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초고층 건물과 인접지하구조물의 SSI 해석을 통한 수치해석 프로그램 비교 연구
A comparative study on the numerical analysis program by SSI analysis of a high-rise building and an adjacent underground structure 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.21 no.2, 2019년, pp.211 - 225  

유광호 (수원대학교 건설환경공학과)

초록
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최근 우리나라 전 지역에서 지진이 발생하고 이에 각 분야에서의 내진해석 연구가 활발히 진행되고 있고 지반을 고려하는 SSI 해석 연구 또한 지속적으로 수행되고 있다. 하지만 지반을 고려한 대부분의 기존 동적해석의 경우, 수치해석 방법에 따른 건물의 동적거동에 대한 비교 분석이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 초고층 건물을 대상으로 유한요소 프로그램인 MIDAS GTS NX와 유한차분 프로그램인 FLAC 2D를 사용하여 동적해석을 수행하고, 결과를 비교 분석하고자하였다. 연구 결과, 건물 지상 및 지하부의 휨응력의 경우 최대 압축 및 인장 모두 MIDAS GTS NX가 FLAC 2D보다 다소 크게 발생하였지만, 최대 수평변위값 및 분포양상, 취약부의 위치는 유사하게 나타났다. 따라서 동적해석을 위해 사용자의 편의에 따라 유한요소법이나 유한차분법에 근거한 프로그램 중 어느 것을 사용해도 차이가 없음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, earthquakes have occurred throughout the entire region of Korea and seismic analysis studies have been actively conducted in various fields. SSI analyses studies considering ground have been carried out consistently. However, few comparative analyses have been performed on the dynamic beha...

주제어

표/그림 (13)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 수치해석 기법의 따른 두 프로그램의 SSI 동적해석에 대한 신뢰성을 검증하고자 하였다. 이를 위해 동일한 해석 파라미터인 대상건물, 지반조건, 지진파 특성을 사용하여 각 프로그램별로 SSI 동적해석을 수행하고 결과를 비교 ‧ 분석하였다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 초고층 건물과 인접지하구조물이 RC 구조물로 시공되었다고 가정하였다. 따라서 콘크리트 표준시방서(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2016)에서 제시한 고강도 콘크리트의 설계기준강도 (σck )가 40.
  • 0을 적용하였으며, 지반구성 모델로mohr-Coulomb 파괴기준을 적용하였다. 한편, 동일한 재료나 서로 다른 재료간의 접촉을 모사하기 위해 경계요소(interface element)를 고려해야하나, 본 연구에서는 지반과 구조물이 일체로 거동하는 것으로 가정하여 고려하지 않았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
모드중첩법이란 무엇인가? 유한요소법은 미분방정식의 해를 계산하는 수치해석 근사해법으로, 미분방정식을 연립대수 방정식으로 변환하여 운동방정식을 구하게 되는데, 이를 위해 모드중첩법 (Mode Superpositionmethod)이나 직접적분법(Direct Integrationmethod)을 이용된다. 모드중첩법이란 각 모드별로 해석을 수행하여 응답을 더하는 방법으로, 제한된 자유진동모드만을 사용하여 대형 구조물의 동적 거동을 정확하게 나타낼 수 있을 때 효과적으로 사용할 수 있다(Kim, 2013). 반면에 직접적분법은 전체 해석영역의 자유도를 미지수로 하는 시간이력해석으로, 전체 자유도에 대한 동적 평형방정식을 시간에 따라 점진적으로 적분하여 해를 구하는 방법이다.
유한차분법과 유한 요소법의 유사점과 차이점은? 유한차분법에 근거한 대표적인 수치해석 프로그램으로 FLAC (Fast Lagrangian Analysis of continua) 2D가있다. 지반 및 구조물을 각 절점에 연결된 요소인 연속체로 간주한다는 점에서 유한요소법과 유사하나 미지수를 구하는 방법에 대해 차이점이 있다. FLAC 2D는 운동방정식의 해를 구하기 위해 직접 적분값을 구하는 방법인 직접적분법을 이용한다.
수치해석 방법의 종류에는 어떠한 것이 있는가? 최근 경주, 포항뿐만 아니라 우리나라 전 지역에서 지진이 발생하고 이에 건축 및 모든 분야에서 많은 내진연구 및 해석이 수행되고 있다. 일반적으로 지반-구조물 상호작용(Soil-Structure Interaction, SSI)을 고려한 동적해석 시 적용 가능한 수치해석 방법의 종류에는 유한요소법과 유한차분법, 경계요소법 등이 있다. 국내 실무에서 많이 사용되는 지반 범용 해석프로그램으로는 유한요소법에 기초를 둔 mIDAS GTS NX와 유한차분법에 기초를 둔 FLAC 프로그램이 있다.
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