S U N E X

elasto-plastic analysis of

Step UNderground EXcavation

段階別 地下掘鑿에 대한 彈塑性解析 프로그램

사   용   법   설   명   서

(10th Edition for Ver w5.73)

(SI Version)

2006. 7.

2

0

0

6

・

7

(주)

지

오

그

룹

이

엔

지

Data 지시어 일람표

[  ] 생략가능

{A∣B∣C} 선택

(  ) 생략시 내정치

Page   <MODEL DATA>

2 - 6  PROJECT    projectname

2 - 6  [ UNIT  {m|SI} ]

2 - 6  SOIL    soil no.    soilname

[depth]  γt  γsub  C(top)  φ(top)  Ks(top)  C(bot)  φ(bot)  Ks(bot)

(Ctop)  (φtop)  (Kstop)

Cbot = -1 이면  다음 soil 의   Ctop  φtop  Kstop

Profile Data 가 별도로 입력될때 depth 는 생략

2 - 7  [ PROFILE  prof.no.  depth  act.soil  pas.soil ]

2 - 9  VWALL  vwall-no.  depth  area  i  e [space](1.0) [pwidth](1.0) [awidth](1.0) [Myield]

2 - 12 [ STRUT strut-no.  depth  area  [length](10.0)  [space](1.0)  [Pini] [loss] [dini] [RKangle] ]

2 - 15 [ ANCHOR anchor-no. depth  area  [angle] [length](10.0) [space](1.0) [Pini] [loss] [dini] ]

2 - 17 [ SLAB   slab-no.  depth  thickness  length ]

2 - 17 [ WALL  wall-no.  depthtop  depthbottom ]

2 - 17 [ DIVISION  division ]

2 - 19 [ MINKS  minks ]

2 - 19 [ POINT  {PLUS∣MINUS} {ALL∣깊이1 [깊이2] [깊이3] ...} ]

2 - 20 [ NO-ECHO ]

2 - 20 [ OUTPUT  outputoption(0) ]

<STEP DATA>

2 - 21 STEP   [step-no.] [stepname]                           (변) : 변경할때만 입력

2 - 21 (변)   [ OUTPUT  output-option(0) ]                   (추) : 추가할때만 입력

2 - 21 (변)   [ BOTTOM  {free∣hinge∣fix} ]                   (입) : 입력된 STEP 에서만 적용됨

2 - 22 (변)   [ RANKINE  a(1.0)  b(0.0)  friction ]

2 - 22 (변)   [ COULOMB  a(1.0)  b(0.0)  friction ]

2 - 24 (변)   [ PECK   k(0.65)  a  c  Σγ・h(overburden)  hbar(0.5) ]

2 - 26 (변)   [ PECK1  k1(0.25)  a  c  Σγ・h hbar(0.5) ]

2 - 26 (변)   [ PECK2   k(0.65)  a  c  Σγ・h(overburden)  hbar(0.5) ]

2 - 26 (변)   [ EARTH PRESSURE  d1  p1  d2  p2 ...... dn  Pn ]

2 - 27 (변)   [ SLOPE  angle  length]

2 - 28 (변)   [ PROFILE CHANGE  profile-no.  active-soil-no.  passive soil-no. ]

2 - 28 (변)   [ GWL  agwl(vwall-depth)  [pgwl](exca-depth)  [unit](1.0) ]

2 - 29 (변)   [ WATER PRESSURE  y1  p1  y2  p2  y3  p3 ]

2 - 30 (추)   [ SURCHARGE  actsur [passur] ]

2 - 30 (추)   [ LOAD  depth  x1  p1  x2  p2 ]

2 - 31 (추)   [ LOAD2  depth  x1  p1  x2  p2 ]

2 - 32 (추)   [ PRESSURE  y1  p1  y2  p2 ]

2 - 32 (변)   [ MINIMUM ACTIVE  actmin ]

2 - 33 (변)   [ EXCAVATION  exdepth ]

2 - 33 (변)   [ ARCHING  act  pas ]

2 - 36 (추)   [ VOID voidprno ]

2 - 36 (변)   [ FILL  act.filldepth  act.fillsoilno.  pas.filldepth  pas.fillsoilno. ]

2 - 38 (추)   [ CONSTRUCTION  {STRUT∣ANCHOR∣SLAB∣WALL} no. ]

2 - 38 (추)   [ GAP  gap ]

2 - 38 (추)   [ EGAP  es ]

2 - 38 (변)   [ REMOVE  {STRUT∣ANCHOR∣SLAB} remove-no. ]

2 - 40 (입)   [ DEPTH CHECK ]

2 - 41 (입)   [ GROUND SETTLEMENT ]

2 - 42 (입)   [ SLIP anchor no., slip]

<END>

目             次

제 1 부  프로그램 使用法 .................................... 1 - 1

1. Program 의 紹介  ....................................................................................... 1 - 2

2. Program disk 와 提供 內容  ................................................................... 1 - 18

3. 實行準備 (최초 작업시만 시행)  ............................................................. 1 - 19

4. Program 의 實行  ....................................................................................... 1 - 24

제 2 부  Data 作成法 ................................................... 2 - 1

1. Data 作成上의 一般的인 事項  ............................................................... 2 - 2

2. Data 의 構成  ............................................................................................. 2 - 4

3. Model data 의 作成法  ............................................................................. 2 - 6

4. Step data 의 作成法   .............................................................................. 2 - 21

제 3 부  Program Flow Chart ................... 3 - 1

제 4 부  계산예 ........................................................................ 4 - 1

제 5 부  Data 作成時의 參考資料 ...... 5 - 1

제 1 부  프로그램 使用法

제 1 부  프로그램 使用法

1. 프로그램 紹介

1.1  Program 의 槪要

본 Program 은 탄・소성 Beam・Spring Model 로서 段階別 掘鑿과 支保工에 따른 흙막이 벽의 변위, 전단력, 휨 모멘트 및 지보공의 축방향력을 계산한다.

기본구조 Model

본 Model 에서 하중과 변형에 대한 기본식은 다음과 같이 표시된다.

d4x     A・E'

EI	□□□□□□ +	□□□□□□□・x = Pi - Ks・x

dy4       L

여기서   E  :  흙막이 벽체의 탄성계수

I  :  흙막이 벽체의 단면 2차 Moment

A  :  지보공의 단면적

E' :  지보공의 탄성계수

L  :  지보공의 길이

Pi :  초기토압 (주로 정지토압이 사용됨)

Ks :  지반의 수평방향 지반반력계수

x  :  깊이 y 지점에서의 벽체의 x 방향변위이다.

(수압 및 기타하중에 의한 변위 포함)

굴착심도 이상부분 및 굴착심도 이하 부분에서의 변위와 탄소성 관계는 각각 다음 그림과 같다.

굴착면 이상 부분의 지반 Spring 거동

굴착면 이하 부분의 지반 Spring 거동

식의 좌변에서 보이는 바와 같이 계산초기에 작용시킨 토압 Pi 는 벽체의 변위에 1 차적으로 비례하여 증감된다.  그러나 이 토압은 “변위 - 탄소성관계” 그림에서 보는바와 같이 주동토압과 수동토압의 범위 (최소 및 최대한계치) 이내에 있어야 하며, 그 범위를 벗어나는 변위가 발생할때는 토압은 한계토압으로 되고 지반 반력계수를 0 으로 한후 반복계산이 계속된다.  그전 반복계산시의 토압과 현재 계산시의 토압의 차이가 미리 정해둔 오차 이내일때 계산을 종료한다.

탄소성 해석에서의 기본 원칙과 가정은 다음과 같다.

① 지보공 설치지점의 수직벽에는 지보공의 수평간격, 단면적, 길이, 설치각도 및 재료의 탄성계수로 구해지는 탄성 Spring 지점이 부가된다.

A・E

Ksupport  =	□□□□□□□□□□ × cos(θ)

L・Space

② 위의 지보공에 대한 탄성지점은 그 지보공이 설치될 때 이미 발생되었던 변위량에 해당하는 선행변위를 가지는 것으로 고려된다.

③ 각 굴착단계에서 작용토압은 계산초기에 정지토압을 작용시키고 토류벽체의 변위에 1 차 비례하여 수정된다.  그러나 다음과 같은 한계를 넘지 않는다.

초기토압 : Pi

수정토압 : Pi ± Ksoil × Displacement

한계토압 : 주동토압 ≤ 토압 ≤ 수동토압

위의 범위를 벗어나는 조건이 될 때 토압은 한계토압으로 되며 지반의 Spring 상수는 → 0 으로 된다.

탄・소성법에서의 변위와 토압

1.2  Program 의 特性

본 Program 은 사용자가 사용하기에 편리하도록 주안점을 두고 다양한 地盤條件 및 하중조건을 入力할 수 있도록 유연성이 있게 하였으며 주요 특징은 다음과 같다.

1) 같은 土層 내에서도 깊이별로 물성의 변화가 가능하다 (C, φ, Ks).

2) 굴착측과 배면측의 지반의 물성이 달라도 가능하다.

3) 굴착깊이, 토층의 수, 굴착단계의 수, 지보공의 수, 부재의 분할수등에 제한이 없다.

4) 다양한 과재하중, 측압의 적용이 가능하다.

5) 정수압 뿐만 아니라 특수한 형태의 수압의 적용이 가능하다.

6) Rankine, Peck 土壓 및 임의의 토압적용이 가능하다.

7) 지반이 수평이 아니고 경사진 경우를 계산할 수 있으며, 벽체와 지반과의 마찰을 고려할 수 있다.

8) 土壓의 최소치를 규정할 수 있다.

9) 支保工의 설치시는 그 전단계에서의 變位를 초기변위로 하여 다음 단계 계산에 적용된다.

10) Strut 에 가하는 초기하중 (Jack 압축력) 적용방법이 개선되었다.

11) 반복계산에 의하여 지반의 소성상태 여부를 Check 하여 토압및 Spring 상수를  보정한다.

12) 흙막이 벽에 대하여 최대 저항 소성 Moment (Myield) 를 입력하면 반복계산에 의하여 흙막이벽에 대하여도 탄・소성 해석 (소성 Hinge 법) 을 수행한다.

13) 지반의 소성변위가 고려된다 (Option).

14) 굴착후 벽체 및 Slab 의 타설, 지보공의 해체 과정도 계산할 수 있다.

15) 지표면의 침하가 Caspe 방법으로 계산된다.

16) 入力 data 는 특별한 서식에 구애 받지 않는다 (Free Format).

17) 매 해석단계 마다 계산결과 토압, 변위, 전단력 및 Moment 가 화면에 Graphic 으로 나타나므로 계산과정을 Check 할 수 있으며, 필요에 따라 계산을 중지시킬 수 있다.

18) 계산결과 매 단계별 토압, 변위, 전단력 및 Moment Graph 를 Printer 로 출력할 수 있다.

1.3  Hard - Ware 의 構成要件

본 프로그램에서는 다음과 같은 Hard Ware 가 필요하다.

항 목	최 소 사 양
CPU	IBM 486 이상
OS	Windows 95' 이상
Printer	Windows 호환 기종
Monitor	VGA Color
Main Memory	16MB이상
파일 편집용 Editor Program	NotePad.exe(메모장), Write.exe(워드패드)

1.4  Revision Record

1) Ver 1.0 (1991. 7. 23)

2) Ver 2.1 (1991. 8.  4) ...... 입력서식수정

3) Ver 2.2 (1991. 8. 19) ...... 수행속도개선, Laser Printer 로 Graphic 출력 Strut 의 초기

하중적용법 개선.

4) Ver 2.3 (1991. 10. 5) ...... Strut 및 Anchor 의 초기하중에 손실을 감안할 수 있도록함.

Menu 를 사용하기 쉽도록 보완함.

5) Ver 2.3     91. 10. 18

Graphic Plot Routine 을 별도 Program 으로 분리하였으며 Source 도 공개함.

SXPQ.EXE : QNIX Laser Pringter 용 (Source SXPQ.BAS)

SXPH.EXE : HP Laser Pringter 용   (Source SXPH.BAS)

위 2 File 중 해당 Printer 에 맞는 Program 을 SXP.EXE 로 복사하면됨.

(예.  QNIX Printer 일 경우  >COPY SXPQ.EXE SXP.EXE)

6) Ver 2.3     91. 11. 8

Peck 토압시 K 생략시 0.65, hbar 생략시 0.5 가 되도록 Manual 에는 되어있으나 그렇게 되지않던 Program 과오를 수정하였음.  (조언 : 박콘건설, 박완근)

7) Ver 2.31    92. 1. 10

Strut 와 Anchor 중간점 (대략 Moment 최대점) 도 Output 되도록함.

8) Ver 2.31    92. 2. 7

Slab 와 Slab 중간점도 출력되도록함.

9) Ver 2.32    92. 2. 12

Slab 도 Remove (해체) 할 수 있도록함.  계산결과 어떤 단계에서 인장을 받는 Slab 가 있을때 (실제로 인장에 저항하지 않으므로) Remove 할 수 있도록 함.

(예. REMOVE SLAB 1)

10) Ver 2.32    92. 2. 13

Graphic Board 의  종류를  Program 내에서 자동으로 인식할 수 있게 하였음. 사용 가능 Graphic Board (VGA, HERCULES)

11) Ver 2.33    92. 2. 14

Rankine 토압으로 계산후 Peck 토압으로 Check 시는 각 지보재의 초기 변위를 0으로 재설정한 후 계산 하도록함.  (조언 : 동양종합기술공사, 신정범상무)

12) Ver 2.33    92. 2. 14

Water Pressure 도 입력되고 gwl 도 입력될때 Plot 시 지하수위를 Water Pressure 입력 최상단지점에 표시 되도록함.  (조언 : 박콘건설, 박완근)

(지하수위를 gwl 로 표시할 경우 수위가 하강한 것으로 보이므로 수정 하였음)

13) Ver 2.33    92. 2. 17

HP Printer 에서 Shear & Moment plot 2장에 찍는 현상 수정.  (조언 : 금전토목 최준성, 한양대학교 조도성 대학원생)

14) Ver 3.0     92. 3. 3

ⓐ 작용토압을 등가절점력으로 변환하는 방법을 바꿈.

ⓑ Matrix 방정식의 해석방법 개선

□□□□

종래에는 √    계산이 포함되는 Cholesky 방법을 사용함으로서 계산횟수가 많고 절단오차가 커서 Slurry Wall 과 같이 벽체 강성이 지반이나 지보공에 비하여 대단히 클 경우 계산의 안정성 (Stability) 이 적었으나 Gauss 소거법을 사용하여 안정성을 높임.

(평원엔지니어링 이상훈 대리 조언, 새길엔지니어링 주재건 이사 Subroutine 제공)

15) Ver 3.1     92. 3. 9

탄소성 해석 방법을 개선함.  (조언 : 단국대학교 진승범 대학원생)

굴착면 이상 부분은 주동측의 지반만 있으며 당초와 변경없음.

굴착면 이하 부분은 굴착측과 배면측의 지반에 대하여 종래에는 간략화된 방법을 사용하였으나, 배면측지반 Spring 과 굴착측 지반 Spring 각각에 대한 탄소성 Check 와 소성상태에 다다랐을때의 한계토압을 산정하도록 하였음 (수렴속도도 빨라져 대부분 5 회 이내에서 수렴됨).

16) Ver 3.2     92. 3. 20

ⓐ 굴착측과 수동측의 토질특성이 다를 경우도 계산가능할 수 있도록 함.

ⓑ 지표면이 수평이 아니고 경사진 경우도 계산 가능하게함.

ⓒ 흙막이 벽체와 지반과의 마찰을 고려할 수 있다.

흙막이 벽체와 지반과의 마찰을 고려하면 주동토압은 감소되고 수동토압은 증가되어 경제적인 설계가 가능하다.

17) Ver 3.21    92. 3. 23

ⓐ 매반복 계산시 마다 탄소성 Check 과정과 토압 조정과정을 출력해 볼 수 있도록 하였으며, 계산결과를 Plane FRAME Program 으로 Check 할 수 있도록 FRAME Data 를 출력 하도록 함.

OUTPUT     3

결과는 File “ DEBUG.SX ” 에 출력된다.

ⓑ 입력 Data Check 기능을 강화함.

모순된 입력 Data 및 변수의 값의 범위를 Check 하는 기능을 강화함.

모순된 Data  예 : 상부토층의 깊이가 하부토층 보다 깊을때

벽체의 하단보다 깊게 굴착할때등.

변수의 범위 Check 예 : 토사의 단위중량이 0 보다 적거나 5 보다 큰 경우.

Slab 의 두께가 2 m 보다 큰 경우등.

ⓒ MENU 선택방법의 개선

종전에는 해당되는 Menu 의 번호를 입력하여야 하였으나 Key Board 의 화살표 (PgUp, PgDn, Home, End Key 포함) 로 해당항목을 선택할 수 있도록 하였음.

18) Ver 3.31    92. 3. 26

소성 변위를 고려할 수 있도록 하였음.  (조언 및 지도 : 한양대학교 정형식교수)

Data 작성법 : Model Data 에 SOLUTION 을 추가함.

SOLUTION (1 : 소성변위 고려,  0 : 소성변위 불고려)

생략시 소성변위 고려

19) Ver 3.40    92. 4  -  92. 10

근입장 Check (최하단 지지점 이하부분의 주동토압으로 인한 모멘트 Ma 와 수동토압으로 인한 Moment Mp 를 계산하여 비교함) 기능을 추가함 (INSERTION CHECK 지시어 참조).

Peck 토압적용시 Pa = K1・Σγ・h 로 계산될 수 있게함 (Peck1 지시어 참조).

굴착시 Arching 효과에 의한 주동측 토압감소를 고려할 수 있게함 (EXCAVATION 명령어 참조).

탄소성 해석시의 토압산정방법을 개선함 (조언 : 홍익대학교 김홍택 교수)

20) Ver 3.42    94. 1. 26

ⓐ 상재하중 (SURCHARGE) 을 입력할때 기존에는 주동측과 수동측중에서 선택하여 입력하였으나 주동측, 수동측을 동시에 입력할 수 있도록 하였음.  (조언 : 건설안전기술원 남상규)

DATA 작성법 ; SURCHARGE actsur [passur]

ⓑ 굴착측 토압계산시 굴착심도 바로위의 절점에서 부터의 중량을 사용함으로서 바로위의 절점차 만큼의 토압이 과대평가 되었으나 굴착심도부터 계산하도록 수정하였음 (과오수정).

21) Ver 3.42    94. 1. 27

근입장 Check 시 최하단이 Slab 일 경우에는 Slab 는 무시되고 그 위의 Strut 부터 근입장 Check 가 되었으나 최하단 Slab 에서부터 근입장 Check 를 하도록 하였음.

22) Ver 3.42    94. 2. 25

토층 경계점에서도 절점이 생성되도록 하였음.

23) Ver 3.42    94. 2.

Surcharge 가 작용할때 Peck 토압에서 다음과 같이 토압이 작용하도록 하였음.

(조언 : (주) 대우 토목기술부 홍종상)

24) Ver 3.42    94. 2.

Peck 토압 계산 시 아래 와 같이 수정함. ((주) 대우 토목기술부 홍종상 지적)

수 정 전                수 정 후

초기토압     : Peck 토압               Peck 토압 + 0.1

최소한계토압 : Peck 토압 - 0.1         Peck 토압

25) Ver 3.50    94. 2.

ⓐ RANKINE 토압에서 벽체와 지반과의 마찰 (δ) 을 고려할때

Kah = Ka・cosδ	□□

수평방향 성분은                      로 수정하여 토압으로 작용하게 하였음.

Kph = Kp・cosδ	□□

ⓑ 하부 지지조건을 고려할 수 있도록 하였음.

DATA 작성법 : STEP DATA 에 BOTTOM 을 추가함.

BOTTOM {free∣hinge∣fix}

26) Ver 3.60    94. 11. 23 ∼ 95. 4. 3

Ⓐ 해체검토시 화면 Graphic 에 Wall 이 나타나도록 하였음.

Ⓑ 콘크리트 벽체 타설한후의 흙막이 벽체의 휨모멘트 및 전단력 계산시 종전에는 콘크리트 벽체와 흙막이 벽체의 합성된 강성으로 계산하여 그 값이 컸으나 현재는 흙막이 벽체를 별도로 분리하여 계산함. 그러나 변위 계산시에는 종전과 같이 합성강성을 사용  한다.

Ⓒ 계측에 의해 추정된 Anchor 정착부와 지반과의 미끄러진 길이를 고려하여 벽체에 실제적으로 작용하는 모멘트 및 전단력을 구할 수 있도록 함.

27) Ver 3.61 96. 03. 02

지히수위 입력방법 수정

	주동측	수동측
① 0 이 입력되면	0.1로 변경 GWL INPUT	굴착깊이까지
② 입력하지 않으면	없음	없음
③ 중간에 입력되지 않으면	당초대로	굴착깊이보다 위에 있으면 : 굴착깊이까지 굴착깊이보다 아래 있으면 : 그대로
④ 어떤 단계에서 입력되면	입력치	입력치 *단 ①②③에서 agwl 보다는 높을 수 없음

28) Ver w5.0 99. 04. 01

Dos Version에서 Windows Version으로 변환함

(화면의 형식이나 printer의 형식에 구애되지 않으며 실행 속도가 빠름)

29) Ver w5.1 99. 05. 01

굴착면 이하부분에서의 토압작용폭을 주동측과 수동측으로 나누어 입력할 수 있게 함.

(기존에는 토압작용폭 DATA로 주동, 수동 모두 고려). (서울지하철 설계기준 참조)

30) Ver w5.2 2002. 05. 01

① Sunex Data상에 빈줄이 있는 경우 그 줄의 빈칸이 3칸 이상 있을 시 그 줄을 데이터로 인식하는 오류 수정, Sunex Data상에 Tab 문자 인식 오류 수정.

② 입력 데이터 작성을 Notepad 같은 Editor Program을 이용할 때의 번거로움을 줄이기 위해 입력박스를 두어 사용자의 데이터 편집을 용이하게 함.

③ 일반 Load 명령으로 입력 시 Surcharge 입력의 경우의 1/2 값만이 반영되므로 Load2 명령어를 추가하여 이의 입력 시 일반 Load 값의 2배를 해주어 Surcharge와 그 영향이 같도록 함.

④ Excavation 시 굴착구간의 주동측 토압의 경감(Arch Effect)을 반영시키는 데 있어 기존에는 굴착깊이 이하를 모두 반영시키는 데 반해 굴착구간만 경감시키는 것으로 수정.

⑤ <Step Data>의 INSERTION CHECK 명령어를 Penetration Depth Check의 약자인   DEPTH CHECK로 수정.

⑥ Strut 명령어 중 RKangle을 추가하여 Design 모듈에서 Raker에 대한 단면검토를 가능케함.

⑦ 수중 굴착시를 고려하여 지반층으로 공기층을 입력 가능하게 함. 수직벽이 지표면보다 높게 타설 되어 있는 경우 고려 가능함.

⑧ Void, Fill 명령어를 추가하여 수동측, 주동측에 성토 가능

Written by thousa

31) Ver w5.3 2002. 06. 01

① 메뉴 변경.

② 역해석, Design 모듈 추가.

( 별도 구입하여야 함. Sunex Program w5.3 에는 미 포함 )

③ Windows 2000 및 XP 운영체제 지원

32) Ver w5.4 2004. 08

① SI 단위 추가 : 힘의 단위로 t 외에 kN을 사용할 수 있도록 함.

② PECK2 명령 추가 : 각 층의 토압 계산 시 PECK 에서는 굴착되는 토층의 평균단위 중량을 사용했으나 PECK2 에서는 각 토층의 단위 중량을 사용함.

③ ARCHING 의 고려 : 지반이 좋은 경우 설계 변위 보다 실제 굴착 시 계측 변위가 다소 작은 경향이 있으며 지보공～굴착 바닥면 구간에 대하여 ARCHING 현상을 고려하여 일시적으로 토압을 경감시킬 수 있도록 하였음.

④ SLOPE 명령 수정 : 유한 SLOPE 에 대한 계산을 할 수 있도록 SLOPE 각도 외에 길이를 입력 할 수 있도록 하였음.

⑤ 명령문 삭제 : ITERATION 명령문을 삭제하였으며 ITERATION 회수는 15회, 허용오차는 0.01 로 하였음.

⑥ MINKS 명령어 추가 : 프로그램 내에서 지반의 소성상태일 때 0.1로 세팅이 되었으나 그 값을 사용자가 입력할 수 있도록 하였음.

⑦ COULOMB 명령어 추가 : RANKINE 명령어와 혼용하여 쓸 수 있도록 하였음.

프로그램 내의 토압공식중 벽면과의 마찰 고려 시 COULOMB 토압식이 사용되므로 본 명령문을 추가하여, RANKINE 또는 COULOMB 을 쓸 수 있도록 하였음.

33) Ver w5.5 2005. 01

① 화면 사이즈 및 그래프보기 버튼 수정

② 수직벽에서 수동측 굴착폭이 커질때 변위는 더 커지는 현상 수정

③ 수동토압 작용폭이 커지면 변위나 부재력이 감소하도록 수정

④ .out나 .tot 파일 출력 시 skip 처리 못하는 부분 수정

34) Ver w5.51 2005.07, 2005.12.19

① Earth Pressure Surcharge와 Load 로 입력된 토압이 가산될 수 있게함

② si 단위일때 9.81 을 곱하던 것을 통상 사용하는 데로 10 을 곱하도록 함.

35) Ver w5.60 2005.12

① 구조물의 벽체가 흙막이 벽과 합성하여 저항하는 것으로 가정하여 실제현상과 다른 결과들을 가져오는 경우를 개선하여 흙막이 벽과 구조물 사이에 간격이 있고 그 간격에는 토사로 되메우기 하는 것으로 함. 따라서 구조물이 흙막이 벽과 합성하여 저항하지 않고 구조물은 단지 흙막이 벽을 받치는 역할을 하도록 함

② GAP 과 EGAP 데이터 항목 추가

36) Ver w5.61 2005.12

① SLAB과 WALL 데이터 중에서 사용하지 않는 항목들(탄성계수, 길이 등)을 제외시킴

37) Ver w5.62 2005.12.

① 해체시 구조물과 흙막이 벽사이를 되메우기 하면 최상부 부분은 다소 느슨한 점을 감      안하여 상부 50㎝ 구간은 되메우기 토사의 강성을 50% 로 저감시킴.

② 지보공을 해체하지 않고 구조물을 타설했을 때 지보공에 축력이 집중되는 오류 수정

(대우건설 박준철씨 조언)

38) Ver w5.71 2006.01.05

① 근입장 검토 시 주동측은 주동토압작용폭 만큼 주동토압이 작용하고, 수동측은 수동

토압작용폭 만큼 수동토압이 작용하도록 수정.

② 자립식의 근입장 검토 추가.

39) ver w5.72 수정내용 2006.01.18

① 합벽식 또는 top down 공법일 때 해석부분 과오 수정(아남컨설턴트 제안)

② gap을 입력하지 않았을 때 default 값을 0.1 에서 0 으로 수정

40) ver w5.73 수정내용 2006.03.27, 2006.07.03

① water pressure 명령후 fill 명령이 입력되었을 때 굴착진행시 떨어졌던 수위가 다시       원래대로 올라오는 현상 수정(보람엔지니어링 제보)

② GAP과 EGAP을 스텝데이터에서 읽을 수 있도록 하여 스텝별로 흙막이 벽과 구조물      벽체 사이의 간격이 다를 경우 스텝별로 다르게 입력 할 수 있게 함(삼안건설의 김영      식씨 제안)

③ slope의 길이 입력값이 경사거리에서 수평거리로 변경되어 환산하중을 다음과 같이       수정함

- 수정전 : 환산하중 = slope의 길이 * sin(slope 각도) * 제1토층의 단위중량

- 수정후 : 환산하중 = slope의 길이 * tan(slope 각도) * 제1토층의 단위중량

④ soil data에서 단위중량(rt) 를 소수점이하 2 자리에서 반올림하던 버그 수정

1.5  Program Development Staff

1) Programming ...... 장찬수, 지오그룹이엔지 소장, 박사, 토질 및 기초기술사,

수 정 작 업 ...... 장찬수, 정우철, 곽은하

2) 지도 및 조언

정 형 식 ...... 한양대학교 교수, 공학박사, 토질 및 기초기술사

김 홍 택 ...... 홍익대학교 교수, 공학박사

신 정 범 ...... 동양기술개발공사 상무, 토질 및 기초기술사

송 해 진 ...... 평원엔지니어링 부사장, 토질 및 기초기술사

주 재 건 ...... 새길엔지니어링 이사, 석사, 토질 및 기초기술사

3) Test ...... 신정범, 동양기술개발공사 상무, 토질 및 기초기술사

정우철, 곽은하 ...................... 지오그룹이엔지

박완근  .................................... 박콘건설

이상훈  .................................... 평원엔지니어링 대리

조도성  .................................... 한양대학교 대학원 박사과정

4) Manual 작성

초  안 ...... 장찬수

참고자료 수집, 편집 및 교정 ...... 김동준, 한정환, 정우철, 곽은하

1.6  프로그램 修正 및 改善에 대한 助言

전화 : 02) 561 - 3131/4   FAX : 02) 561 - 3135

주소 : 서울시 강남구 대치동 977 - 14 희망빌딩

홈페이지 : http://www.geogroup.co.kr     E-Mail : postmaster@geogroup.co.kr

1.7  참고 문헌

1. "Design Methods in Rock Mechanics", 16th., Rock Mechanics Symposium

2. "EXCAD"., Underground Excavation Analysis  &  Design Program, Samlim Con-

sultants, User Manual

3. Finite Element Methods In Civil Engineering, p116 ∼ 135.

4. Hoek & Bray., Rock Slope Engineering, 1981.

5. Hoek & Brown., Underground Excavation in Rock.

6. Joseph E.Bowles., Foundation Analysis and Design, p644 ∼ 668.

7. Kim, Hak-Moon., "The Theoretical and Site Behaviour of Braced Diaphgram Wall",  1st., Korea-Japan Joint Geotechnical Seminar

8. "Mrsoil User Manual"., 日本 Century Reserch 社

9. WALLAP, Retaining Wall Analysis Program User manual, Geosolve

10. Z.Eisenstein., Numerical Methods in Geo Mechanics, p590, p932.

11. 구조물 기초설계 기준., 건설부 p471 ∼ 478.

12. 김학문., "도심지 지하굴착에 적용된 Top-Down 공법의 수치해석과 실측비교", 한국지반공학회 추계학술발표회, 1991.

13. "대치동 빌딩 신축부지 지반조사 보고서"., 주식회사 동아지질.

14. 서울 지하철 7호선 설계기준., p75 ∼ 85, 1990.

15. 윤지선., 암반역학, p58 ∼ 59, p99, p125 ∼ 129, p211, p258, p346 ∼ 347.

16. 장찬수역., 지반공학에 대한 유한요소 해석, 토질공학과 암반역학에의 어프로치,

p65, p68, p82, p97, p274 ∼ 275.

17. 장찬수, 우홍기., "지하터파기 버팀시스템의 전산해석사례 및 평가", 한국지반공학회 91년도 추계학술발표회.

18. 지질조사 표준품셈., p132 ∼ 134.

19. "토목, 건축기술자를 위한 최신 기초설계시공 Hand Book"., 건설문화사,

p420 ∼ 423, p332 ∼ 333, p689.

20. "토질 기초구조물의 설계와 이해"., 탐구문화사, p109 ∼ 115.

21. 近接施工, 日本土質工學會, p104 ∼ 123.

22. 基礎工, 7호, 日本 綜合 土木硏究所, 1985.

23. 日本土質工學會紙, p5 ∼ 6, 1984. 6.

24. 日本土質工學會紙, p31 ∼ 37, 1986. 2.

25. 日本土質工學會紙, p9 ∼ 15, 1987. 3.

26. 地盤工學 におけろ 數値解析 の 實務, 日本土質工學會 p187 ∼ 211.

27. 現場計測 計劃 の立 て方, 日本土質工學會, p132 ∼ 151.

28. 土質工學 HAND BOOK, p665 ∼ 689, p704 ∼ 709.

29. 土質工學叢書 7, 土壓 松尾稔, p57 ∼ 987.

30. 土留 めアンカ 工法, 山田邦光 p135 ∼ 139.

31. 土留め設計 施工指針., 改定, 日本建築學會, p83 ∼ 127, 1988.

2. Program disk 와 提供內容

SX.EXE   : Sunex Program의 Main Control 실행파일.

SXR.EXE  : 정해석 실행 시 필요한 실행파일.

SXD.EXE : Design 실행 시 필요한 실행파일.

( 별도 구입하여야 함. Sunex Program w5.3에는 미 포함. )

SXV.EXE : Screen으로 Sunex Graphic을 볼 때 필요한 실행파일.

SXP.EXE : Printer로 Sunex Graphic을 인쇄할 때 필요한 실행파일.

TEST.DAT : Sunex Program의 예제 Data 파일.

*.DLL, *.OCX : Program 실행 시 필요한 시스템 파일.

Smart-LOCK : 프로그램 실행 전에 컴퓨터의 병렬포트(프린터포트)에 꽂아야 하는 장치.

3. 實行 準備 (최초 작업시만 시행)

① 제공된 LOCK을 컴퓨터 본체 뒤의 Printer Port에 꽂음.

꽂은 후 Printer가 있을 때에는 Printer Cable을 그 위에 연결하고 없으면 그대로 둠.

LOCK 이 꼽히지 않았을 때는 데모로 실행됨.

(주의 : 전원이 켜진 상태에서는 Printer Port의 Pin에 수 10 Volt의 전압이 걸리므로 Pin간의 접촉 또는 Pin과 Case간의 접촉으로 인하여 합선이 될 수 있으므로  반드시 전원을 끈 상태에서 꽂거나 빼도록 하여야 함. 부주의로 손상된 LOCK 은 판매처로부터 교환 받을 수 없음.)

② 제공된 Program은 Windows용 w5.3 버전으로 Windows 98부터 Windows XP까지 설치 및 실행 가능함.

③ 이전 버전의 Sunex Program을 제어판에서 삭제하고 실행중인 다른 Program(들)을 모두 종료함.

④ 제공받은 CD를 삽입한 후 SETUP.EXE를 실행하고 다음의 과정을 거쳐 설치함.

※ Windows 2000, Windows XP에서 설치 중 오류가 발생할 때 해결 방법

․현상 :

․원인 : 현재 사용중인 계정이 한글일 때 발생

․해결 방법 : 영문 계정을 만들어 설치 (설치 후 사용할 때는 기존 계정으로 사용가능)

< Windows 2000 의 경우 해결 방법 >

㉠ [설정] - [제어판] - [관리도구] - [컴퓨터관리] 를 실행하고

[로컬 사용자 및 그룹] - [사용자] 를 누르면 우측 창에 전체 계정 목록(들)이 보임.

㉡ [동작] - [새 사용자] 를 누르고 임의의 계정 이름을 입력함 (영문으로 입력하여야함)

㉢ [만들기] 버튼을 누르면 다음과 같이 계정이 추가된 것을 볼 수 있음

㉣ 만들어진 계정을 더블 클릭하면 계정의 등록정보 창이 뜨는데 [소속그룹] - [추가] 버튼을 누르고 ‘Administrators’ 소속 그룹을 추가하고 [확인] 버튼을 누름

㉤ 현재 계정을 로그오프하고 새로 만든 (영문)계정으로 로그인 한 후 설치

㉥ 설치 후 사용 시에는 기존의 계정으로 다시 로그인 후 사용함

< Windows XP 의 경우 해결 방법 >

㉠ [설정] - [제어판] - [사용자계정] 을 실행

㉡ [새 계정 만들기]를 클릭하고 영문으로 된 임의의 계정 이름을 입력

㉢ [다음] 버튼을 누르고 계정 유형을 [컴퓨터 관리자] 권한으로 설정한 후 [계정 만들기] 버튼을 누름

㉣ 현재 계정을 로그오프하고 새로 만든 (영문)계정으로 로그인 한 후 설치

㉤ 설치 후 사용 시에는 기존의 계정으로 다시 로그인 후 사용함

4. Program의 實行

① Sunex Program이 설치된 디렉토리의 SX.EXE를 실행한다.

방법1) [시작]메뉴의 [프로그램]메뉴의 [SUNEX Program]을 실행.

방법2) [바탕화면]의 [SUNEX Program]을 실행.

② Program이 정상적으로 실행되면 다음과 같은 화면이 나타나는데, 설치 후 처음 실행 시에는

[옵션] - [Lock Driver Install] 메뉴를 실행하여 드라이버를 인스톨 해야함.

③ [옵션]메뉴에서 사용할 Printer와 Editor Program을 설정한다.

[Printer 설정]메뉴는 파일 및 Graphic을 출력할 프린터를 설정.

[Editor Program 설정]메뉴는 데이터를 Editor로 입력할 때 사용할 프로그램을 설정.

(주로, 메모장(Notepad.exe)이나 워드패드(Write.exe) 프로그램을 이용)

④ 프로그램 설치 후 최초 실행 시는 [옵션-Lock_Driver Install] 메뉴를 실행하여 Lock Driver를         설치하여야 한다.

⑤ [정해석]메뉴의 [Model 데이터 수정]메뉴를 선택하여 Model 데이터를 작성한다.

⑥ [정해석]메뉴의 [Step 데이터 수정]메뉴를 선택하여 Step 데이터를 작성한다.

⑦ Design 프로그램이 포함된 프로그램 일 경우 [부재설계-Design 데이터 수정] 메뉴와

[정해석-MTL 파일 수정]을 선택하여 Design 데이터와 부재규격파일(.mtl)을 작성한다.

< [부재설계]메뉴의 [Design 데이터 수정] 메뉴를 선택했을 때 >

< [정해석]메뉴의 [MTL 파일수정] 메뉴를 선택했을 때 >

⑧ [정해석]메뉴의 [Editor 수정]메뉴를 선택하면 설정한 Editor 프로그램을 이용하여

Model, Step, Design 데이터를 한번에 작성 할 수 있다.

⑨ Data File 작성이 끝나면 [정해석]메뉴의 [Sunex 실행]메뉴를 선택한다.

실행이 끝나면 [다음]버튼이나 [처음]버튼을 누르면서 각 Step의 Graph를 볼 수 있음.

⑩ 실행한 후 만들어진 ?.OUT 파일이나 ?.TOT 파일의 내용을 보려면 [보기및인쇄] 메뉴의

[Output File]메뉴나 [Total File]메뉴를 선택한다.

( 파일 내용을 수정하거나 인쇄․저장할 수 있음. )

⑪ ?.DAT ?.OUT ?.TOT파일을 출력하려면 [옵션]메뉴의 [인쇄모드설정]메뉴를 선택한다.

인쇄모드와 사용할 글꼴 등을 설정함.

i) 인쇄모드를 [빠른 인쇄]로 할 때,

프린터의 옵션 중 'DOS 인쇄 작업 스풀'기능을 'On' 해야 함.

-.장점 : DOS모드로 인쇄되므로 속도가 빠름.

-.단점 : 글꼴의 종류나 크기가 고정되어 있고, DOS에 이상이 있을 때 출력이 안됨.

ii) 인쇄모드를 [사용자 인쇄]로 할 때,

-.장점 : 다양한 글꼴로 인쇄할 수 있음.  -.단점 : DOS모드로 인쇄할 때 보다 속도가 느림.

⑫ Graphic을 출력하려면 [보기및인쇄]메뉴의 [Sunex Graphic File]메뉴를 선택한다.

-.[선택 가능한 목록]의 STEP중 출력할 STEP을 선택하고 [추가]버튼을 누르면

[선택된 목록]에 추가됨.

-.선택을 취소하려는 STEP이 있으면 [선택된 목록]에서 취소할 STEP을 선택하고

[삭제]버튼을 누름.

-.한 페이지에 한 STEP씩 출력하려면 [Single Step on 1 Page]를 선택하고,

선택한 STEP을 한 페이지에 모두 출력하려면 [Multiple Steps on 1 Page]를 선택.

-.용지방향을 가로로 하려면 [Landscape]를 선택하고 세로로 하려면 [Portrait]를 선택.

-.용지여백, 확대/축소 비율을 정함.

-.출력모드 선택.

([칼라]로 선택했더라도 인쇄할 프린터가 흑백 프린터이면 자동으로 흑백으로 그려짐.)

-.출력할 프린터를 바꾸려면 [프린터 설정...]을 눌러 프린터를 정함.

(여기서 정한 프린터가 윈도우의 기본 프린터가 됨.)

⑬ 출력하기전 Graphic을 미리 보려면 [미리보기] 버튼을 누른다.

-.[Single Step on 1 Page]과 [Landscape]를 선택하고 [미리보기]를 눌렀을 때.

-.[Multiple Steps on 1 Page]과 [Landscape]를 선택하고 [미리보기]를 눌렀을 때.

제 2 부  D A T A  作 成 法

제 2 부  D A T A  作 成 法

1. Data 作成의 일반적인 事項

1) Data 는 指示語와 入力値로 構成된다.

예)  VWALL     1        15.3       0.00168      0.000325     21000000

□□□□□□□□□	□□□□□□□	□□□□□□□□□	□□□□□□□□□□	□□□□□□□□□□□	□□□□□□□□□□

지시어    입력치1   입력치2     입력치3   ................................................

2) 指示語는 入力되는 Data 의 종류가 무엇인지를 나타내며 공백없는 영문 및 부호로 구성되며 처음 3 자만 정확하게 기입되면 된다.

예)   SURCHARGE   3.5  ........... (맞음)

SUR            3.5  ........... (맞음)

SURCH         3.5  ........... (맞음)

SUR CHARGE  3.5  ........... (틀림, 공백있음)

WATER-PRESSURE    1.0  0.0  5.0  4.0  5.1  4.1  (맞음)

WAT                   1.0  0.0  5.0  4.0  5.1  4.1  (맞음)

WATER  PRESSURE   1.0  ..........................................  (받아들임)

WA TER  PRESSURE  1.0  ..........................................  (틀림, 공백있음)

3) 入力値는 숫자로 구성된다 (특별한 경우 문자일수 있음).

숫자는 소수를 포함 또는 불필요시 포함하지 않을 수 있으며 지수형을 사용할 수도 있음 (필요시 부호포함)

예)   1.0	□□

□

1	□

□ 같음

0.1E01	□

□

+ 1.0	□□

문자로 된 입력치 예 )

POINT    PLUS     ALL

□□□□□□□□	□□□□□□	□□□□□□□□

지시어    입력치    입력치

CONSTRUCTION    STRUT      1

□□□□□□□□□□□□□□□□□    □□□□□□□    □□□□□□

지시어          입력치     입력치

4) Data 는 1 줄내에서 어디에서 시작하여도 됨.

5) 大文字 小文字 구분없이 사용할 수 있음.

6) 指示語와 入力値 사이, 또 入力値와 入力値 사이는 1 칸 이상의 공백으로 구분하면됨.

7) 1 줄의 끝에 있는 0 은 (0 들은) 생략가능

예)   VWALL  1 15.3   0.00168   0.00258   0   0.75   0	□□

□□□	□□□	□ 동일한

생략불가능   생략가능	□

□ 결과임

VWALL  1 15.3   0.00168   0.00258   0   0.75	□□

8) 입력되는 수치중 깊이와 관련되는 값은 지표이하이므로 陰數이나 편의상 전부 陽數로 입력하며 出力도 陽數로 출력된다. 깊이와 관계되는 수치는 소수 이하 1 자리보다 더 적은 단위로 쓰지 않아야 한다. 소수 이하 1 자리보다 길면 반올림하여 1 자리로 받아들인다.

예)   VWALL  1 15.325 ...... (바람직하지 못함)

VWALL  1 15.3   ...... (바람직함)

9) 指示語를 포함하지 않는 줄 (빈줄, 잘못 기재된 지시어포함) 은 프로그램 수행시 무시됨

(사용자의 주석이나 참고에 사용할 수 있음).

10) 같은 指示語가 반복될 때는 지시어 부분을 생략해도 됨.

예)  VWALL   1  5.0 ...................

2  ...........................

3  ...........................

↑

생략가능

(Model Data 내의 Soil, Profile, Strut ... 등등의 Data 에서 )

11) 본 설명서 중에서 사용된 기호 및 의미는 아래와 같음

[   ]     : 불 필요시 생략가능

{A∣B∣C} : A, B, C 중 1 개를 선택하여 입력하여야 함

大文字   : 指示語

小文字   : 入力値의 變數名

2. D a t a 의  構 成

Data 는 해석하고자 하는 Model 의 전체 내용을 입력하는 Model Data 와 각 굴착단계별 내용을 입력하는 Step Data 및 입력 Data 를 종료하는 End 로 구성되며 각 Data 항목은 순서가 바뀌어도 관계없다 (Model Data 는 Model Data 내에 Step Data는 Step Data 내에만 있으면 됨).

1) Model Data 의 構成

[ PROJECT ]

[ UNIT ]

SOIL

[ PROFILE ]

VWALL

[ STRUT ]

[ ANCHOR ]

[ SLAB ]

[ WALL ]

[ MINKS ]

[ POINT ]

[ NO-ECHO ]

[ OUTPUT ]

2) STEP Data 의 構成

STEP	□□

[ OUTPUT ]	□

[ BOTTOM ]	□

[ RANKINE ]	□

[ PECK ]	□

[ PECK1 ]	□

[ PECK2 ]	□

[ EARTH PRESSURE ]	□

[ SLOPE ]	□

[ PROFILE CHANGE ]	□

[ GWL ]	□

[ WATER-PRESSURE ]	□

[ SURCHARGE ]	□

[ LOAD ]	□□□□ 필요한 Data 만 선택하여 입력

[ LOAD2 ]	□

[ PRESSURE ]	□

[ MINIMUM-ACTIVE ]	□

[ EXCAVATION ]	□

[ ARCHING ]	□

[ VOID ]	□

[ FILL ]	□

[ CONSTRUCTION ]	□

[ GAP ]	□

[ EGAP ]	□

[ REMOVE ]	□

[ DEPTH CHECK ]	□

[ GROUND SETTLEMENT ]	□

[ SLIP ]	□□

STEP

□□ :

□  :

□□ :

STEP

□□ :

□

□□ :

필요한 STEP 만큼 反復

3) END

3. M O D E L   D A T A

1) PROJECT (Project 名 入力)

형식) PROJECT   projectname

설명) projectname  :  Project 명 (100 자 까지)

참고) Project 명을 입력하면 Output File의 매 Page 에 인쇄된다.

2) UNIT (사용하는 단위 입력)

형식) UNIT {m|SI}

설명) 사용하는 단위로 미터단위 또는 SI 단위를 선택한다. m 단위일 때는 중량의 단위가 t 이 사           용되며, SI 단위 일 때는 kN이 사용된다.

참고) 1 t = 9.81 kN 이며, 지반의 단위중량, 점착력, 지반반력계수, 탄성계수, 초기 인장력, 과재하           중, 분포하중, 지하수의 단위중량 등이다.

3) SOIL (土質별 Data 의 入力, 매토층마다 2줄의 data 가 入力됨)

형식)   SOIL  soil-no.  soil-name

γt  γsub   C(top) φ(top) Ks(top)  [C(bot) φ(bot) Ks(bot)]

설명)   soil-no.    :  토질번호 (일련번호)

soil-name :  토질의 명칭 (30 자 이내)

γt         :  토질의 습윤단위중량 (t/m3, kN/m3)

γsub      :  토질의 수중단위중량 (t/m3, kN/m3)

C(top)     :  토질 상단의 전단강도 (t/m2, kN/m2)

φ(top)     :  토질 상단의 내부마찰각 (o)

Ks(top)   :  토질 상단의 횡방향 지반반력계수 (t/m3, kN/m3), (100 이상)

C(bot)	□□□ 토질하단의 전단강도, 내부마찰각 및 횡방향 지반반력계수,

□

φ(bot)	□ 생략되거나 0 이면 top 의 값으로 대입됨.

□

Ks(bot)	□□□ C(bot) = -1 이면 C(bot), φ(bot), Ks(bot) 는 각각 그 하부 토층 상                     단의 토질에 대한 값으로 대입됨.

참고)   ① 지반 데이터는 물성치를 나타내는 Soil 데이터와 깊이별 토사 분포를 나타내는 Profile 데이터로 구성된다.

② 동일 토질내에서도 깊이에 따른 C, φ 및 Ks 값의 변화가 가능하며 토층 중간 임의의 지점에서의 값은 직선 보간법으로 구해진다.

③ 굴착측과 배면측의 토사의 물성이 같을 때는 다음에 설명할 Profile Data가 필요 없으며, 내부에서 자동으로 Profile Data 가 생성된다.

C(bot)을 입력할 경우    C(bot)=0을 입력한 경우    C(bot)=-1을 입력한 경우

(C(bot)=C(top))      (C(bot)=다음토층의 C(top))

4) PROFILE (토층의 깊이와 배면측 및 굴착측 토사번호 입력)

형식)   PROFILE  layer-no.  depth  act-soil-no.  pas-soil-no.

설명)   layer-no.     토층번호

depth        토층의 심도

act-soil-no.  배면측 토질번호

pas-soil-no.  굴착측 토질번호

참고)   굴착측과 주동측의 토질특성이 다를 경우 깊이별 토사번호를 입력함.

지반이 연약할 때 안정을 위하여 굴착측 (또는 배면측) 지반을 개량하는 경우가 있으며 (Remedial Actions for a Deep Excavation - A Case Study, S.M.Woo, 9th Asian Resional conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering) 이와 같은 경우 계산할 수 있도록 하였다.  이를 위하여 Soil Data (토층의 심도 제외) 와 Profile Data 를 작성하여야 한다.

굴    착    측        배    면    측

□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

배면측과 같음	□     C = 0

□     φ = 25o

□     Ks = 1500

□

□ G.L (-) 3.5

□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

C = 10.0	□     C = 1.0

φ  = 5o	□     φ = 0

Ks = 1500	□     Ks = 1000

□

□

□

G.L (-) 10.5

□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

Soil Data 의 작성

(토성은 종래와 같이 작성하고 깊이만 생략한다)

Soil  1       Silty Sand

1.8    0.9     0    25    1500

2       Clay

1.7    0.8    1.0    0    1000

3       Grouted Clay

1.7    0.8    10.0   5    1500

□□ 같을때 생략가능

↓

PROFILE   1       3.5      1       [ 1 ]

2      10.5      2         3

↑        ↑

배면측 Soil 번호	□□	□□  굴착측 Soil 번호

성토시 Data의 작성

성토시를 고려하여 Step Data의 VOID와 FILL 명령어를 이용하여 성토가 가능하다. 이때,   토층데이터는 성토가 완료된 상태로 설정해 놓아야 한다. 예를 들어, 성토 8m를 계획하   고 있다면 다음과 같이 토층데이터를 입력해야 한다.

SOIL  1       Silty Sand

1.8    0.9     0    25    1500

2       Clay

1.7    0.8    1.0    0    1000

3       Fill Sand

1.8    0.9     0    30    2500

PROFILE   1       8.0      3       [ 3 ] ← 성토층

2      10.0      1       [ 1 ]

3      16.0      2       [ 2 ]

↑        ↑

배면측 Soil 번호	□□	□□  굴착측 Soil 번호

첫 번째 Step에서 VOID 명령어를 사용하여 성토층을 제거한 후 어떤 Step에서 성토가 되   면 FILL 명령어를 사용하여 성토한다.

공기층이 입력되었을 시 수동측 굴착이 되어도 지하수위는 변동이 없다.

5) VWALL (垂直 土留壁 Data)

형식)   VWALL  vwall-no.  depth  area  i  e  [space]  [pwidth]  [awidth]  [Myield]

설명)   vwall-no. :  수직벽의 번호

depth     :  수직벽의 하단까지의 깊이 (m)

area      :  수직벽의 1 개의 단면적 (m2 , 연속벽일 경우는 두께)

i        :  수직벽의 1 개의 단면 2차 Moment (m4, 연속벽일 경우는 단위폭 당으로 계산)

e        :  수직벽 재료의 탄성계수 (t/m2, kN/m2)

space     :  수직벽의 설치간격 (m, 연속벽일경우 1.0 m, 0 또는 생략 시 1.0 m 로 대치됨)

pwidth    :  굴착선 이하부분에서 수직벽 1 개당 수동토압 작용폭

(Flange 폭의 1 ∼ 3 배, 지하철 설계 기준 참조)

예)    :  H - 300 × 200 Pile 에서 수동측 토압작용폭을 3B 로 보면

pwidth = 0.6

awidth    :  굴착선 이하부분에서 수직벽 1 개당 주동토압 작용폭 (Flange 폭)

예)    :  H - 300 × 200 Pile 에서 주동측 토압작용폭은 0.2

Myield    :  수직벽 1 개의 항복 Moment (t・m, kN・m)

Myield = σy・Z (σy : 항복강도, z : 단면계수)

(어떤 값이 입력되면 수직벽에 대한 탄소성 해석을 하며 0 이면

탄성해석만 수행함 )

참고)   수직벽의 단면이 동일하지 않을때 (예 : 상부는 H - Pile 이 삽입된 SCW 벽체이며

하부는 H - Pile 만일때 등) 는 상이한 단면 갯수만큼 입력한다.

H - Pile 과 CIP 가 합성된 단면일때 일반적으로 A 나 i 값은 H - Pile 에 대한 값만

사용하고 CIP 는 토류판 역할을 하는 것으로 계산할 수 있으며, 만약 합성된 단면을

입력하고자 하면 아래와 같이 계산할 수 있다.

<계산 예 (강재로 환산)> - 1 m 당

□□ Ap, Ip, ep : H-Pile 의 단면적, 단면 2차 모멘트, 탄성계수

□□ Ac, Ic, ec : CIP 의 단면적, 단면 2차 모멘트, 탄성계수

□□ At : H-Pile 과 CIP 의 합계 단면적

At = π・D2/4 = π x (0.4)2/4 = 0.125664 m2

Ap = 0.008336 m2

Ac = At - Ap = 0.125664 - 0.008336 = 0.117328 m2

ec

∴ A (합성단면적) = Ap +	□□□□ × Ac

ep

1          2.1 x 106 t/m2

= 0.008336 × □□ 개/m + □□□□□□□□□□□□□□□ × 0.117328 x 2.5 개/m

2          2.1 x 107 t/m2

= 0.0335 m2/m

ec

∴ I (합성단면 2차 모멘트) = Ip +	□□□□ × Ic

ep

1          2.1 x 106 t/m2     π x (0.4)4

= 0.000133 × □□ 개/m + □□□□□□□□□□□□□□□ × □□□□□□□□□□ × 2.5 개/m

2          2.1 x 107 t/m2         64

= 0.000381 m4/m

입력 Data : VWALL  1  15.6  0.0335  0.000381  21000000  1.0  1.0

근입장 검토시 굴착면 이하 부분의 토압 작용폭은 그림과 같이 좁아진다.

․참고로 토압 작용폭에 대한 일본의 규정 및 우리나라 지하철 설계 기준은 다음과 같다.

- 강말뚝에 작용하는 수동토압의 작용폭은 다음표에 준하되 책임기술자의 판단에 따르며,

주동토압의 작용폭은 굴착저면 이상은 말뚝의 간격, 굴착면 이하는 플랜지 폭만을 적용한다.

지반의 상태	사 질 토	50≥N>30	30≥N>10	N≤10
	점 성 토	N>8	8≥N>4	N≤4
토압의 작용폭		Flange 폭의 3배	Flange 폭의 2배	Flange 의 폭

강널말뚝의 최소 근입깊이는 1.0m 이상으로 한다.

․Myield 가 입력되면 Program에서는 반복계산에 의하여 수직벽에 대한 탄소성 해석을 한다.

1차 계산에 의하여 실제 Moment가 Myield를 넘는 부재가 있으면 그 부재를 소성 Hinge로

하여 (i 값을 감소시켜) 반복계산 한다.

또 한번 i 값을 감소시킨 부재는 다음 계산에서 Moment 가 Myield 에 미달하는 지를 검사하며

미달될때는 다시 i 값을 증가시켜 결과적으로 Myield 에 해당하는 저항 Moment 를 가지는

소성 Hinge 로 계산한다 (철근 콘크리트, 동명사, 변동균, 신현묵, 문제길 공저, P379 ∼ ,

Structural Analysis  Design, Some Minicomputer Application, H.B Harrision, P416 ∼ 참조).

Strut나  Anchor의  설치지점 또는  굴착면 바로  하부에서의  수직벽은 Bending  Moment 가

집중되어 대단히 커지며 이 Bending에 대하여 부재를 선정하는 것은 비경제적일 수 있다.

이에 대한 대안으로서 변위는 다소 커질 것을 감수하고 소성해석을 수행할 수 있다.

이때는 변위가 허용치 보다 커지는 가에 대한 Check 가 요구된다.

6) [ STRUT ] (strut 設置時의 data)

형식)   STRUT   strut-no.  depth  area   [length]   [space]   [Pini]  [loss]  [Dini]

설명)   strut-no.  :  strut 번호 (일련번호, 설치시 및 해체시 번호로 참조됨)

(Construction,  Remove data 참조)

depth     :  Sturt 의 설치 깊이 (m)

area      :  Strut 1 개당 단면적 (m2)

length    :  수평 변위가 0 인점 까지의 길이 (m)

(0 이면 10m 로 대치됨)

space     :  Strut 의 수평방향 설치 간격 (m)

(0 이면 1.0 m 로 대치됨)

Pini      :  Strut 1개당 초기응력 (토류벽을 지반쪽으로 밀때 +, t, kN)

loss      :  초기응력의 손실율 (%)

Dini      :  Strut 설치시의 변위 (mm , 굴착측으로의 변위일때 +)

생략시 설치 직전단계에서의 계산된 변위 값으로 대치됨.

RKangle  :  Raker 설치시 설치 각도 (〫, 예 40), Raker인 경우만 입력

Design 모듈에서 Raker에 대한 단면검토를 가능케 함.

참고)   length 는 아래 그림과 같이 좌우 대칭일 때는 (½ × 굴착폭) 으로 하면 된다.

반대편이 완전히 고정된 벽에 지지될 때는 굴착폭으로 입력한다.

Strut 는 대체로 강성이 크므로 일반적인 계산방법 으로서는 초기응력을 가하여도 변위에는 큰 영향을 주지 못한다.

예로서,

A・E       0.0110m2 × 21,000,000t/m2

Strut 의 Spring 계수 ks =	□□□□□□□□□ =	□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

L・space           10m × 1.0m

= 23,100 t/m

초기응력으로 10ton 의 압축력을 가하면 부재는 다음과 같이 Δℓ 만큼 늘어난다.

Δℓ = Pini/ks = 10 / 23,100 = 0.4 mm

따라서, 이와 같이 계산될때는 전체 10 t 의 초기응력은 Strut 를 0.4 mm 만큼 늘리는데 그친다 (토류벽체를 0.4 mm 만큼 지반쪽으로 밀어냄).

그러나 실제 현장에서는 10 t 의 초기응력으로 압축된 Strut 를 현장에 설치하는 것이 아니고 Jack 에 의하여 토류벽체를 10 t 의 힘으로 밀어서 변위시키고도 10 t (또는 10 ton × (1 - 손실율)) 의 힘이 Strut 에 작용하고 있으므로 이를 감안할 수 있는 방법이 모색되었다.

(일본기초공 85.7 P31, 지반공학에서의 수치해석의 실무, 일본토질공학회 P197)

일반적인 계산법       ① 10 ton의 하중을 가함         ②하중에 의한 변위후

Pini*(1-손실율)의 초기하중을 가함

본 Program 에서의 방법

초기하중 (Pini) 이 입력되면 Program 에서는 Strut 설치 직전 단계에서 Pini 를 토류벽에 가하여 Pini 작용후의 변위를 계산한 후 이값을 Strut 설치시의 초기변위 Dini 로 한다.

Dini 가 직접 입력되면 (예 : 계측결과로 부터 설치시의 초기변위를 알고 입력할 경우) 그 값을 Dini 로 한다.

초기 압축력 Pini 는 사용하는 Jack 의 종류에 따라 차이가 있을 수 있으나 현장에서 계측한 바에 의하면 100 t Jack 의 사용시 3 ∼ 10 t 이며 5 t 을 넘게 가하기는 힘들었다.

손실율은 배면지반의 느슨한 정도에 주로 좌우되며 10 ∼ 50 % 정도의 범위이다.

출력되는 Pstrut 는 1 개당이다.

예) 입력 Data

□□□□□□□□□□

Step   1

excavation to 2.0 (2.0 m 까지 굴착)

Step   2

const strut   1   (1.0 m 지점에 strut 설치)

excavation   4.4  (4.4 m 까지 굴착)

계산과정

□□□□□□□

Step 1                          Step -2                        Step 2

2.0m 까지 굴착                 Pini의 작용(Dini의 계산)        4.4m까지 굴착

Step 2 에서와 같이 Strut 설치와 굴착이 동시에 입력되었을때는 Step 2 계산전에 Step 1 의 결과에 Strut 의 초기하중만 가하는 Step - 2 가 수행되어 초기하중에 의한 변위를 계산하고 난 다음 Strut 의 설치와 굴착이 계산되는 Step 2 가 실행된다.

7) [ ANCHOR ] (anchor 設置時의 data)

형식)   ANCHOR  anchor-no.  depth  area  angle [length] [space] [pini] [loss] [dini]

설명)   anchor-no :  anchor 번호 (일련번호, 설치시 및 해체시 번호로 참조됨)

depth     :  설치되는 깊이 (m)

area      :  1 개소당의 총 강선단면적 (m2)

angle     :  anchor 의 설치각도 ( 〫, 예 20)

length    :  anchor 의 자유장 (m, 0 으로 입력되면 10 m 로 대체됨)

space     :  anchor 간격 (m , 수평방향의 간격임.  0 이면 1 m 로 대치됨)

Pini      :  anchor 초기인장력 (t, kN, 인장력일때 +)

loss      :  anchor 초기인장력의 손실율 (%)

Dini      :  anchor 설치시의 변위 (mm , 굴착측으로의 변위일때 +)

생략시는 설치직전 단계에서의 계산된 변위로 대치됨

출력되는 앵커력은 경사진 앵커 한 개 당이므로, 경사를 고려하여 증가시키거나 설치간격을 곱하여 증가시키지 않아야 한다.

참고)   Program 에서는 Pini 와 전단계에서의 Anchor 설치지점의 변위 Dini 에 따라서 Strut 에서와 같은 방법으로 초기하중을 가한 후 계산결과에 따라 Anchor 의 반력을 계산한다.

초기 인장력 Pini 가 크면 벽체의 변위가 감소되나 Anchor 소요단면 및 벽체의 부재력이 커진다.  Pini 는 하방분담법으로 계산한 토압의 약 30 % 와 같을때 가장 적합하다는 연구결과가 있다. (지반공학에서의 수치해석실무, 일본토질공학회, P204 ∼ P207)

실제 설계시에는 초기인장력을 0으로 계산하여 반력을 구하고, 초기인장력을 그 값의 30%정도로 하여 증감시키면서 지반의 변위가 그렇게 커지지 않으면서 흙막이 벽체의 부재력도 최소가 되는 최적의 초기 인장력을 반복계산에 의하여 구하는 것이 좋다.

현장에서 가하는 재킹력은 초기 인장력에 손실을 고려하여 정한다. 예를 들어 초기 인장력 10 t을 가하여 계산한 결과 최대 앵커 축력이 23 t이라면 다음과 같이 재킹력을 계산 할 수 있다.

부재의 선정

Strand 7-φ12.7 1본당의 허용축방향력 = 12.0 t 이므로 3본 사용한다.

3본의 허용 축하중 = 12.0 x 3 = 36 t

손실량 계산

1) 정착장치의 활동에 의한 PS의 감소([eqn: triangle P_p] , 활동량 5mm 기준)

[eqn: TRIANGLE sigma_p ~=~ E_p ~×~ {triangle L~} over L ~=~2.0E6 ~×~ 0.5 over { 3.94~×~100 }]

=  2538.07 kg/㎠

([eqn: Triangle L] (활동량) = 0.5 cm , [eqn: L] (자유장) = 3.94 m )

[eqn: triangle P_p ~=~ triangle sigma_p ~×~A] = 2538.07 × 296.14 / 100000 = 7.52 t

( A(단면적) = 296.14 ㎟ )

2) Relaxation 에 의한 감소 ([eqn: triangle P_r] , 5% 기준)

[eqn: triangle P_r ~=~ delta r (%) ~× ~ P_ini] = 0.5 t

[eqn: ( ~ delta r ~(Set ~량)~=~0.05 ~,~ P_ini ~(초기~인장력)~=~10~t ~)]

3) 합계 손실량

재킹력의 계산

재킹력 : [eqn: P_ini] + [eqn: triangle P_p] + [eqn: triangle P_r] = 10 + 2.5 + 0.5 = 13.0 t

계산된 정착장치의 활동에 의한 손실과 Relaxation에 의한 PS의 감소를 합한값에 비하여 실제 시공시의 인장력 감소량이 큰 경우가 많다. 시공상태와 지반에 따라서는 50%를 넘는 손실이 일어나는 경우가 있다.

그 원인으로는 정착장치의 활동량이 5mm를 초과하는 것, 자유장 부분이 그라우트재와 분리되지 않아 자유장 부분의 강선이 인장시 신장되지 못한 경우, 정착부의 앵커체의 시간경과에 따른 slip, 지반에 따라, 앵커체 주변 지반의 creep 변형, 자유장 부분 지반의 압축, 흙막이 벽체의 배면측으로의 이동, 주변의 다른 앵커의 인장으로 인한 부담하중 경감 등이 있다.

따라서 실제 시공상의 인장력은 기술자가 판단하여 계산한 값보다 증가시킬 수 있다. 경우에 따라서는 이와 같은 과도한 손실에 대비하고, 또 시공된 앵커의 품질 확인을 위하여 앵커의 허용인장력까지 인장하기도 한다. 연약지반에서 과도한 앵커력을 가할 때는 시간경과에 따라 배면측으로의 변위가 증가될 수 있으며 수직벽체에도 설계치보다 큰 부재력이 작용할 수 있으므로 전문가의 판단이 요구된다. 앵커의 능력과 재킹력을 비교하여 큰 값으로 인장하는 것이 좋다.

본 예의 경우 앵커의 능력이 36 t 이고 계산 재킹력이 13.0 t 이므로 36 t 으로 인장한다. 시험앵커는 10% 더 가산한다.

일반 앵커의 인장력 36 t

시험 앵커의 인장력 36 ⅹ 1.1 = 39.6 t

8) [ SLAB ] (slab 타설시의 data)

형식)   SLAB   slab-no.   depth   thickness   length

설명)   slab-no.   :  해당 slab 번호 (일련번호)

depth     :  slab 설치되는 깊이 (m)

thickness  :  slab 두께

length     :  slab 길이의 1/2

9) [ WALL ] (建物 壁體 타설시의 data 입력)

형식)   WALL   wall-no.   depthtop    depthbottom

설명)   wall no.     :  벽체 번호 (일련번호)

depthtop     :  벽체 상단까지의 깊이

depthbottom  :  벽체 하단까지의 깊이

10) [ DIVISION ] (垂直壁의 分割 間隔 入力)

형식)    DIVISION    division

설명)    division : 수직벽의 분할간격

Ver w5.4부터 입력 생략 시 0.1m  로 고정됨

참고)  수직벽의 분할은 다음과 같이 이루어진다.

① 모든 특성점 (수직벽의 하단, 토층의 경계점, Strut, Anchor, Slab 설치예정 지점, 각단계별 굴착선) 에 대하여 절점이 자동 생성된다. ( • 표시 )

② 토압 및 전단력이 불연속으로 되는 토층의 경계와 Strut 등 지보공 설치지점 하부로 0.1 m 떨어져 절점이 생성된다. ( ◦ 표시 )

③ 굴착선 직하부에서 집중되는 수동측 저항토압을 상세하게 계산하기 위하여 각 단계별 굴착선 상하부 0.2 m 떨어진 점에 절점 생성. ( △ 표시 )

④ ① ② ③ 에서 생성된 절점과 절점사이가 Division 으로 입력된 값 (생략시 0.5 m) 보다 클때는 그 사이를 Division 크기로 분할하여 추가절점을 생성한다. ( ✗ 표시 )

⑤ 이상에서 생성된 각절점에 지반 Spring 및 지보공에 해당되는 Spring 및 반력부분의 절점             이 생성되며 다음 그림과 같다.

⑥ 결과치는 이렇게 생성된 점 전부에 대하여 출력되지 않고 ① ② 에서 생성된 점 (특성점, 전단력 및 토압 불연속점) 에 대해서만 출력된다.  출력되는 점은 다음에 설명하는 Point Data 로 추가나 삭제 가능하다.

⑦ 각 지보재 (Strut, Anchor 또는 Slab) 간의 중간점 (대체로 Moment 최대점) 에 대하여도 출력된다.

탄소성 해석 프로그램 특성상 division의 값에 따라 그 결과에 차이가 나는 경우가 있다.

이럴 경우는 division을 달리하면서 계산을 해 보아서 특이한 값을 보이는 경우를 제외시키        는 것이 좋다.

(division 0.2 일 때 특이한 값을 보이므로 제외)

11) MINKS (최소 지반반력계수의 입력)

형식) MINKS minks

설명) minks : 지반의 최소 지반반력계수

참고) 벽체의 변위가 탄성한계(Pa/ks 또는 Pp/ks, 즉 토압을 지반반력계수로 나눈 값)을      초과하면 지반은 소성상태가 된다. 소성상태에 도달한 지반의 지반반력계수는 프로      그램 내에서 0.1이라는 아주 작은 값으로 대체 되었으며, W5.4 수정 시 그 값을 사      용자가 입력 할 수 있도록 하였다. 이 값을 10 또는 그 이상 값으로 하면 소성상태      인 지반에서도 약간의 지반 스프링이 잔류하고 있기 때문에 반복 계산 시 수렴하지      않는 불안정한 경우가 줄어들 수 있다. 또 지반의 변위와 벽체의 부재력이 전반적      으로 감소하게 된다.

생략 시 10 t/m3 또는 98.1 kN/m3으로 간주된다.

12) [ POINT ] (出力點의 追加나 削除)

형식)   POINT  PLUS   {ALL ∣ 깊이1  [깊이2]  [깊이3]  ⋅⋅⋅⋅}

POINT  MINUS  깊이1   [깊이2]   [깊이3]  ⋅⋅⋅⋅

설명)   PLUS   : 뒤에 나오는 깊이 (들) 를 출력점에 추가함

ALL    : 생성된 모든점에 대하여 출력함

MINUS : 뒤에 나오는 깊이 (들) 를 출력점에서 삭제함

참고)   Plus가 입력되면 출력점을 추가하며 뒤에나오는 깊이에 해당하는 절점이 생성됨.

Minus가 입력되면 그 깊이 (들) 에 대한 절점은 삭제하지 않고 결과치의 출력만 하지않음.

굴착깊이가 깊지 않을때 (예 10 m 이내) 는 Point Plus All 로 전 절점에 대한 출력을 얻는 것이 좋음.

13) [ NO-ECHO ] (입력 Data 의 출력 여부 선택)

형식)   NO - ECHO

설명)   입력 Data 는 출력 File 의 처음에 그대로 출력되는데 NO - ECHO 를 입력하면 출력  File 에 기록하지 않는다.

14) [ OUTPUT ] (출력내용선택)

형식)   OUTPUT  outputoption

설명)   outputoption : 0 ～ 3 까지 선택가능하며 다음의 각 항별로 출력을 한다.

0 : 각 단계별 토압, 변위, 전단력, 모멘트만 출력

1 : 0 항 + Model Data + 각 Step 별 입력된 내용

2 : 1 항 + 주동 및 수동측 한계 토압과 실제 토압 및 탄・소성 상태 여부

3 : 2 항 + 탄・소성 해석 반복과정 (Debug. SX 에 출력)

4. S T E P   D A T A

1) STEP (Step 番號와 Step 說明文을 入力함)

형식)   STEP [step-no.] [stepname]

설명)   step-no.  : 계산 Step 番號 (일련 번호가 아니어도 되며, 번호를 건너뛰어도 됨)

stepname : 해당 Step 에 대한 說明 (100 자 이내)

참고)   입력한 Step no. 와 stepname 은 出力시 각 Page 의 상단에 인쇄되며 계산에는 영향을 미치지 않음.

2) [ OUTPUT ] (출력선택 Data)

Model Data 의 14) 를 참조한다.

3) [ BOTTOM ] (Pile 하부의 지지조건 결정)

형식)   BOTTOM {free∣hinge∣fix}

설명)   free   : 자유단	□□

hinge   : X, Y 방향에 대하여 구속	□ 본 Data 생략시 Free 로 입력됨.

fix    : X, Y 회전에 대하여 구속 (고정단)	□□

참고)   흙막이 벽체의 하단은 인위적으로 고정되지 않고 자유이다.  근입깊이가 충분히 깊어서 수동토압이 크고 굴착으로 인한 변위의 영향이 하단까지 미치지 않을 때는 Free 로 입력하였을때도 하단은 회전 및 이동이 되지 않아서 Hinge 또는 Fix 로 입력한 것과 같은 효과도 될 수 있다.  반면에 근입장이 부족하거나 지반이 연약하여 충분한 수동토압이 확보되지 않을 경우 하단에는 회전 및 이동이 발생할 수 있다.  따라서, 벽체 하단의 지지조건을 Free 로 하는 것이 원칙이며 Program 내에서도 Bottom Data 가 입력되지 않으면 Free 로 간주한다.  하부의 지지조건을 인위적으로 구속시키는 Program 에 있어서 비교를 위한 목적으로 본 Data 를 사용할 수 있도록 하였다.

4) [ RANKINE ] (土壓 計算 方式을 Rankine 土壓 으로 設定 )

4) [ COULOMB ]

형식)   RANKINE  a  b  friction

또는  COULOMB  a  b  friction

설명)   a, b : 작용하는 최소 主動土壓 계산시 Pa 및 Po 에 각각 곱할 계수

즉, Pa limit = a・Pa + b・Po 로 설정된다.

여기서,   Pa limit : 작용할 主動土壓의 최소한계치

Pa      : Rankine 의 主動土壓

Po      : 정지토압

생략시 또는 a 와 b 모두 0 으로 入力되면 a = 1.0 ,  b = 0 으로 대치된다.

friction : 벽체와 지반의 마찰 (내부마찰각에 대한 비율 %)

참고)  Rankine(Coulomb) 土壓에 의하여 計算할때는 다음 그림과 같은 過程을 거친다.

□□□

Pa = ( surcharge + overburden ) × Ka - 2C √Ka

Po = ( surcharge + overburden ) × Ko

□□□

Pp = ( surcharge + overburden ) × Kp + 2C √Kp  이다.

[eqn: ~~~~&여기서,# ~~~~~~~~~& rm K_a ~=~{cos^2 (φ)} over {｛1+ root {sin(φ+δ)・sin(φ)} over cos(δ) ｝}^2 ### ~~~~~~~~~& rm K_o ~=~1-sin(φ) ### ~~~~~~~~~& rm K_p ~=~{cos^2 (φ)} over {｛1- root {sin(φ+δ)・sin(φ)} over cos(δ) ｝}^2 ~~ (일본기초공~ 85.7 ~p26)]

또, Ka 및 Kp 의 수평방향 성분    Kah = Ka・cos δ □□  이 계산되어 토압으로

Kph = Kp・cos δ □□

작용하게 된다.

여기서, φ 는 지반의 내부마찰각이며, δ 는 벽체와 지반사이의 마찰각이다.

벽체와 지반과의 마찰고려는 Coulomb 토압론을 참고하였다.

마찰을 무시했을 때 토압 공식은 다음과 같이 간략하게 표시된다.

[eqn: ~~~~~~~~~& rm K_a ~=~tan^2 (45DEG - φ over 2 )# ~~~~~~~~~& rm K_p ~=~tan^2 (45DEG - φ over 2 )]

벽체와 지반과의 마찰은 보통 콘크리트일 경우 1/3 φ ～ 2/3 φ 의 범위이며 시방서별 기준은 다음과 같다.

도로교 표준시방서   : φ/3

구조물기초설계기준  : 사질토 φ, 기  타 19〫 ∼ 29〫

콘크리트 표준시방서 : 2/3 φ

Slurry Wall 의 경우는 콘크리트라 할지라도 Slurry Wall 과 지반사이에 있는 연약한 Slurry 로 인하여 이보다 감소될 것이며, 천공후 삽입하는 H - Pile 과 토류판으로 되어있을 때는 지반과 벽체와의 사이의 느슨한 공간으로 인하여 마찰이 감소될 수 있을 것이다.

흙막이벽 계산시 토압은 Peck 등에 의한 경험토압과 Rankine 등에 의한 삼각형 토압이 있으며 최근에 개정된 일본의 가시설 기준에는 굴착깊이에 따라 사용하는 토압과 해석방법을 다음 표와 같이 추천하고 있다.

측압의 산정방법과 계산법의 관련표

계산법 측압산정법	탄성지점을 가진 보법	분할단순법	가상지점법	연속보법 (탄성・탄소성법)
Peck	×	⃝	△	×
P=K・γ・Z	⃝	×	⃝	⃝
Rankine	⃝	×	⃝	⃝

공사규모에 따른 측압의 산정방법과 계산법의 관련표

측압의산정법 계산법 공사의 규모	측 압 의 산 정 방 법			측 압 의 계 산 법
	Peck	P=K・γ・Z	Rankine	탄성지지점을가진보법	단순보법 (분할법)	가상 지점법	연속보법 (탄성・ 탄소성법)
자 립	△	⃝	△	⃝	×	△	⃝
소규모 10m이하	⃝	⃝	⃝	×	⃝	⃝	⃝
중규모 15m이하	×	⃝	⃝	×	×	⃝	⃝
대 규 모	×	⃝	⃝	×	×	△	⃝

⃝ : 바람직한 조합관계임.

× : 추천되지 않는 조합관계임.

△ : 적극적으로 추천되지 않으나 현장여건에 따라 고려할 수 있는 조합관계임.

5) [ PECK ] (土壓 計算 方式을 PECK 土壓으로 設定)

형식)   PECK  K  a  c  Σγ・h  hbar

설명)   K      : 土壓計算시 (Ka × Σγ・h) 에 곱할 계수

(0 으로 入力되면 0.65 로 대치됨)

a, c    : 그림 참조

Σγ・h  : 掘鑿면까지의 유효 상재하중 (t/m2, kN/m2)

(0 으로 입력되면 program 내에서 평균 단위 중량을 계산함)

hbar   : 掘鑿면 부터 가상지지점까지의 거리 (m)

(0 으로 입력되면 0.5 로 대치됨)

참고)   Σγ・h 를 0 으로 入力하거나 入力하지 않으면 掘鑿선까지의 유효상재하중 (地下水位 이상 부분 γt, 이하부분 γsub 로 計算한 총중량) 을 Program 에서 計算하여 적용한다.

토사지반 하부에 岩盤이 있는 경우 전체 깊이에 대한 유효상재하중은 岩盤의 單位 重量이 크므로 크게된다. 또 Peck 土壓은 岩盤을 대상으로 하여 산정된 값이 아니고 점착력이 고려되지 않으므로 과대 평가가 될 우려가 있다. 이에 대한 대안으로서 Σγ・h 를 별도로 입력할 수 있게 되어있다.

・ 불투수층 (암반) 인 경우 하중을 경감시키기도 하는데 다음은경험에 의한 경감예이다.

□□ 풍화암 : 0.9 × γ・h

□□ 연  암 : 0.7 × γ・h

□□ 경  암 : 0.3 × γ・h

Peck 또는 Rankine Data 는 상호 배타적이다.

즉, Rankine Data 가 入力되면 이전에 入力되어 있던 Peck Data는 무시되고 이후로는 Rankine 土壓으로 計算되며 Peck Data 가 入力되면 그 반대의 기능을 한다.

어느 단계까지는 Rankine 土壓으로 計算하다가 Peck 土壓으로 計算하면 하부에 있는 支保工에 인장력이 작용할 경우가 있다.

이는 하부에서는 대체로 Rankine 土壓이 크므로 Rankine 土壓 적용시에 發生하는 變位보다 Peck 적용시의 變位가 적으며 Rankine 土壓시에 설치된 Strut 는 인장된 것과 같은 결과로 되기 때문이다.

Program 내에서는 이와같은 불합리한 점을 없애기 위하여 Rankine 토압으로 계산후 Peck 토압으로 Check 시는 현재까지의 각점의 소성변위와 각 지보재의 초기변위를 0 으로 재설정후 계산되도록 되어있다. 이 계산은 단지 지보재의 축력 Check 에만 사용할 것이 요망된다.

Peck 토압에 의한 완전한 계산을 하고자 할때는 첫단계부터 Peck 토압에 의하여 별도로 계산하여야 한다.

6) [ PECK1 ] (제 2 의 Peck 토압 계산식 입력)

형식)   PECK1  K1  a  c  Σγ・h  hbar

설명)   K1  :   Peck 토압계수 (보통 0.2－0.3)

Peck 토압이 Pa = K1・Σγ・h 로 되는 외에는 3)Peck 과 같다.

(Peck 에서는 Pa = K・(Ka・Σγ・h 로됨)

7) [ PECK2 ]

형식)   PECK2  K  a  c  Σγ・h  hbar

설명)   K      : 土壓計算시 (Ka × Σγ・h) 에 곱할 계수

(0 으로 入力되면 0.65 로 대치됨)

a, c    : PECK 설명 그림 참조

Σγ・h  : 掘鑿면까지의 유효 상재하중 (t/m2)

(0 으로 입력되면 program 내에서 계산함)

hbar   : 掘鑿면 부터 가상지지점까지의 거리 (m)

(0 으로 입력되면 0.5 로 대치됨)

PECK 토압과 같으나 각 층의 토압 계산 시 전체 토층의 평균단위 중량을 계산하는 대신에 각 층의 중량을 사용한다. PECK 설명 그림에서 토압계산식이 다음과 같이 수정된다.

[eqn: ~~~~~~~~~& rm P_1 ~=~K ~ (0.3 ~ TIMES ~ gamma_1 ~ h )## ~~~~~~~~~& rm P_2 ~=~K ~ (0.25 ~ TIMES ~ gamma_2 ~ h )## ~~~~~~~~~& rm P_3 ~=~K ~ (0.2 ~ TIMES ~ gamma_3 ~ h )]

여기서 [eqn: gamma_1, gamma_2, gamma_3] 는 각 토층의 단위중량이며, h 는 전체 토층의 두께이다.

8) [ EARTH PRESSURE ]

형식)   EARTH PRESSURE   d1, p1, d2, p2, d3, p3 ......

설명)   d1, p1, d2, p2 ...... : 어떤 깊이 d 에서의 토압 p

참고)   Rankine 이나 Peck 계의 토압이 아닌 어떤 특수한 형태의 토압이나 실측치가 있을 때 그       값들을 직접 입력할 수 있다. 1줄에 다 못 쓸 경우는 다음 줄에 계속하여 쓰면 된다.

예)    EARTH PRESSURE   0.0  1.0  5.0  4.0  7.0  4.5  8.6  4.5  10.5  5.0

본 항에 의하여 입력된 토압에 Surcharge로 인한 토압이 가산된다 (ka × Surcharge)

Load 입력했을 때도 Surcharge로 환산되어 추가로 가산된다.

수압(Pressure)과 기타 압력도 별도로 입력하면 가산된다.

9) [ SLOPE ]  (지표면의 경사각 입력)

형식)   SLOPE   angle  Length

설명)   angle : 지표면의 경사각 (도)

Length : 경사면의 수평길이

무한 경사일 때 Length는 굴착깊이의 5배 정도로 입력

참고)   지표면의 각도가 지반의 내부마찰각 보다 크면 (점토층인 경우와 내부마찰각이 매우 적은 지반일 경우) Rankine 토압계수가 계산되지 않으므로 본 프로그램에서는 경사부분의 토사중량을 과재하중으로 환산하여 작용시킨다.

따라서 Rankine 토압식으로 계산한 경우와 차이가 있을 수 있다.

10) [ PROFILE CHANGE ] (토층의 토사번호 변경)

공사초기에는 양측의 토질정수가 같으나 어느 깊이 굴착후 지반을 개량하여 물성이 변경되었을 때는 그 Step Data 에서 Profile 을 변경하면 된다.

예를 들어 3.5 m 굴착후 하부지반을 개량한다면 개량하는 Step 의 Data 를 아래와 같이 작성한다.

STEP       1

.

.

.

EXCA    1.5

STEP       2

CONST STRUT    1

EXCA  3.5

STEP       3

CONST STRUT    2

PROFILE CHANGE   2    2    3

EXCA  6.5

↑   ↑

□    □□□  굴착측 Soil 번호

□□□□□□□□□ 배면측 Soil 번호

STEP       4

.

.

11) [ GWL ] (背面측 및 掘鑿側의 變更된 地下水位 入力)

형식)   GWL  agwl  [pgwl]  [unit]

설명)   agwl  : 背面측의 변경된 地下水位

pgwl  : 掘鑿측의 변경된 地下水位, 생략시 agwl 또는 굴착깊이 (exdepth) 중 낮은 값

unit   : 地下水의 단위중량 (생략시 1.0 t/m3, SI 단위 사용시는 9.81 kN/m3)

참고)   GWL Data 를 별도로 입력하지 않으면 수동측 수위는 굴착깊이에 따라 하강된다.  수동측 수위를 주동측수위 보다 높게하거나 굴착깊이 보다 상부에 작용시키기 위해서는 매 Step 마다 GWL Data 를 입력하여야 한다.

(11) 에서 설명하는 WATER - PRESSURE Data 에 의한 별도의 水壓이 入力되지 않으면 이 水位에 따라 地下水壓을 계산한다. WATER - PRESSURE Data 에 의한 별도의 수압이 入力되면 본 地下水位 Data는 오직 土層의 유효 단위중량 계산 (地下水位 이상부분 : γt, 地下水位 이하부분 γsub) 에만 사용된다.

생략시 地下水位는 토류벽 최하단 (지하수위 불고려) 으로 가정된다.

掘鑿으로 인하여 掘鑿측의 수위만 掘鑿깊이까지 하강할때 GWL Data 를 入力할 필요가 없다.  Excavation data 에 의하여 하강한 것으로 간주된다. ( 단, 공기층이 존재할 때에는 굴착이 되어도 지하수위가 하강하지 않는다.)

현장에서 간극수압 측정결과 정수압보다 적을 경우 (대부분의 경우임) 는 unit 를 입력함으로써 감안할 수 있다. 예를 들어 수위 측정결과 地下水位는 G.L - 3 m 에 있으며 G.L - 13 m 지점에서의 간극수압측정치가 0.5 kg/m2 라면

측정된 간극수압수두           5.0

unit =	□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ =	□□□□□□□□ = 0.5  를 입력할 수 있다.

地下水位에 의한 정수두        10.0

( SI 단위 사용시는 0.5 ⅹ 9.81 = 4.9를 입력 )

이 경우는 地下水壓은 정수압의 50 % 가 적용된다(DM 7.2 - P72 참조).

두번째 이후의 GWL 입력에서 Unit 생략시 앞에 GWL 입력시 사용된 Unit가 적용된다.

12) [ WATER-PRESSURE ] (變更된 地下水壓 data)

형식)   WATER-PRESSURE  y1  p1  y2  p2  y3  p3

설명)    y1  y2  y3  :  水壓 변화지점의 깊이

p1  p2  p3  :  y1, y2, y3 지점에서의 水壓 (t/m2, kN/m2)

참고)   불투수층, 岩盤등의 존재로 地下水位에 의한 정수압과는 다른 水壓이 작용할때 수압을 직접 入力 할 수 있다.  화면출력시에는 지하수위가 y1 위치에 표시되며, y1 상부토사는 γt, y1 하부토사는 γsub 가 적용된다.

예 1. 불투수층에 관입된 차수성                 예 2. 균일한 지반에 관입된 비차수성

흙막이 벽에 작용하는 수압(정수압)                    흙막이 벽에 작용하는 수압

예 3. 균질한 지반에 관입된 차수성         예 4. 암반에서의 수압

흙막이 벽에 작용하는 수압

계산에 의한 토압 적용토압

13) [ SURCHARGE ] (過載荷重의 追加)

형식)   SURCHARGE   actsurcharge  [passurcharge]

설명)   actsurcharge  : 배면측의 Suraharge 하중 (보통 1 ∼ 2 t/m2, 9.8 ∼ 19.6 kN/m2)

passurcharge : 굴착측에 작용시키고자 할 때 입력한다.

참고)   入力되는 과재하중은 현재까지의 과재하중에 추가됨.  현재까지의 과재하중을 제거하고자 하는 경우에는 과재하중의 제거를 원하는 Step 에서 Surcharge 값에 (-) 값을 入力하면됨.

14) [ LOAD ] (分布荷重의 追加)

형식)   LOAD  depth  x1  p1  x2  p2

설명)   depth : 분포하중이 작용하는 깊이

x1, x2  : 벽체로부터 떨어진 거리

p1, p2  : 그림 참조 (하향력일때 +) (t/m2,  kN/m2)

① 건물하중이 작용할 때

참고)   건물등으로 인한 荷重이 작용할 때 토류벽면에 미치는 地中應力 (수직성분) 을 계산하여 현재까지의 과재하중에 추가한다.

( 계산방법은 일본 토질공학 핸드북 p108 참조

2pz3

σz = □□□□□□□□ ).

πR4

② 철도하중이 작용할 때

참고) 가시설벽체 주변에 철도가 위치할 경우 선로에 작용하는 하중이 실질적으로 가시설 벽체에 작용하는 위치를 산정하는 것이 중요하다.

(계산방법은  H = L1 x tan θ,  B = L1 + L2 + L3 ,   q' = (P x L2) / B

∴ depth = H,  X1 = 0,  p1 = q',  X2 = (L1 +L2 + L3),  p2 = q' )

15) [ LOAD2 ] (分布荷重의 追加)

형식)   LOAD2  depth  x1  p1  x2  p2

설명)   depth : 분포하중이 작용하는 깊이

x1, p1, x2, p2  : LOAD1의 그림 참조 (하향력일때 +)

참고)   LOAD 명령어에 사용된 식으로 계산하면 Surcharge에서와 같이 매우 넓게 분포된 하중일 때 지중응력은 Surcharge의 1/2이 된다. 그 이유는 무한장의 Load가 작용하면 지중응력은 Surcharge와 같아지지만, 굴착에서는 배면측에만 작용하는 반 무한장의 하중이기 때문이다. LOAD2에서는 계산결과에 2배를 하여 Surcharge와 지중응력에 미치는 영향이 같도록 하였다.

16) [ PRESSURE ] (橫壓力의 追加)

형식)   PRESSURE  y1  p1  y2  p2

설명)   y1, y2 : 압력이 작용하는 심도

p1, p2 : 작용하는 압력 (t/m2, kN/m2)

참고)   土壓과 水壓외에 특별히 어떤 횡하중이 작용할때 이 Data 로 入力함.

총 압력 = 토압 + 수압 + 횡압력 으로 계산됨.

굴착측에서 배면측으로 작용시킬때는 P1, P2 에 (-) 값을 입력함.

17) [ MINIMUM - ACTIVE ] (主動土壓의 最小値 設定 Data)

형식)   MINIMUM - ACTIVE  actmin

설명)   actmin : 主動土壓의 최소치 (t/m2, kN/m2)

참고)   본 Data 는 主動土壓 및 정지토압의 최소치를 설정하여 主動土壓이 (-) 값이나 어느 한계 이하가 되지 않도록 한다.

특히 Rankine 土壓계산시 상부에서 0 에 가까운 土壓이 되거나 C 값의 영향으로 (-)값의 土壓이 계산될 경우가 있으므로 이 Data 를 사용하여 어느 값 이하가 되지 않게 할 수 있다 (Rankine 토압으로 계산하면서 Actmin 을 Peck 토압과 같은 값으로 하면 별도로 Peck 토압을 적용하여 Check 한 효과를 기대할 수 있음).  생략시 0 t/m2.

계산에 의한 토압                            적용 토압

18) [EXCAVATION] (追加로 掘鑿한 깊이 Data 의 入力)

형식)   EXCAVATION  exdepth

설명)   exdepth  : 현 단계에서 掘鑿되는 깊이 (누적깊이, m)

참고)  한 step 내에서 굴착 Data는 다음항에 설명하는 지보공설치 (22)항목 CONSTRUCTION  (支保工의 설치)) Data와 같이 사용하지 않는 것이 좋다.

생략시 전단계에서의 掘鑿깊이가 그대로 적용됨.

掘鑿측의 地下水位가 exdepth 보다 상부에 있으면 掘鑿측 지하수위를 exdepth 로 대치함.

이전 단계 굴착깊이 (oldexdepth) 부터 exdepth 사이의 Soil Spring 분담 면적은 원래대로 환원함.

(환원이전의 Spring 분담면적 = ½ (위 Spring 까지의 길이 + 아래  Spring 까지의 길이) * 토류벽의 굴착선이하 토압분포폭 비율)

(환원이후의 Spring 분담면적 = ½ (위 Spring 까지의 길이 + 아래  Spring 까지의 길이))

19) [ARCHING] (아치 효과로 인한 주동토압 감소, 수동토압 증가)

형식)   ARCHING  act  pas

설명)   act  : 아치효과로 감소되는 주동토압의 비율 %

pas : 아치효과로 증가되는 수동토압의 비율 %

지하굴착시스템의 안전과 설계에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 토압이며, 토압은           지반의 물성치(점착력과 내부마찰각)에 따라 결정된다. 일반적으로 파괴를 수반하           지 않는 설계, 예를 들면 압밀침하량의 예측 등에서는 지반의 물성치를 선택 할            때 전체 조사된 특성치의 평균치를 채택하는 것이 합리적이다. 반면에 파괴를 수           반하는 설계, 예를 들어 사면안정이나 지하굴착의 설계 등에서는 평균치보다는 더           안전한 측의 지반 물성치를 채택하게 된다.(평균치보다 작은 점착력과 내부 마찰           각) 따라서 안전측이면서 다소 비경제적인 설계가 된다.

만약 Terzaghi가 명명한 바와 같이 관측 설계법(Observational Design Method)을           도입하여 공사중에 계측을 실시하면서, 당초 설계 시 예측한 것과 다른 계측결과           가 얻어 졌을 때 역해석에 의하여 설계를 다시 보정(과다 및 과소 설계시 설계의           변경)할 수 있다면, 설계시 물성치를 평균치에 가까운 값을 선택할 수 있고, 실제           현장에서 예측되는 arching 현상에 의한 토압감소 효과도 고려하여 경제적인 설계           를 할 수 있을 것이다.

따라서 본 프로그램에서 고려 할 수 있는 arching효과는 공사 시 계측관                   리를 실시하고 설계에 대한 보정을 할 수 있을 경우에 사용될 것이 추천된다.

예)     ARCHING 30   50

주동측)

아치효과로 인하여 최하단 지보공부터 굴착바닥면 사이의 토압이 일시적으로 30% 감소한다. 다음 굴착이 진행되면 이 구간의 토압은 정상적인 값으로 증가된다.

수동측)

만약 이번단계에서 굴착된 두께가 3m 이고 토사의 단위중량이 1.8t/m3 이라면 3m × 1.8t/m3 × 50% = 2.7t/m2에 해당하는 중량이 잔존하고 있는 것으로 가정되어 이 잔존 하중으로 인하여 수동토압이 증가한다.

풍화토, 풍화암, 견고한 사질지반 등 지반조건이 좋을 경우 탄소성 해석에 의한 지하굴착 설계는 다소 안전측인(비경제적인) 경향이 있다고 한다. 지반을 굴착하면 지반에 따라 어떤 시간동안 자립하다가(토압≒0) 점차로 설계토압의 크기까지 토압이 증가되는 것으로 생각된다. 현장에서 설계토압에 이르기 전에 지보공을 설치하고 다음단계 굴착이 진행되면 설계시 예측한 변위보다 작은 변위가 발생하며 지보공의 축력과 수직벽체의 부재력도 감소될 수 있다.

다음 굴착단계가 진행되면 이 구간의 토압이 정상적인 값으로 증가되기 때문에 지보공 축력은 정상토압에 의한 만큼 다시 증가한다. 수직축의 변위 및 부재력은 정상 토압에 의한 값보다 작다.

현장에서의 굴착 후 벽체의 변위를 관찰하면 변위는 시간경과에 따라 다음 그림과 같이 나타난다.

굴착후 토류벽의 시간 - 변위 관계도

즉 t = 0 에서 굴착되면 이상적인 탄성체인 경우 굴착 즉시 A 와 같은 변위가 발생하며, 일반적인 지반의 경우 점성과 토류벽체의 강성, 토류벽체와 지반사이의 이완정도등에 따라서 B 또는 C 와 같은 시간-변위 관계를 갖는 것으로 볼 수 있으며, 만약 시간 t 에서 지보공을 설치한다면 곡선 B 와 C 에서는 굴착후 100 % 의 변위가 일어나기 전에 지보공에 의하여 변위가 구속된다.

지반의 시간 - 변위 특성 곡선 (A, B 또는 C) 은 여러 가지 요인에 의하여 지배되므로 구하기가 곤란하지만, 시간경과에 따른 현장계측치와 해석에 의한 100 % 변위량을 알면 추정 할 수 있다.

본 Program 에서는 현장계측치를 Feed Back 하여 역해석 할때 이러한 변위의 시간 지연 현상을 간접적으로 Simulation 할 수 있도록 되어 있으며 그 내용은 다음과 같다.

① 주동측 (active)

새로 굴착되는 구간에 대하여 지보공 설치 시까지의 기간동안 정상토압의 act % 만큼만 경감시키고 다음 단계 이후는 100 % 의 토압을 작용시킨다. (굴착으로 인한 지보공과 미굴착부분 사이의 Arching 효과)

굴착구간 토압의 경감

② 수동측 (passive)

□□□□□

굴착부분의 임의의 깊이에서의 수동토압 Pp 는 Pp = Kp・σv + 2C√ Kp 이며 굴착으로 인하여 수직방향 응력 σv 가 △σv 만큼 감소되면 수동토압은 다음과 같이 감소된다.

□□□□□

Pp = Kp (σv - △σv) + 2C √ Kp

시간-변위 관계를 고려하기 위하여 굴착후 지보공 설치 시 까지는 △σv 의 pas % 가 잔존하는 것으로 보며 완전히 제거되었을 때에 비하여 수동토압이 증가된다

△Pp = Kp (pas% * △σv)

20) [ VOID ]

형식)   VOID  voidprofno

설명)   voidprofno  : 처음에 공기층으로 비워지는 최하단 토층번호

참고)   성토(Fill)를 하는 경우 Model Data 작성법에서처럼 토층데이터는 성토가 완료된 상태로 입력된다. 따라서 성토를 하기 전인 첫 Step에서는 성토 예정인 토층을 미리 비워두어야 한다. 즉, VOID는 이렇게 성토되기 전 단계로 만들기 위해 토층을 비워주는 명령어이다.

① VOID는 EXCAVATON과 같은 효과를 가지며, 굴착측과 배면측이 같이 제거되고 깊이가 아니라 토층별로 제거된다는 점에서 차이가 있다.

② 2가지(또는 그 이상)의 토사로 성토가 되는 경우 토층데이터는 성토구간도 2개의 (또는 그 이상의) 층으로 입력할 수 있는데, 이때 voidprofno를 성토층 맨 하단번호를 입력하여야 하며 입력시 그 층까지의 모든 성토층이 제거된다.

자세한 사항은 21) [F	ILL]의 예제를 참고하면 된다.

21) [ FILL ] (盛土)

형식)   FILL  act.filldepth  act.fillsoilno.  pas.filldepth  pas.fillsoilno

설명)   act.filldepth  : 현 단계에서 주동(배면)측에 성토되는 깊이

(수직벽 상단에서의 깊이, m)

act.fillsoilno  : 주동(배면)측에 성토 되는 토질번호

pas.filldepth : 현 단계에서 수동(굴착)측에 성토되는 깊이

(수직벽 상단에서의 깊이, m)

pas.fillsoilno : 수동(굴착)측에 성토되는 토질번호

참고)   주동측, 수동측에 대하여 성토가 가능하다. 만약, 주동측에서만 성토를 할 경우에는 아래 예처럼 주동측 성토 토질번호를 0으로 하거나 생략하면 된다. 또, 수동측에서만 성토를 할 경우에는 아래 예처럼 수동측 성토 깊이와 채움재 토질 번호를 0으로 하면된다. 이때, 이 두 값을 생략해서는 안된다.

예) 주동측 1.5m 까지 토질번호 2를 채움

FILL  1.5  2  [ 0 ]  [ 0 ]

수동측 2.5m 까지 토질번호 2를 채움

FILL  0  0  2.5  2

주동측 1.5m 까지 토질번호 2를 채우고 수동측 2.5m 까지 토질번호 3을 채움

FILL  1.5  2  2.5  3

Graphic 보기에서 수동측 성토는 굴착하는 경우와 같이 굴착선이 변화하는(상승하는) 것으로 표시되고, 주동측 성토는 토층이 한층 추가되는 것으로 표시된다. 주동측 성토에서 성토 깊이는 성토재의 종류가 달라지더라도 가장 마지막 성토 깊이만 표시된다

Fill 전                                Fill 후

다음은 배면측 성토 8m(4m + 4m)가 계획될 때의 예제이다.

예)      SOIL  1       Silty Sand

1.8    0.9     0    25    1500

2       Clay

1.7    0.8    1.0    0    1000

3       Fill Sand

1.8    0.9     0    30    2500

PROFILE  1       8.0      3     3

2      10.0      1     1

3      16.0      2     2

.

.

.

STEP   1   Void and Fill to 4.0m

iteration   10   0.1

gwl   3.0   3.0   1.0

rankine   1.0   0.0   50

VOID  1

FILL   4.0   3

STEP   2   Const Strut 1 and Fill to 0.0m

Const   Strut  1

FILL   0.0   3

22) [ CONSTRUCTION ] (支保工의 설치)

형식)   CONSTRUCTION {STRUT ∣ ANCHOR ∣ SLAB ∣ WALL} no.

설명)   STRUT	□□

ANCHOR	□ 설치되는 支保工의 종류를 나타냄.

SLAB	□

WALL	□□

no. : 설치되는 支保工의 番號(STRUT  ANCHOR  SLAB  WALL  에서 入力               하였던 번호)

참고)   설치되는 지보재는 앞 Step 에서의 굴착후에 설치된다 (현재 Step 의 굴착전에 설치됨)

한 step 내에서 지보공의 설치 Data는 굴착(18)항목 [EXCAVATION])Data와 같이 사용하지 않는 것이 좋다.

23) [ GAP ] 되메우기 폭의 입력

형식)   GAP   gap

설명)   gap         :. 흙막이 벽체와 콘크리트 구조물(슬래브, 콘크리트 벽체) 사이의 간격

생략시  0 (m)

24) [ EGAP ] 되메우기 토사의 탄성계수

형식)   EGAP   es

설명)   es          : 되메우기 토사의 탄성계수

생략시  1000 (t/㎡)

참고)  종전 버전(ver w5.51 이전) 에서는 구조물의 벽체가 흙막이 벽과 합성하여 저항하는 것으로 가정하여 실제현상과 다른 결과들을 가져오는 경우가 종종 있었다. ver w5.6부터 이를 개선하여 흙막이 벽과 구조물 사이에 간격이 있고 그 간격에는 토사로 되메우기 하는 것으로 하였다. 따라서 구조물이 흙막이 벽과 합성하여 저항하지를 않고 구조물은 단지 흙막이 벽을 받치는 역할을 하도록 하였다.

그림에서 흙막이 벽과 구조물 사이에 되메우기 토사의 역할을 하는 스프링이 부가되며 그 스프링의 강도는 다음과 같이 계산된다.

[eqn: rm K_backfill ~ = ~ E_s ~ / ~ gap]

해체시 구조물과 흙막이 벽사이를 되메우기 하면 최상부 부분은 다소 느슨한 점          을 감안하여 상부 50㎝ 구간은 되메우기 토사의 강성을 50% 로 저감시킨다.

만약 합벽이면 [eqn: rm gap ~ = ~ 0]을 입력하면 된다. 이때 [eqn: rm gap ~ = ~ 0.05]로 가정된다

또 top down 일 경우 다음과 같이 스프링 상수가 결정된다.

[eqn: rm k ~ = ~ thk ~ * ~ E_c ~/~L]

여기서[eqn: rm thk]는 슬래브 두께,[eqn: rm E_c]는 콘크리트의 탄성계수,[eqn: rm L]은 슬래브 길이의 1/2이다.

25) [ REMOVE ] (Strut 나 Anchor 解體時 data)

형식)   REMOVE {STRUT∣ANCHOR∣SLAB} remove-no.

설명)   STRUT      :  strut 를 해체

ANCHOR    :  anchor 를 해체

SLAB       :  slab 를 해체

remove-no.  :  해체되는 strut, anchor 또는 slab 의 번호

(入力하였던 番號를 사용)

참고)   어떤 단계에서 계산결과 인장을 받는 Slab 가 있을 때 (실제로 Slurry Wall 에 고정되지 않은 일반 Slab 는 인장에 저항하지 못하므로) Remove 한 후 다시 계산하여야 함.

콘크리트 벽체와 slab는 가시설과 설치시기가 다르고 또 가시설과 완전하게 결합되어 있지 않은 상태이므로,  REMOVE시 계산된 거동과 부재력은 실제와 다소 차이가 있을 수 있다. 어떤 경우는 slab 설치지점에서 과도한 부재력이 산정되는 때가 있으나, 경험적으로 이미 되 메우기를 한 부분에 대하여는 무시하여도 무방하다.

26) [ ITERATION ] (彈塑性 解析시 反復計算 한계 설정)

형식)   ITERATION  maxiter maxerr

설명)   maxiter : 彈塑性 해석시 최대 반복계산 회수

(생략시 15 회)

maxerr : 최대 반복회수 이내에서도 반복을 중지하는 오차한계

(생략시  0.01)

참고)   반복 계산시 오차가 Maxerr 이하가 될때 까지 계속한다.

단, 반복회수가 Maxiter 이 될 때까지도 오차가 Maxerr 보다 적어지지 않을 때는 반복계산을 중지한다.  보통의 경우 15 회 이내의 반복으로 오차 한계이내에 도달한다.

경우에 따라서 오차가 0 으로 수렴하지 않고 어떤 값 사이를 반복할 경우가 있는데, 이것은 어떤 깊이에서의 탄소성 Check 에서 한번은 소성상태, 그 다음은 탄성상태 사이를 반복하는 것이며, 이때는 계산 Model 과 Data 를 수정하여 다시 계산을 시도해 보아야 한다. (지반물성치, 벽체의 강성, 지보공의 위치, 최소지반반력계수, 분할간격등을 조정)

27) [ DEPTH CHECK ] (근입장 CHECK)

형식)   DEPTH   CHECK

설명)   본 Data 가 입력되면 굴착면 이하의 근입장 Check 가 수행된다.

최하단 지보공 또는 Slab 이하의 주동토압에 의한 Moment 를 Ma 라 하고 수동토압에 의한 Moment 를 Mp 라 하면 Ma = Pa・la

Mp = Pp・lp 가 되면 안전율 Mp / Ma 를 계산한다.

굴착면 이하 부분의 토압작용폭은 VWALL 에서 입력한 값 (pwidth 및 awidth) 이 사용된다.

지보공이 없는 자립식의 경우 근입장 체크 방법은 두 가지가 있다. 첫째 방법은 [eqn: rm SUM H ~=~ 0], [eqn: rm SUM M ~=~ 0] 법으로써 그림에서 [eqn: rm p1-p2+p3~=~0] 이 되게 [eqn: rm z]를 구하고, 임의의 점 예를 들어서 흙막이 벽체의 바닥[eqn: rm o] 에 대한 모멘트를 구하여 안전율을 구한다. Fs = Mp2 / (Mp1 + Mp3)가 된다.

또는 Mp2 = Mp1 + Mp3 가 되는 균형깊이를 구한 다음 그 깊이에 20% 가산하여 근입 깊이로 할 수 있다.

(DM7.2-95, Foundation Analysis and Design, Bowles, p419)

두 번째 방법은 ∑M = 0 방법으로써 흙막이 벽체의 하단에서 주동토압으로 인한 모멘트와 수동토압으로 인한 모멘트의 균형만을 생각하는 방법으로써 벽체의 바닥[eqn: rm o] 에 대한 모멘트를 계산한다.[eqn: rm M_a ~ = ~ P_a ~ TIMES ~ ( X-a)], [eqn: rm M_p ~ = ~ P_p~ TIMES ~ ( X-b)]. 본 방법은 앞의 방법에 비하여 간편하지만 균형깊이가 앞의 방법에 비하여 다소 짧게 나오며, 근입장은 균형깊이에 30%를 가산하는 것이 좋다. (최근 사면, 흙막이의 기술총람, 일본산업 서비스센터, p738-p751, 흙막이의 설계시공지침, 일본건축학회, p123). 본 프로그램에서는 두 번째 방법을 사용한다.

[eqn: rm SUM H ~=~ 0], [eqn: rm SUM M ~=~ 0] 방법             [eqn: rm SUM M ~=~ 0] 방법

28) [ GROUND SETTLEMENT ] (현재 굴착단계에서의 주변지반 침하량 계산)

형식)   GROUND SETTLEMENT

설명)   본 Data 가 입력된 단계에서만 주변 지반의 침하량을 Caspe 의 방법에 의해 계산한다.

29) [ SLIP ] (Anchor 의 미끄러짐 입력)

형식)   SLIP  anchor no.  slip

설명)   anchor no. : 앵커번호

slip       : 미끄러진 길이 (mm)

참고)   Earth Anchor 는 시간경과에 따라 여러가지 원인으로 미끄러짐이 발생할 경우가 있다. 이러한 원인은 앵커 정착부와 지반사이의 미끄러짐, 지반의 압밀 또는 압축으로 인한 미끄러짐, Earth Anchor 정착구에서의 미끄러짐 등이 있다.

이러한 미끄러짐을 사전에 예측하는 것은 곤란하나, 계측에 의하여 그 크기를 추정할 수 있는 경우가 있다.

즉, Load Cell 에서 측정된 Anchor 의 인장력은 늘어나지 않으면서 경사계의 변위는 늘어날 때 미끄러짐이 발생한 것을 알 수 있으며, 이 값을 입력하여 벽체에 실제적으로 작용하는 휨모멘트 및 전단력을 구할 수 있다.

Earth anchor의 미끄러짐 발생 Model

제 3 부  PROGRAM FLOW CHART

제 4 부  계 산 예

1. 단면 예

2. 해석순서

1. 1단 굴착 (GL-2.00m 까지)

2. 1단 Strut 설치 (GL-1.00m)

3. 2단 굴착 (GL-4.40m 까지)

4. 2단 Strut 설치 (GL-3.40m)

5. 3단 굴착 (GL-6.60m 까지)

6. 3단 E/Anchor 설치 (GL-6.10m)

7. 최종 굴착 (GL-9.0m 까지)

8. 기초 Slab 설치 및 Wall 설치 (GL-8.00m, -8.80m)

9. 3단 E/Anchor 해체

10. 지하1층 Slab 설치 및 Wall 설치 (GL-4.00m)

11. 2단 Strut 해체

12. 1층 Slab 설치 및 Wall 설치 (GL-1.0m)

13. 1단 Strut 해체

14. 장기간 안정성 검토

3. 기타 해석조건

(1) 초기 지하수위는 3.0m에서 굴착이 진행됨에 따라 한 단계 늦게 하강한다(비차수벽).

되메우기가 진행됨에따라 다시 회복된다.

(2) coulomb 토압으로 계산하며 벽면과의 마찰을 50%로 본다.

(3) 과재하중을 2 t/㎡(20 kN/㎡)으로 한다.

(4) 계측관리를 시행한다고 전제하고 아치 작용에 의한 토압감소 효과를 30% 고려한다.

(5) 되메우기 완료 후에는 (주동토압+정지토압)×1/2  토압으로 계산한다.

PROJECT    TEST DATA (test_si.dat)

UNIT   SI

SOIL   1   silty sand

19.0     10.0      0        30     30000

2   residual soil

20.0     12.0     10.0      35     40000    20.0    40     100000

PROFILE  1    6.0     1      1

2   20.0     2      2

VWALL   1    11.0    0.008336    0.000133     2.1E8    1.8    0.6   0.2

STRUT   1    1.0     0.01198     8.5      3.5     50

2    3.4     0.01198     8.5      3.5     100

ANCHOR  1    6.1     0.0003948     30    4.5   1.8    400

SLAB    1    8.8     0.4      10

2    8.0     0.4      10

3    4.0     0.2      10

4    1.0     0.2      10

WALL    1    8.0     8.8      0.6

2    4.0     8.0      0.4

3    0.0     4.0      0.3

MINKS       10

Output      1

STEP   1  EXCAVATION TO 2.0

OUTPUT  0

GWL 3.0  3.0   10.0

COULOMB  1.0   0.0   50

SURCHARGE   20.0

EXCAVATION  2.0

ARCHING   30   50

STEP   2  STRUT  1

CONST STRUT  1

STEP   3  EXCAVATION TO  4.4

GWL  3.0  4.4  7.0

EXCA  4.4

STEP   4  STRUT  2

CONST STRUT  2

STEP   5  EXCAVATION TO  6.6

GWL  4.4  6.6

EXCA  6.6

STEP   6  ANCHOR 1

CONST ANCHOR  1

STEP   7  EXCAVATION TO 9.0

GWL  6.6  9.0

EXCA  9.0

GROUND SETTLEMENT

DEPTH CHECK

STEP   8  SLAB 1, 2 AND WALL 1

CONST SLAB 1

CONST WALL 1

CONST SLAB 2

GWL  8.0  8.0  10.0

STEP   9  REMOVE ANCHOR 1

REMOVE ANCHOR 1

STEP  10  SLAB 3 AND WALL 2

CONST SLAB 3

CONST WALL 2

GWL  4.0  4.0

STEP  11  REMOVE STRUT 2

REMOVE STRUT 2

STEP  12  SLAB 4 AND WALL 3

CONST SLAB  4

CONST WALL  3

GWL  3.0  3.0

STEP  13  REMOVE STRUT 1

REMOVE STRUT 1

STEP  14  LONG TERM CHECK

COULOMB  0.5  0.5

END

PROJECT    TEST DATA (test_m.dat)

UNIT   m

SOIL   1   silty sand

1.9     1.0     0      30     3000

2   residual soil

2.0     1.2     1      35     4000    2    40     10000

PROFILE  1    6.0     1      1

2   20.0     2      2

VWALL   1    11.0    0.008336    0.000133     2.1E7    1.8    0.6

STRUT   1    1.0     0.01198     8.5      3.5     5.0

2    3.4     0.01198     8.5      3.5     10.0

ANCHOR  1    6.1     0.0003948     30    4.5   1.8    40

SLAB    1    8.8     0.4      10       2.1E6

2    8.0     0.4      10       2.1E6

3    4.0     0.2      10       2.1E6

4    1.0     0.2      10       2.1E6

WALL    1    8.0     8.8      0.6      2.1E6

2    4.0     8.0      0.4      2.1E6

3    0.0     4.0      0.3      2.1E6

MINKS       10

Output      1

STEP   1  EXCAVATION TO 2.0

OUTPUT  0

GWL 3.0  3.0   1.0

COULOMB  1.0   0.0   50

SURCHARGE   2.0

EXCAVATION  2.0

ARCHING   30   50

STEP   2  STRUT  1

CONST STRUT  1

STEP   3  EXCAVATION TO  4.4

GWL 3.0  4.4   0.7

EXCA  4.4

STEP   4  STRUT  2

CONST STRUT  2

STEP   5  EXCAVATION TO  6.6

GWL  4.4  6.6

EXCA  6.6

STEP   6  ANCHOR 1

CONST ANCHOR  1

STEP   7  EXCAVATION TO 9.0

GWL  6.6  9.0

EXCA  9.0

GROUND SETTLEMENT

DEPTH CHECK

STEP   8  SLAB 1, 2 AND WALL 1

CONST SLAB 1

CONST WALL 1

CONST SLAB 2

GWL 8.0  8.0  1.0

STEP   9  REMOVE ANCHOR 1

REMOVE ANCHOR 1

STEP  10  SLAB 3 AND WALL 2

CONST SLAB 3

CONST WALL 2

GWL  4.0  4.0

STEP  11  REMOVE STRUT 2

REMOVE STRUT 2

STEP  12  SLAB 4 AND WALL 3

CONST SLAB  4

CONST WALL  3

GWL  3.0  3.0

STEP  13  REMOVE STRUT 1

REMOVE STRUT 1

STEP  14  LONG TERM CHECK

COULOMB  0.5  0.5

END

제 5 부  DATA 작성시의 참고자료