개 요
구조물의 대형화와 복합화 경향에 따라 경제적이고 합리적인 최적 설계방안에 대한 요구가 증가하면서 신뢰성 분석을 기반으로 하는 한계상태설계법이 세계적인 추세가 되어가고 있다. 이는 경험적 연구를 통해 구축된 데이터베이스에 대한 신뢰성 분석을 통해 파괴확률 및 대응 신뢰도지수(reliability index)를 산정하고 이를 이용하여 구조물의 안전도를 정량적으로 평가함으로써 일관되고 경제적이며 효율적인 설계가 가능하기 때문이다.
이를 바탕으로 생성된 하중계수 및 저항계수를 적용하여 구조물의 지지력 및 침하량 등을 산정할 수 있으며, 도로교 설계기준에 제시된 타입말뚝과 현장타설말뚝 산정 기준을 바탕으로 통계적 신뢰도간 상호조합을 포함하는 확률론적 LRFD개념을 하부구조에 적용하여 말뚝지지력을 산정하고 검토할 수 있는 프로그램의 필요성에 따라 XPILE – LRFD Ver 1.0 For Windows! – 말뚝지지력 산정 및 해석 프로그램이 개발되었다. 도로교 설계기준에 기반을 둔 설계법은 허용응력설계법을 보완하고, 비용 대비 효과에 기초한 최적 설계 대안을 결정할 수 있는 장점이 있다. 구조물의 기초설계방법은 LRFD(하중저항계수설계법)이며, 신뢰성 개념에 기초하고 있고 설계변수와 관련된 불확실성을 합리적인 신뢰성이론 체계로써 정량화 한다.
원 프로그램은 한국건설기술연구원에서 기술이전을 받아 개발한 결과물이며 “이전기술” 은 연구개발결과로 획득된 “Foundation Reliability Analysis for Super Long Span Bridge(S/W 등록번호 C-2012-005282)” 과 “LRFD Piles(말뚝 하중저항계수설계 프로그램)(S/W등록번호 C-2014-005586호)” 이다.
주요 특징
2.1 프로젝트 관리 기능
프로젝트를 묶어 관리하여 추가, 수정, 삭제, 백업, 복원, 복사 등의 여러가지 기능을 수행한다. 추가, 수정, 삭제 기능을 이용하여 프로젝트의 파일 목록을 관리할 수 있으며, 복원, 복사, 백업 기능을 이용하여 프로젝트의 재사용 및 관리가 용이하다. 따라서 프로젝트간 이동이 가능하고, 그로 인해 편의성 및 공유성 그리고 사용성이 증대된다.
2.2 데이터베이스 관리 기능
반복작업이 주로 사용되는 번거로움이 있는 데이터는 데이터베이스화하여 관리한다. 이 프로그램에서는 지층물성 정보 및 말뚝 제원 정보를 데이터베이스화 하여 저장하고 추후에 재사용이 가능하도록 한다.
2.3 다양한 말뚝 해석 알고리즘 적용
말뚝의 해석방법을 선택하고 각각의 해석방법에서 요구되는 물성정보를 입력 및 수정하는 작업을 수행하는 대화상자이다. 좌측 상단의 타입말뚝과 현장타설말뚝 중 해석하고자 하는 말뚝 종류를 선택한 후 선택한 말뚝종류에 따른 해석방법을 결정할 수 있다. 타입말뚝 해석방법에는 α법, β법, λ법, SPT 법이 있으며, 현장타설말뚝 해석방법에는 CIP 법이 있다. 각 해석 방법에 따른 입력 사항과 지층종류에 따른 입력사항이 다르며 지층에 별도의 저항계수가 입력될 수 있고, 지지력을 계산하기 위해 필요한 여러 가지 계수들도 같이 입력이 가능하게 하여 사용자로 하여금 데이터를 편리하게 관리할 수 있다.
[그림] 말뚝 해석 방법
2.4 저항계수 산정
신뢰성해석 결과로 나온 저항계수를 산정할 수 있다. 즉, 신뢰성해석을 실시하여 목표파괴확률을 만족하거나 시도회수를 초과하게 되면 작업을 종료하게 된다. 이 경우 하중을 줄이거나 저항을 증가시켜서 시도회수 안에서 한계상태식이 만족하도록 한다. 하중의 증가는 하중값을 변경한 후 다시 실행하면 되고, 저항을 증가시키기 위해서는 토질정수를 증가시키는 방법이 있다. 또한 말뚝의 길이나 직경을 직접 변경하는 방법으로 저항을 증가시킬 수 있다.
2.5 보고서 출력 기능
프로젝트의 해석 결과 및 데이타를 레포트 형식으로 표시하는 대화상자이다. 상단의 여러 기능 버튼을 이용하여 페이지 설정을 할 수 있으며, .pdf 파일 형식으로 저장이 가능하고 출력이 가능하다.
프로그램 흐름도
3.1 전체 흐름도
XPILE – LRFD Ver 1.0 For Windows! – 말뚝 지지력 산정 및 해석 프로그램의 전체 흐름도이다.
3.2 저항계수 선정 흐름도
XPILE – LRFD Ver 1.0 For Windows! – 말뚝 지지력 산정 및 해석 프로그램의 저항계수 선정의 흐름도입니다.
주요 기능
4.1 프로젝트 관리
프로젝트를 묶어 관리하여 프로젝트의 재사용 및 관리를 용이하게 한다. 프로젝트에 대한 추가 수정 삭제 기능이 있어야하며 백업, 복사, 복원 등의 기능을 이용해서 다양한 방법을 통해 프로젝트를 관리할 수 있다.
4.2 프로젝트 정보
프로젝트 정보는 사용자가 작업할 현재 프로젝트의 기본적인 정보를 입력하는 대화상자이다. 입력항목으로는 공사정보, 작업정보 고객정보로 분류되며 각 항목에 대한 세부 정보가 존재한다.
4.3 지층 정보
현재의 프로젝트에 사용할 지층에 대한 물성정보를 입력할 수 있는 대화상자이다. 지층 물성 정보를 데이터베이스화하여 관리할 수 있어 편리한 지층 편집 환경을 제공하며, 지층의 색상을 그라데이션 색상으로 구성하여 다양한 방법으로 지층을 표기할 수 있다. 지층에 별도의 저항계수가 입력될 수 있고 지지력을 계산하기 위해서 필요한 계수들도 같이 입력이 되어야 한다.
4.4 기초 정보
말뚝을 배열하기에 앞서 우선 지반정보 위에 기초를 구성해야 하며 현 대화상자에서 기초의 크기 및 위치, 색상 그리고 재료의 속성값을 결정할 수 있다.
4.5 말뚝 정보
기초를 생성한 후 기초위에 말뚝 정보 및 말뚝 배열 정보를 구성한다. 말뚝 여유 폭 및 말뚝 길이, 말뚝 제원을 편집할 수 있으며, 지층 정보와 마찬가지로 말뚝 제원요소를 데이터베이스화하여 말뚝 정보 입력 시 편리하다. 말뚝반력과 변위량은 확대기초를 강체로 보고 확대기초의 변위를 고려한 탄성해석법으로 계산한다.
4.6 하중 정보
기초에 작용할 하중을 입력하는 대화상자이다. 하중정보 및 상세정보를 편집할 수 있으며, 하중은 축방향 하중과 2방향의 횡하중과 모멘트로 구성된 총 5개의 하중을 고려하여 입력한다.
4.7 해석 정보
말뚝기초 해석에 필요한 정보를 입력하는 대화상자이다. 말뚝의 종류 및 토질특성에 따른 해석방법 그리고 해석방법에 따른 추가적인 토질 물성치를 입력할 수 있다. 자동계산이 가능한 부분이 있으므로 구분하여 입력하도록 한다.
4.8 해석 실행
말뚝지지력 해석을 수행할 수 있는 대화상자이다. 좌측에는 해석에 필요한 물성치들이 입력되어 있으며, 편집할 내용이 없으면 해석작업을 수행한다. 화면 중앙에는 해석 수행 내역이 표시된다.
4.9 보고서 출력
보고서를 확인, 저장 및 출력할 수 있는 대화상자이다. 상단의 기능 버튼들을 이용하여 페이지옵션을 설정할 수 있으며, .pdf 형식으로 파일을 저장할 수 있다.
4.10 신뢰성 해석
앞서 입력된 말뚝 데이터 및 축방향 지지력에 대한 신뢰성 해석 작업을 수행한다. 프로그램 내부에서 자동으로 계산되는 값을 제외한 나머지 사항을 입력한 후 해석을 실행한다.
4.11 해석 결과 (2D)
해석을 완료한 후 말뚝으로 분배된 하중과 변위 등을 확인할 수 있는 대화상자입니다. 화면 우측에는 분배된 하중과 변위를 확인할 수 있는 데이터가 존재하고, 화면 좌측에는 최대 및 최소값의 분포가 범례형태로 나타나 있다. 중앙에는 해석결과가 2D 형식으로 보여진다.
4.12 해석 결과 (3D)
입력된 말뚝 정보를 3D 화면으로 출력하여 말뚝 입력 정보를 3차원으로 확인 수 있으며, 3D화면 우상단에는 나침반이 있어 3D화면에 있어서 방위나 기준축에 대한 회전량도 표시가 가능하다.
4.13 설정
프로그램 전반의 작업사항을 설정하는 대화상자이다. 메인화면에 도시되는 격자 및 층상정보 등의 축척 및 색상 등의 기본적인 정보를 설정할 수 있다.
4.14 업데이트
프로그램의 업데이트 작업을 담당하는 대화상자이다. 프로그램이 업데이트된 경우 프로그램 내부에서 업데이트 작업을 진행한다. 업데이트는 유지보수기간 내에만 가능하며 진행 중인 프로젝트를 닫아야 실행이 가능하다.
4.15 3차원 가시화
입력된 지층의 층상정보를 화면상에서 3D로 표현한다. 해석결과를 3D화면으로 출력할 수 있다.또한 메인화면 상에 층상정보와 함께 표시되는 조명, 카메라 위치 등의 세부정보를 설정할 수 있다.
고객지원
XPILE – LRFD Ver 1.0 For Windows! 말뚝 지지력 산정 및 해석 프로그램의 고객지원은 토목 전문 사이트 [ 건설엔지니어링그룹 : http://www.ceg4u.com ]를 통하여 다양한 형식의 고객지원을 수행한다. 단순한 고객지원을 하는 체계가 아닌 이 해석 데이타를 이용하여 이루어지는 각종 공학적인 문제를 해결할 수 있는 고객지원이 될 수 있도록 되어 있다.
사용환경
① 개발언어 : Delphi XE7 + Visual Studio 2010
② 개발운영체제 : Windows 8
③ 개발 그래픽 해상도 : 1280 X 1024
④ 사용가능 운영체제 : Windows 호환운영체제(XP, Vista, 7, 8, 10)
⑤ 사용가능 그래픽 해상도 : 최소 1280 X 1024 이상, 권장 1280 X 1024
참고자료
제품에 대해 더 자세한 사용방법을 알고 싶은 분은 아래의 자료을 다운받아 사용하시기 바랍니다.
