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제안 방법
- 구조해석에 필요한 물성치는 현장측정자료와 설계자료를 이용하였으며, 하중조건은 에서 보는 바와 같이 유체의 압력하중과 수문에 의해 피어에 전달되는 힘의 하중조건을 구조해석 요소에 직접 작용하중으로 적용하였다.
- 구조해석은 댐체 구조해석과 수문 구조해석을 각각 수행하였으며, 구조해석을 수행하기 위하여 설계도면을 기초로 와 같이 각각의 구조해석 모델을 작성했다.
- 댐체 구조해석은 이상홍수가 유입되어 월류가 발생할 때 댐체에 작용하는 유수압을 외력조건으로 사용하게 되며, 수문 및 댐체에 작용하는 유수압을 계산하기 위하여 3차원 유동해석을 통하여 계산하였다. 유동해석에 필요한 경계조건은 수문분석과 저수지 홍수추적을 실시하여 상류부 경계조건을 계산하고, 1차원 수리해석 모형인 HEC-RAS를 이용하여 하류 경계조건을 계산하였다.
- 또한 전달하고자 하는 물리량의 선택에 있어서도 올바른 물리량을 선택하여 적절한 값이 용이하게 전달할 수 있도록 다음의 과 같은 과정의 프로그램을 개발하였다.
- 모의에 필요한 3차원 지형모델링은 Solid Edge와 GIS를 이용하여 완성하였으며, 초기조건은 사하류부 수위차를 고려하여 가장 빨리 수렴할 수 있는 가상 수면형상을 입력하고, 계산시간은 정상상태의 유동을 얻기 위해 400초 이상 해석을 실시하였다.
- 수문구조해석을 수행하기 위하여 PMF 시 수문개도 18m 조건의 유동해석을 별도로 수행하였으며, 그 결과로부터 수문의 스킨플레이트에 작용하는 압력을 구하여 구조해석을 수행하였다. 모의 결과는 <그림 8>과 같으며, 응력분포 및 변형량 분포를 나타내는 것으로 하류에서 바라본 그림을 나타낸다.
이론/모형
- 3차원 구조해석에는 FEM기법을 사용하는 ABAQUS 모형을 사용하였다. 3차원 유동해석 결과를 구조해석 데이터로 활용하기 위해서는 모델링한 지형데이터가 일치하여하므로 수리해석에서 모델링한 CAD 데이터를 변환하여 사용할 수 있어야 한다.
- 3차원 유동해석에 FVM기법을 사용하는 FLOW-3D모형을 사용하였다. FLOW-3D모형은 자유수면을 가지는 3차원 수리해석에서 FLUENT 등의 CFD 프로그램보다 해석 결과의 신뢰도가 우수하며, 소양강댐, 영천댐등 댐의 여수로 모의에서 수리모형실험과 비교하였을 때 유사한 결과를 보여주고 있어 본 과업와 같이 댐의 월류상황을 모의하기에 가장 적합한 것으로 판단된다.
- 댐체 구조해석은 이상홍수가 유입되어 월류가 발생할 때 댐체에 작용하는 유수압을 외력조건으로 사용하게 되며, 수문 및 댐체에 작용하는 유수압을 계산하기 위하여 3차원 유동해석을 통하여 계산하였다. 유동해석에 필요한 경계조건은 수문분석과 저수지 홍수추적을 실시하여 상류부 경계조건을 계산하고, 1차원 수리해석 모형인 HEC-RAS를 이용하여 하류 경계조건을 계산하였다.
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