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# 지보재 설계 Home > 설계 > 지보재 설계

- 기능
  지보재 설계를 위한 구조적 제원, 허용력 산정 방법 등을 정의합니다. 정의된 지보재 특성을 바탕으로 설계를 수행하고, Excel 포맷의 상세계산서를 출력합니다.

- 제한
  모델링 과정의 지보재의 정의에서 정의한 지보재에 대해서만 설계를 수행할 수 있으며, 지보재 설계 이전에 설계옵션이 정의되어야 합니다.

- 호출
  Main Menu : `설계 > 지보재 설계`

## 일반

- 버튼을 통해 Spread Sheet 형식으로 설계데이터를 수정할 수 있습니다. 동일한 특성의 지보재가 많은 경우 편리하게 이용할 수 있습니다.

## Strut

### Strut의 제원

- Strut의 제원에는 지보재의 정의에서 입력한 재질, 단면, 강축길이, 약축길이, 수량이 자동으로 선택되어 있습니다. 선택한 제원의 Strut으로 검토한 결과가 N.G.일 경우에는 사용자가 재질, 단면, 강축길이, 약축길이, 수량을 조정하여 재검토할 수 있습니다.

- Strut의 제원이 달라지면 해석시 부재력분배가 달라지게 되므로 다시 한번 해석을 수행한 후에 선택한 단면이 적절한지 확인하는 것이 바람직합니다. 그러나, Strut의 제원 중 강축길이와 약축길이만 변경할 경우에는 재해석을 하지 않아도 됩니다.

### 자중 및 작업하중(연직하중)

- Strut의 자중뿐만 아니라 철근을 달아매거나 발판 등이 설치될 때와 같이 부가하중이 발생하였을 때 입력되며 5kN/m를 표준으로 사용합니다.

### 온도하중

- 온도하중에 의해 발생하는 축하중을 직접 입력합니다.
- 기존의 연구에 의하면 양단고정의 경우 이론적인 값의 18~19% 정도로, 기온 1℃ 상승에 대한 버팀대 반력의 증가는 통상 11~12.5kN 정도입니다.
- 여름과 겨울의 계절적 온도차에 의한 축력변화는 크리프(creep)에 의해 부담된다고 하면, 계절에 의한 온도하중을 고려할 필요가 없습니다. 하루동안의 최고와 최저 온도차를 10℃로 가정하면, 실제 버팀대의 축력 증가량은 120kN 정도 발생하며, 이 값을 이용하여 온도변화의 영향을 고려하는 것이 바람직합니다.

### Strut 설계시 참고사항

- Strut은 띠장에서부터 전달되는 압축과 자중, 적재하중으로 인한 휨모멘트를 받고 있으므로 휨과 압축을 동시에 받는 부재로 설계합니다.
- Strut의 길이가 긴 경우에는 중간말뚝 등을 설치하여 보강합니다.
- Strut과 띠장의 접합부는 느슨함이 생기지 않는 구조여야 합니다.
- Strut은 시공성을 확보하기 위해 허용하는 범위내에서 가능한 한 수직간격을 높게 설치해야 합니다.
- 굴착폭이 특히 넓은 곳이나 편심하중이 작용하는 곳에서는 Strut의 단면을 교체하거나 수량을 늘려 흙막이벽의 변형을 방지해야 합니다.
- 강관 Strut 설계는 도로교 설계기준(2005), 도로교 설계기준(2010) 또는 KDS 설계기준(21 30 00) (2024)에서 지원합니다.

## Raker

### Raker 의 제원

- Raker의 제원에는 지보재의 정의에서 입력한 재질, 단면, 강축길이, 약축길이, 수량이 자동으로 선택되어 있습니다. 선택한 제원의 Raker로 검토한 결과가 N.G.일 경우에는 사용자가 재질, 단면, 강축길이, 약축길이, 수량을 조정하여 재검토 할 수 있습니다. Raker의 제원이 달라지면 해석시 부재력분배가 달라지게 되므로 다시 한번 해석을 수행한 후에 선택한 단면이 적절한지 확인하는 것이 바람직합니다. 그러나 Raker의 제원 중 강축길이와 약축길이만 변경할 경우에는 재해석을 하지 않아도 됩니다.

### 자중 및 작업하중(연직하중)

- Raker의 자중뿐만 아니라 철근을 달아매거나 발판등이 설치될 때와 같이 부가하중이 발생하였을 때 입력되며 5kN/m를 표준으로 사용합니다.

### 온도하중

- 온도하중에 의해 발생하는 축하중을 직접 입력합니다.
- 기존의 연구에 의하면 양단고정의 경우 이론적인 값의 18~19% 정도로, 기온 1℃ 상승에 대한 버팀대 반력의 증가는 통상 11~12.5kN 정도입니다.
- 여름과 겨울의 계절적 온도차에 의한 축력변화는 크리프(creep)에 의해 부담된다고 하면, 계절에 의한 온도하중을 고려할 필요가 없습니다. 하루동안의 최고와 최저 온도차를 10℃ 로 가정하면, 실제 버팀대의 축력 증가량은 120kN 정도 발생하며, 이 값을 이용하여 온도변화의 영향을 고려하는 것이 바람직합니다.

### Raker 설계시 참고사항

- Raker은 띠장에서부터 전달되는 압축과 자중, 적재하중으로 인한 휨모멘트를 받고 있으므로 휨과 압축을 동시에 받는 부재로 설계합니다.
- 유압식 Jack을 사용하여 설치하는 것이 Prestress 관리에 좋습니다.
- Kicker Block에 대한 수평지지력을 검토해야 합니다.(부족시에는 지지말뚝의 설치가 필요합니다.)
- Raker 설치전에는 소단을 유지하는 것이 좋습니다.

## Earth Anchor

### Earth Anchor의 제원

- Earth Anchor의 제원에는 지보재의 정의에서 입력한 재질, 단면, 수량이 자동으로 선택되어 있습니다. 선택한 제원의 Earth Anchor로 검토한 결과가 N.G.일 경우에는 사용자가 재질, 단면, 수량을 조정하여 재검토 할 수 있습니다.
- Earth Anchor의 제원이 달라지면 해석시 부재력분배가 달라지게 되므로 다시 한번 해석을 수행한 후에 선택한 단면이 적절한지 확인하는 것이 바람직합니다.

### 재질에 따른 극한하중, 인장하중

- SWPC7A : 극한하중(1720 MPa) , 항복하중(1470 MPa)
- SWPC7B : 극한하중(1860 MPa) , 항복하중(1570 MPa)

### 단면

- Strand12.7x4EA : 7연선 12.7mm 강연선 x 4EA를 의미합니다.

### 자유장

- 지반에 삽입되어 인장재가 통과하고 있지만, 지반에 부착되지 않아 힘이 전달되지 않는 부분의 길이입니다.
- 구조물 기초설계기준 상에 최소 4.5m로 명시되어 있으며, 일반적으로 5.0m를 설계에 반영하고 있습니다.
- 각 토층별 내부마찰각으로 가상파괴면을 계산하여 모델에 도시하므로 필요한 자유장을 직관적으로 알 수 있습니다.

가상파괴면(최대 굴착면 기준으로 산정) | 어스앵커 (Earth Anchor)

### 정착장

- 벽체로부터 가상파괴면 밖에 위치해야 하며 마찰저항장과 부착저항장 중 큰 값을 설계에 적용합니다.
- 앵커정착장이 10m 이상이 되면 극한 인발력이 거의 증가하지 않으므로, 10m 이하로 제한하는 것이 좋습니다.
- 구조물 기초설계기준상에 최소 정착장은 4.5m 입니다.

### 안전거리

- 가상파괴면에서 정착장까지 떨어진 거리를 말합니다.
- 앵커자유장 산정시 필요자유장 + 안전거리와 적용자유장을 비교 검토하여 자유장을 선정합니다.
- 여유장은 앵커를 긴장하기 위해 흙막이벽체 밖으로 나온 거리를 말하며 MIDAS GEOXD Analysis에서는 1.5m를 기본값으로 하고 있습니다.

### 허용인장력 및 내력안전율

- 설계옵션에서 정의한 강선의 허용인장력 산정조건과 Anchor의 내력안전율이 표시됩니다.

#### 강선의 허용인장력

- 용도와 사용기간을 선택하면, 각 종류별 앵커의 극한하중, 항복하중 중 작은값을 취하여 허용인장력을 결정합니다.
- 설계 > 설계옵션 (바로가기)

강선의 허용인장력 | 안전율

### 지반종류에 따른 주변마찰 저항

- 앵커체 단위면적당 지반과의 주변마찰저항은 기본시험을 토대로 구하는 것이 기준입니다.
- 시험에 의하지 않을 경우 책임기술자의 판단에 의해 아래 창을 참고하여 정할 수 있습니다.
- 암의 종류 및 상태를 세분화하고 있지 않으므로 풍화상태나 균열, 절리 등의 상태를 감안해서 결정해야 합니다.
- '지반특성치로 부터 자동 계산'을 선택하면 각 지층의 주변마찰저항값과 접속길이를 고려하여 정착장을 계산합니다.

### 주입재-인장재의 허용부착응력

- 허용부착응력은 별도의 기준이 없으며, MIDAS GEOXD Analysis에서는「지하철 7호선 설계기준」과「구조물 기초설계기준」내용을 참조하였습니다.

### PC강선의 활동량

- 정착장치의 활동에 의한 Prestress 손실을 계산합니다. 일반적으로 3~6mm사이의 값을 사용합니다.

#### Prestress 손실

- PC강재의 릭렉세이션에 의한 손실은 프로그램 내부에서 5%를 기본값으로 사용하고 있습니다.

### 재킹력 기준

- 재킹 설계시 재킹력을 얼마로 할 것인지 기준을 입력합니다.

- 초기인장력 체크시 : 사용자가 모델 > 지보재의 정에서 입력한 초기작용력(Pini)값을 이용하여 Jacking Force(JFreq)을 산정합니다.

- 설계축력 체크시 : 계산결과 발생한 축력(Treq) 값을 사용하여 Jacking Force(JFreq)를 산정합니다.

### 앵커설계시 일반적인 사항

- 흙막이 앵커는 대상으로 하는 구조물의 규모, 형상, 지반조건에 적합한 것을 선정하고 설계하중에 대해서 충분히 안전한 인발저항력을 갖도록 설계해야 합니다.
- 흙막이 앵커는 흙막이의 구조, 앵커의 치수 등을 고려해서 소요의 정착력이 얻어지도록 설계해야 합니다.
- 흙막이 앵커는 양호한 지반에 정착해야 합니다.
- 흙막이 앵커의 초기 긴장력은 지반조건, 흙막이벽의 규모, 설치기간, 시공방법 등을 고려하여 설계해야 합니다.
- 앵커의 종류가 다양함에 따라 설계길이의 적용에 따라 긴장력 및 늘음량의 크기가 변동되므로 사용자가 앵커 종류를 파악하여 선택할 수 있도록 긴장력 및 늘음량 산정 방식을 분리하였습니다. (자유장 + 0.5m 또는 자유장+정착장+0.5m)

## Rock Bolt

### Rock Bolt의 제원

- Rock Bolt의 제원에는 지보재의 정의에서 입력한 재질, 단면, 수량이 자동으로 선택되어 있습니다. 선택한 제원의 Rock Bolt로 검토한 결과가 N.G.일 경우에는 사용자가 재질, 단면, 수량을 조정하여 재검토 할 수 있습니다.
- Rock Bolt의 제원이 달라지면 해석시 부재력분배가 달라지게 되므로 다시 한번 해석을 수행한 후에 선택한 단면이 적절한지 확인하는 것이 바람직합니다.

### 내력안전율

- 설계옵션에서 정의한 Rock Bolt의 안전율

### 지반종류에 따른 주변마찰저항

- 앵커체 단위면적당 지반과의 주변마찰저항은 기본시험을 토대로 구하는 것이 기준입니다.
- 시험에 의하지 않을 경우 책임기술자의 판단에 의해 아래 창을 참고하여 정할 수 있습니다.
- 암의 종류 및 상태를 세분화하고 있지 않으므로 풍화상태나 균열, 절리 등의 상태를 감안해서 결정해야 합니다.
- '지반특성치로 부터 자동 계산'을 선택하면 각 지층의 주변마찰저항값과 접속길이를 고려하여 정착장을 계산합니다.

## Soil Nail

- 인장응력, 전단응력 및 휨모멘트에 저항할 수 있는 보강재를 Prestressing 없이 촘촘한 간격으로 삽입하여, 원지반의 전체적인 전단강도를 증대하고, 지반변위를 억제시키기 위한 목적으로 시공합니다.

### Soil Nail의 제원

- Soil Nail의 제원에는 지보재의 정의에서 입력한 재질, 단면, 수량이 자동으로 선택되어 있습니다. 선택한 제원의 Soil Nail로 검토한 결과가 N.G.일 경우에는 사용자가 재질, 단면, 수량을 조정하여 재검토 할 수 있습니다.
- Soil Nail의 제원이 달라지면 해석시 부재력분배가 달라지게 되므로 다시 한번 해석을 수행한 후에 선택한 단면이 적절한지 확인하는 것이 바람직합니다.
- 설계길이 : 설치된 Soil Nail의 길이를 말하며, 환산길이의 3배 이상이어야 합니다.
- 정착장 : 정착된 Soil Nail의 길이를 입력합니다.

### 내력안전율

- 설계옵션에서 정의한 Soil Nail의 안전율

### 지반종류에 따른 주변마찰 저항

- 앵커체 단위면적당 지반과의 주변마찰저항은 기본시험을 토대로 구하는 것이 기준입니다.
- 시험에 의하지 않을 경우 책임기술자의 판단에 의해 상세 대화상자를 참고하여 정할 수 있습니다.
- 암의 종류 및 상태를 세분화하고 있지 않으므로 풍화상태나 균열, 절리 등의 상태를 감안해서 결정해야 합니다.
- '지반특성치로 부터 자동 계산'을 선택하면 각 지층의 주변마찰저항값과 접속길이를 고려하여 정착장을 계산합니다.

### 수평변위

- 가상파괴면과 Nail의 교점에서 발생된 최대전단력(Vmax)의 검토를 위한 허용수평토압 산정에 사용됩니다.

### Soil Nail 안정해석

- 자연사면이나 굴착에 의한 인공사면의 안정성을 향상시키기 위한 공법으로 보강재를 이용하여 지반의 전단 및 인장강도를 증가시킵니다. 한계평형방법에 근거를 둔 프랑스방법(Schlosser, 1982)을 사용하였습니다.
- 파괴면 형상은 비원호 형태이고, 전체사면의 안정성에 대한 평가는 절편법을 이용합니다.
- 파괴 메카니즘은 Soil Nail의 인발 저항력과 항복 응력 중 작은 것을 선택하는 다음과 같은 혼합된 메커니즘을 사용하였다.
  - 지반의 전단 저항력에 대한 파괴 규준
  - 지반과 Soil Nail 사이에서 발생하는 마찰력에 대한 파괴 규준
  - Soil Nail에 작용하는 토압에 대한 파괴 규준
  - Soil Nail의 강도에 의한 파괴 규준
- 인장력(Tmax)과 전단력(Vmax)을 고려하는 Soil Nail은 Tresca파괴 규준에 따른 최대 소성일의 원리에 의해 계산되며, Soil Nail에 발생하는 최대 인장 저항력(Tmax)에 대한 전단력(Vmax)의 비는 가상 파괴면에 대한 Soil Nail 설치 경사 각도에 따라 결정됩니다.

## Tie Rod

### 재질에 따른 극한하중, 항복하중

- SWPC7A : 극한하중(1720 MPa) , 항복하중(1470 MPa)
- SWPC7B : 극한하중(1860 MPa) , 항복하중(1570 MPa)

### 단면

- Strand12.7x4EA : 7연선 12.7mm 강연선 x 4EA를 의미합니다.

### 허용인장력

- 설계옵션에서 정의한 강선의 허용인장력 산정조건이 표시됩니다.

#### 강선의 허용인장력

- 용도와 사용기간을 선택하면, 각 종류별 앵커의 극한하중, 항복하중 중 작은값을 취하여 허용인장력을 결정합니다.
- 설계 > 설계옵션 (바로가기)

## 설계결과

### 계산 및 계산서

- 계산 버튼을 클릭하여 단면검토 결과를 확인하고, 계산서를 클릭하여 해당 부재에 대한 설계계산서를 출력할 수 있습니다.

### 설계계산서 생성시 출력

- 체크 옵션을 통하여 설계계산서 생성시 해당 지보재의 결과의 출력유무를 설정할 수 있습니다.

### 시공단계별 결과 출력

- 체크 옵션으로 설계계산서 출력시 해당 지보재의 단계별 결과 계산서 출력유무를 설정할 수 있으며, 에서 출력할 시공단계를 선택하여 단계별 결과를 출력할 시공단계를 설정할 수 있습니다.

### 검토 항목별로 출력

- 체크 옵션으로 설계계산서 생성시 해당 지보재의 단계별 결과(검토항목별) 계산서의 출력유무를 설정할 수 있습니다.