, 그에 대응할 수 있는 지반물성치를 입력하여 차수효과를 발휘할 수 있도록 합니다.
- 흙막이벽의 하단깊이보다 깊이 설치할 수 있습니다.

### 바닥면 수평변위 제어

- 가시설 모델의 바닥면 경계조건은 기본적으로 연직방향 변위만 구속되어 있습니다. 추가적으로 수평방향 변위를 제어할 지 여부를 선택합니다.

- 작성한 모델의 하면 지반특성이 어떠냐에 따라 선택하며, 바닥면 아래가 기반암인 경우에 옵션을 선택하는 것이 좋습니다.

### 지반 고차요소 적용

- 지반 모델링시에 사용되는 Plane Strain 요소는 기본적으로 3절점 삼각형, 4절점 사각형 요소를 사용합니다.

- 옵션을 선택하면 기본적인 삼각형, 사각형 요소에 중간 절점이 추가된 6절점 삼각형, 8절점 사각형 요소를 사용합니다. 형상함수 또한 2차식으로 적용되므로 상세한 해석결과가 요구되는 경우에 사용하며, 자차요소를 이용한 경우보다 많은 해석 시간이 소요됩니다.

## 탄소성보법

### 비선형 해석

- 최대 반복계산횟수, 오차한계 : 비선형해석의 수렴기준을 입력합니다. 사용자가 입력한 두 가지의 수렴기준 중 하나를 만족하면 해당 시공단계의 해석이 수렴된 것으로 판단하여 다음 시공단계 해석을 수행합니다.

### 해석모형

- 토류벽 하단 지지조건(자유단, 고정단, 힌지)을 사용자가 선택합니다.

- 최소 지반 반력계수 : 벽체의 변위가 탄성한계를 벗어나면 지반은 소성상태가 됩니다.
  그러나 최소 지반 반력계수가 100kN/m3이상인 경우 소성상태인 지반에서도 약간의 지반 스프링이 잔류하고 있기 때문에 반복 계산시 수렴하지 않는 경우가 줄어들 수 있습니다. 또 지반의 변위와 벽체의 부재력이 감소하게 됩니다.

해석모형에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "III-2.2 탄소성보법" 부분을 참조하시기 바랍니다.

### 토압 작용폭

- 주동토압의 작용폭은 굴착상면의 경우 흙막이 벽체의 간격, 굴착하면의 경우 플랜지 폭으로 적용하는 것이 일반적이며, 굴착하면의 수동토압폭은 지반의 특성에 따라 플랜지 폭의 1~3배를 적용하는 것이 일반적입니다. 흙막이벽체의 형상이 H-Pile이 아닌 경우는 단위 폭(1m)를 적용하는 것이 일반적입니다.

근입장검토에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "III-5. 근입깊이검토" 부분을 참조하시기 바랍니다.

### 자립식 근입장 검토

- 자립식 벽체인 경우 근입장 안정성 검토방법을 선택합니다.

#### 모멘트 균형법

- 배면측의 주동토압에 의한 활동모멘트와 굴착측의 수동토압에 의한 저항모멘트간에 비를 이용하여 안정성을 검토합니다.

#### 간략식

- 지반의 특성값을 이용하여 안정성이 확보되는 근입깊이를 산정하고 적용근입깊이와 산정근입깊이와의 비를 이용하여 안정성을 검토합니다.

| 모멘트 균형법에 의한 근입검토 | 간략식에 의한 근입검토

자립식 기준점 변경에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "III-5.2 자립식 흙막이벽인 경우" 부분을 참조하시기 바랍니다.

### 자립식 기준점 변경

- 현장에서 작업을 수행할 때 부득이하게 자립식 흙막이벽체의 기존기준점을 변경기준점으로 변경해야 할 필요가 있을 때 적용합니다. "자립식 기준점 변경"은 자립식 근입장 검토에 사용됩니다.

자립식 기준점 변경에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "III-5.2 자립식 흙막이벽인 경우" 부분을 참조하시기 바랍니다.

### 소단(Berm) 검토

- 소단검토 옵션을 통해 저감계수 사용유무를 결정합니다.

- 소단검토(Berm)을 체크하는 경우 수동토압이 실제보다 작게 작용되는 부분을 고려할 수 있도록 지반반력계수(Kh)와 수동토압(Pp)을 흙막이벽체 분할간격으로 세분화하여 영역별 크기를 저감계수를 고려하여 해석에 반영됩니다.

※ 가시설 흙막이벽체 지지공법 중 Raker에 의한 굴착공법은 일반적인 수평굴착과 달리 소단사면(Beram)을 형성하며 굴착하는 공법입니다. 일반적인 단계별 수평 굴착과 같은 방법으로 적용시에는 수평토압을 실제보다 크게 산정하여 불안전측으로 설계를 수행할 수 있으므로 저감계수를 고려하여 해석에 이용합니다.

### 선단 소일시멘트 길이

- 최종 굴착단계에서 근입된 흙막이 벽체의 형상이 C.I.P. 또는 S.C.W. 일 때 활성화 됩니다. 근입된 흙막이 벽체의 길이를 입력된 소일 시멘트 길이만큼 길게 하여 히빙 및 보일링 검토시 고려되어 계산됩니다. 단, 근입장 검토는 흙막이 벽체의 근입길이를 사용합니다.

### 소성변위 고려여부

- 소성변위를 고려할 경우 주동토압과 수동토압의 범위내의 변위가 발생시 지반을 모델링한 스프링은 탄성거동하지만, 주동토압과 수동토압의 범위를 벗어나는 변위가 발생하면 소성거동을 합니다.

- 아래 그림과 같이 소성변위를 일으켰을 때는 실선을 따라 거동하는 것이 아니라 점선을 따라서 거동하게 되며 이와 같은 경우에는 잔류변형이 발생합니다.

- 소성변위를 고려하지 않을 경우 탄성영역에서 소성영역으로 진행되는 변위거동은 소성변위를 고려한 경우와 동일한 실선을 따르게 됩니다. 반대로 소성영역에서 반대반향의 하중이 재하되는 경우에도 실선방향으로 거동하므로 잔류변형은 발생하지 않습니다.

- 일반적인 재료모델에서는 소성변위를 고려하지만 지반과 같은 특수한 모델에서는 소성변위를 고려하지 않을 수 있습니다.

소성변위 고려여부에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "III-2.2.2 소성변위 고려와 비고려" 부분을 참조하시기 바랍니다.

### 지반침하량 검토

- 지반침하 검토간격 : 해석 완료 후 배면 지반침하 검토시 좌, 우측 흙막이벽에서부터 배면측 끝단까지의 분할간격을 입력합니다.

- 흙막이 벽체의 수평 변위는 버팀굴착 주위의 지반침하를 유발하고 이것은 인접구조물 기초 및 지하구조물에 대하여 침하를 유발시켜 피해가 발생하므로 근접시공에 매우 중요한 문제가 됩니다.

- 굴착에 따른 지반 침하를 예측하는 방법은 현재까지 많은 연구가 진행되어왔으며, 크게 수치해석법[유한차분법(FDM), 유한요소해석법(FEM)]과 이론 및 경험적 추정 방법으로 나눌 수 있습니다.

- MIDAS GEOXD Analysis는 FEM해석에 의한 수치해석 뿐 아니라 이론 및 경험적 추정방법으로 알려진 아래 네가지 방법을 이용하여 지반침하량을 검토합니다. 이 제안식은 실제 지반의 거동을 정확히 파악한 것이 아니므로, 엄밀한 해석을 위해서는 FEM해석을 수행해야 합니다.

  - Caspe(1966)
    Caspe는 흙막이 벽체의 수평 변위와 포아송비를 이용하여 굴착에 따른 인접 지표의 침하량을 산정하는 방법을 제안하였습니다. 이 때 주의할 점은 지하수위 감소에 따른 침하량을 별도로 산정해야 합니다.

  - Peck(1969)의 곡선 Peck 방법은 현장계측 결과로부터 연약한 점토지반을 중심으로 굴착에 따른 인접지표침하의 크기와 분포를 흙막이벽으로부터의 수평거리에 따라 굴착깊이에 의한 무차원량으로 표시하고 크게 3영역으로 분류하여 나타냈습니다.

  - Bauer(1984)의 반경험식
    Bauer는 사질토 지반에서 굴착에 의한 침하 영향범위내의 거리별 지표침하량을 산정하는 반경험적인 방법을 제안하였고, 지반조건(상대밀도, 내부마찰각), 굴착깊이 및 작업 숙련도와 시공 난이도를 같이 고려할 수 있습니다.

  - Clough (1990)의 방법 Clough & O'Rourke(1990)는 흙막이 구조물의 강성이 작은 것부터 큰 것까지 다양하게 적용되며, 지반의 조건에 따라서 아래와 같이 나누어 고려할 수 있습니다.

    - 잔류토 및 모래 지반인 경우 : 최대지표 침하량은 0.3%H(H : 최종굴착깊이)이내이며, 평균적으로 0.153%H가 된다고 제안하였습니다. 이 때 최대 침하 영향거리는 흙막이벽으로부터 2H입니다.
    - 단단한 점토 지반인 경우 : 최대 지표 침하량은 0.3%H 이내, 최대 침하영향거리는 3H입니다.

지반침하에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "III-6. 지반침하" 부분을 참조하시기 바랍니다.

### 히빙/보일링 검토

- 해석법이 "탄소성보법"인 경우에만 검토를 수행할 수 있습니다. 체크버튼을 통해 계산서 및 보고서에 히빙/보일링 검토 수행 여부를 판별합니다.

#### 보일링검토

- 사질토 지반에서 차수성 흙막이벽을 시공하는 경우 굴착측과 배면측 사이의 수위차에 의해 침투력이 굴착측의 유효중량을 초과하게 되는 경우, 굴착저면에서 물이 끓어오르는 듯한 현상이 발생하며, 이를 보일링이라고 부릅니다.

- "보일링검토"는 Terzaghi에 의한 방법과 한계동수구배를 고려하는 방법 두 가지 모두 검토합니다.

보일링검토에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "III-7.1 Boiling" 부분을 참조하시기 바랍니다.

#### 히빙검토

- 연약한 점토지반을 굴착하는 경우 굴착배면토의 중량과 재하중이 지반의 전단강도보다 크게되어 배면지반은 침하하되고, 굴착면은 부풀어 오르는 현상이 발생하며, 이를 히빙이라고 부릅니다.

- "히빙검토"는 굴착길이를 고려할 경우 Tschebotarioff의 식으로 검토하며, 굴착길이를 고려하지 않을 경우 Terzaghi-Peck의 식으로 검토합니다.

히빙검토에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "III-7.2 Heaving" 부분을 참조하시기 바랍니다.