개 요
1. 연구의 배경 및 목적
▪ 지반조사 결과를 2차원 형태의 자료로 기술자들이 분석 및 처리를 수행함에 있어 전체적인 지반형상을 가시화하지 못하여 업무처리에 어려움이 발생함.
▪ 또한, 지반조사 결과를 이용하여 구조물 기초 설계를 수행함에 있어 독립적으로 이루어지는 작업으로 상호 보완하여 분석하는데 어려움이 발생하였다.
▪ 이에 사내에서 영업직기술자 또는 현장기술자로 하여금 지반조사 결과를 3차원으로 가시화하고 간단한 구조물의 지지력과 침하량, 예상심도 등을 예측하기 위한 프로그램을 개발하는 것으로 함.
2. 연구개발 범위
▪ 본 연구의 지반조사 결과를 3차원으로 가시화하고 직접기초 및 말뚝기초와 같은 구조물 기초 해석을 수행하고 그 결과를 지반조사 결과와 통합하여 구조물 기초 형상을 가시화 시키는 것으로 함.
주요사항
1. 지반조사 3차원 가시화
지반조사 결과를 3차원으로 가시화를 수행하기 위해서는 시추공의 좌표 또는 지표면에 대한 수치지도를 사용하여 지표면의 가시화를 수행하여야 하며 시추주상도의 좌표를 삼각망알고리즘을 사용하여 각 지층별로 등고선을 작성하고 생성된 3차원 좌표를 이용하여 인접지역에서의 주상도 좌표를 보간하여 추정하며 선택단면에 대한 대표 단면을 생성할 수 있는 기능을 구현한다.
① 수치지도 또는 CAD 지표면 데이터를 사용한 지표면 가시화
② 탄성파 탐사 등 기타 조사 자료에 대한 가시화 기능
③ 지층별로 등고선을 작성
④ 대표단면 생성기능
2. 직접 기초 설계
지반조사 결과를 이용하여 Terzaghi, Meyerhof, Brinch Hansen 등의 한계평형법, 표준관입시험 등의 경험적 방법 및 Bell식, Bowles 제안식 등의 암반지반에 대한 지지력 계산과 Hooke의 법칙, Vesic에 의한 방법 등의 탄성이론에 의한 방법 및 Terzaghi-Peck, AASHTO 제안식 등에 의한 침하량 계산을 수행한다.
① 직접기초에 대한 지지력 계산
② 직접기초에 대한 침하량 계산
3. 말뚝 기초 설계
정역학적 지지력 공식, SPT를 이용한 경험적 방법, Meyerhof 공식 등 이론 및 반경험적인 방법을 이용하여 말뚝 기초에 대한 연직 및 수평지지력과 반 경험적 방법에 의한 침하량 및 경험적 방법에 의한 침하량, Haefeli법 등에 의한 침하량을 산정한다.
① 시공방법으로 항타 말뚝, 매입말뚝, 현장타설말뚝
② 일반적인 계산식에 의한 연직지지력 계산
③ 말뚝에 대한 수평지지력 계산
④ 말뚝의 침하량 계산
⑤ 군말뚝에 대한 간략한 지지력 검토
⑥ 상세 설계를 위한 연직 및 수평지지력 계산 프로그램 연결
(XPile PLUS, BCAP 말뚝기초 해석 프로그램)
4. 물량산출 및 보고서 작성
지반조사 분석 결과를 이용하여 계획 지반면에 대한 절토 및 성토량을 산정하고 직접 및 말뚝 기초 설계 결과 산출되는 굴착, 되메우기, 콘크리트, 철근량을 산출하고 각 결과에 대한 해석결과를 출력한다.
① 물량산출
② 보고서 작성
5. 구조물 기초 해석결과를 지반조사 3차원 가시화 결과와 통합구현
지반조사 3차원 가시화 결과 및 계획 지반면에 대한 절토 및 성토단면생성, 기초 해석결과에 의한 기초 형상 및 말뚝 배치를 3차원으로 가시화한다.
① 입력결과 3차원 가시화
② 해석결과 3차원 가시화
수행방법
지반분석 및 기초해석 3D S/W 개발은 요구사항을 분석한 결과 크게 지반조사 3차원 가시화, 직접 및 말뚝기초 지지력 해석, 물량 산출 및 보고서 작성, 구조물 기초 해석결과를 지반조사 3차원 가시화 S/W와 통합으로 구분할 수 있고, 연구범위를 세분화 하여 각 항목별로 다음과 같이 정리하였으며 항목별로 연구를 수행하였다.
(1) 지반조사 3차원 가시화
(2) 직접 기초 설계
(3) 말뚝 기초 설계
(4) 물량 산출 및 보고서 작성
(5) 구조물 기초 해석결과를 지반조사 3차원 가시화 S/W와 통합하여 구현
연구성과
1. 지반조사 3차원 가시화
지반조사 결과를 3차원으로 가시화를 수행하기 위해서는 시추공의 좌표 또는 지표면에 대한 수치지도를 사용하여 지표면의 가시화를 수행하여야 하며 시추주상도의 좌표를 삼각망알고리즘을 사용하여 각 지층별로 등고선을 작성하고 생성된 3차원 좌표를 이용하여 인접지역에서의 주상도 좌표를 보간하여 추정하며 선택단면에 대한 대표 단면을 생성할 수 있는 기능을 구현한다.
(1) 지반모델링
(2) 수치지도/CAD 지표면 데이터를 사용한 지표면 가시화
(3) 계획 지반고를 이용한 굴착기능
(4) 삼각망 알고리즘 구현
(5) 기타 3차원 가시화 기능
2. 직접 및 말뚝기초 설계
직접 및 말뚝 기초에 대한 지지력/침하량 계산 및 수량산출/보고서 출력기능을 구현
(1) 기초 및 그룹 관리
기초에 대한 설정 및 각 기초를 그룹으로 지정하여 생성한 기초의 형상을 그룹별로 관리할 수 있고 이에 대한 배치형태를 확인할 수 있다.
(2) 기초형상 생성
직접기초 및 말뚝기초를 설계하기 위해서는 먼저 기초의 형상을 생성하여야 하며 기초의 형상 생성에서는 Footing, Pedestal의 크리 및 작용하중을 입력한다.
(3) 직접기초 설계
직접기초 설계는 Soil, Rock에 대한 각 종 지지력과 침하량 산정공식을 사용하여 허용지지력을 계산하며 계산된 결과에 대하여 수량산출 및 보고서 작성을 수행한다.
(4) 말뚝기초 설계
말뚝기초 설계는 각 종 지지력과 침하량 산정공식을 사용하여 허용지지력을 계산하며 계산된 결과에 대하여 수량산출 및 보고서 작성을 수행한다.
3. 구조물 기초 입력 및 해석결과 3차원 가시화
설계 계획면 및 절성토 분석결과와 기초형상 생성결과 및 말뚝해석 결과를 3차원 가시화를 구현한다.
(1) 구조물 기초형상 및 말뚝해석 결과
기초형상 생성항목에서 구조물 기초를 만들고 각 종 데이터를 입력한 후 해석을 수행한 결과 생성된 말뚝배치 및 구조물 형상을 3차원 가시화를 구현
(2) 설계 계획면 및 절성토 분석결과
설계 계획면을 입력한 후 설계 계획면을 기준으로 절토와 성토부분을 분석한 후 결과를 3차원 가시화를 구현
SAFE의 주요기능
SSAFE 프로그램(SAMSUNG Soil Analysis Foundation Engineering, SSAFE Ver 1.0 For Windows !)은 지반조사 3차원 가시화 및 구조물 기초 해석 S/W로 지반조사 결과를 2차원 형태의 자료로 기술자들이 분석 및 처리를 수행함에 있어 전체적인 지반형상을 가시화하지 못하여 업무처리에 어려움이 발생하고 있는 실정이며 또한 입찰 설계 시 지반조사 결과를 3차원으로 가시화하고 간단한 구조물의 지지력과 침하량 등을 예측하기 위하여 개발되었다.
SAFE는 지반정보를 3차원으로 가시화할 수 있는 메인화면과 각 종 환경설정, 지층정보, 기초형상, 직접 및 깊은 기초에 대한 지지력을 산정할 수 있는 항목으로 구성되어 있다.
1. 초기화면
화면은 정보트리, 화면(뷰), 메뉴, 제어판으로 구성되어 있다. 세부적인 화면구성은 다음과 같다.
2. Config Information Setting
수행할 프로젝트에 대한 정보를 저장할 디렉토리를 지정하고 생성할 수 있는 기능을 수행한다.
3. Project Information Management
프로젝트 정보관리 대화상자에서는 현재 사용할 프로젝트에 대한 정보를 수정, 삭제 및 추가할 수 있는 기능뿐 만 아니라 새로운 프로젝트를 생성하고 기존 프로젝트에 대한 정보를 관리할 수 있는 기능을 수행한다.
4. Analysis Config Data
현재의 프로젝트에 사용할 설정내용, 성토체에 대한 정보, 입력방식 설정 등 기본적인 정보를 입력한다.
5. Geotechnical Information
현재의 프로젝트에 사용할 지증에 대한 기본정보, 지층정보, SPT 데이터, Rock Data, CPT Data를 입력하여 지반정보 분석 및 기초해석에 사용할 기본적인 정보를 입력한다.
6. Foundation&Group Setting
프로젝트에 사용되는 각 종 기초에 대한 정보를 입력하고 이에 대한 정보를 관리하며 기초에 대한 해석을 수행할 수 있는 역할을 수행한다.
7. Foundation Shape Create
프로젝트에 사용되는 기초의 Footing Pedestal에 대한 형상을 지정하는 역할을 수행한다.
8. Direct Foundation Analysis
직접기초에 대한 지지력 및 침하량 해석을 수행하는 대화상자이며 주 내용은 흙과 암반에 대한 지지력 및 침하량에 대한 산정식을 설정하고 각 종 지반 특성 계산을 수행한다.
9. Deep Foundation Analysis
깊은기초에 대한 지지력 및 침하량 해석을 수행하는 대화상자이며 주 내용은 흙과 암반의 지지력 및 침하량 산정식을 설정하고 각 종 지반특성계산을 수행한다.
2.10 Foundation Consolidation Analysis
기초가 위치할 하부지반에 프리로딩 등의 성토에 대한 하중이 작용할 경우 연약한 지반일 경우에 압밀침하량 계산을 수행한다.
참고자료
개발 관련 세부내용은 아래의 문서를 다운로드하여 참고하시기 바랍니다.
