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UC-win시리즈 동적 비선형 해석
 
UC-win/WCOMD Ver.2
RC구조의 2차원 동적비선형해석
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  프로그램 개요
라인
 
동경대학 콘크리트 연구실에서 개발된 철근콘크리트 구조물의 2차원 비선형 동적 해석/정적 해석의 해석 프로그램 WCOMD를 포럼에이트가 제품화.
WCOMD는, 해외에서도 매우 높은 평가를 얻고 있고 콘크리트에 관한 수많은 실험과 이론적 검증 결과에 기초를 둔 고정밀도의 구성칙을 이용하고 있으며, 균열이 생긴 여러가지 철근콘크리트 구조물의 2차원 비선형 동적 해석/정적 해석을 정밀도 좋게 시행할 수 있습니다.
해석 결과에서는, 구조물의 안전성의 평가나 데미지 레벨의 검토를 할 수 있으며, 보다 합리적으로 적절한 철근콘크리트 구조물의 설계를 하는 것이 가능합니다.
Ver.2부터, 철근의 좌굴 모델과 흙의 비배수 상태의 옵션이 추가되어, 보다 상세한 해석이 가능하게 되었습니다.

해석 모델 작성은, UC-win/MESH에 의해, 토폴로지컬한 모델의 생성이 가능합니다.
일반적인 설계에 사용할 때에 편리한 Basic모드와 연구에 사용할 때에 연구 성과등을 반영할 수 있도록 Advanced모드를 준비하고 있습니다.
Basic모드에서는, 재료 강도나 철근비에 따라서, 지금까지의 연구 성과에 기초를 둔 적절한 권장값이 내부에서 설정됩니다.
Advanced모드에서는, 더욱 상세한 데이터 항목이나 값의 설정을 할 수 있도록 되어 있습니다.

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   Ver.2.01.00 개정 내용(2009년 10월 30일 릴리스)
라인
   1. Windouws7, Windouwas Vista에 대응
   2. 저장 형식을 데이터 베이스 방식에서 일반적인 파일 방식으로 변경

  프로그램의 기능과 특징
라인
■기능 확장
1. 점성경계를 사용한 모델이나 마찰을 고려한 지승의 모델화등에 대응하는 경계 요소의 입력 제한을 완화.
2. 암반을 흙요소로 모델화 할 수 있도록 하기 위해 흙재료의 입력 제한을 완화.


■해석 대상
이하의 각 요소로 구성되는 구조물의 해석이 가능합니다. 지반 모델을 포함한 모든 RC구조물의 해석이 가능하다고 말해도 과언이 아닙니다.
  • RC Plate(RC요소):
    사용 콘크리트, 사용 철근, 철근비등으로 정의됩니다. 이 요소는 분산 균열 모델로써 취급합니다. 무근 콘크리트는 철근비가 0인 RC요소로써 취급합니다.
  • RC Joint(RC접합 요소):
    단면이 격변하는 곳에 (내진벽과 프레임, 각주와 푸팅등)에 설치하는 요소로, 철근비, 철근지름, 철근 정착 길이등으로 정의됩니다.
  • Soil(지반 요소):
    지반을 정의하는 요소로, 전단 탄성파 속도, 전단 강성, 전단 강도등으로 정의됩니다.
    지반의 구성칙-대교 모델에 대해서
    지중 구조물로의 적용에 대해서
  • Universal Joint(경계 요소):
    이질 요소의 경계(지반과 푸팅등)에 설치하는 요소로, 전단 강성, 접촉 강성등으로 정의됩니다. 또한, 탄성 고무 지승, 지반 바닥면의 점성 경계를 표현하는 것도 가능합니다.
  • Elastic Plate(탄성 요소):
    선형 거동을 나타내는 요소입니다. 균열이 생기지 않는 RC부분등에 적용함으로써 필요없는 계산을 줄일 수 있습니다.
    게다가, RC단면에서의 배근의 불균일함(주위는 철근이 많고, 중앙부는 적다)이나, 말뚝과 지반, 지반의 좌우단의 경계 조건등을 합리적으로 모델화하기 위해 Overlapping요소도 서포트하고 있습니다.


■해석 내용(대상 하중)
WCOMD에서는 이하의 해석이 가능합니다.
1. 비선형 동적 해석
비선형 시각력 응답 해석을 합니다. 지진 가속도로써 수평방향의 가속도 뿐만 아니라, 연직 방향의 가속도를 동시에 작용시킬 수 있습니다.
2. 정적 해석
자중 및 증가분 강제 변위와 증가분 하중을 부여한 경우의 해석을 합니다. 증가분 강제 변위, 증가분 하중의 재하 패턴은

 (1)Simple: 정의된 스텝까지 단조 증가
 (2)Cyclic: 정의된 스텝까지 단조 증가하고, 원점까지 단조 감소
 (3)Reversal Cyclic: Cyclic+반전Cyclic
 (4)Increasing Cyclic: Cyclic+2*Cyclic+3*Cyclic+…
 (5)Reversal Increasing Cyclic: Rev.Cyclic+2* Rev.Cyclic+3* Rev.Cyclic+…

및 이러한 각 재하 패턴에서의 하중이 충격적으로 재하되는 케이스(시간 간격은, 0.01초부터 1000초까지의 사이에서 설정할 수 있습니다)와 합쳐서 합계10패턴을 준비하고 있습니다. 설계자는 이러한 기능을 적절하게 이용함으로써 모든 재하 상태의 해석을 실행할 수 있습니다.
이러한 해석은 동시에 실시할 수 있기 때문에, 「자웅」, 「정적 하중」, 「동적 하중」의 순서로 실행됩니다. 따라서, 연직 토압과 수평 토압이 작용하고 있는 상태(단 불변)를 초기 상태로써 지진파를 입력하여 동적 해석을 하는 것이 가능합니다.


■해석 결과
설정된 파괴 기준에 기초를 둔 파괴의 판정을 합니다. 모든 요소 또는 모든 절점에 대한 각 계산 스텝에서 이하의 사항이 요구됩니다.
  • 균열 상태(균열 방향에 직교 방향 및 평행 방향의 변형)
  • 평균응력도(X, Y방향의 응력도, 주응력도, 편차응력도, 주응력의 방향)
  • 항복응력도, 응답 변위, 응답 속도, 응답 가속도, 반력, 단면력
전부를 화면에서 확인할 수 있으며, 모든 정보를 저장할 수 있기 때문에, 보고서의 작성으로 자유롭게 이용할 수 있습니다. 또한 변형의 크기에 따라서 손상의 정도를 평가하는 것이 가능합니다. Advanced모드에서는 판정을 위해 변형을 설계자가 설정할 수 있습니다.
 게다가, 각 스텝마다의 균열 발생 상황, 변위 상황, 응력 상태등을 동영상으로 확인할 수 있습니다. 정적 해석 결과의 확인에서는 하중 상태를, 동적 해석 결과의 확인에서는 입력 파형을 동시에 표시하기 때문에 응답 상황을 적확하게 파악할 수 있습니다. 동영상의 스피드나 변위의 배율은 선택할 수 있습니다.


■MESH의 특징
MESH는, 요소의 기하학적 형상 뿐만 아니라 해석에 필요한 요소의 특성, 경계 조건등을 간단하게 정의할 수 있으며, 그대로 WCOMD의 해석에 적용할 수 있습니다.
MESH에서는 요소의 삭제, 요소의 재분할, 절점의 이동, 일괄 정의, 일괄 삭제등의 기능이 서포트되며, 해석 모델을 단시간에 작성할 수 있습니다. 화면상에서 모든 편집을 하기 때문에, 구조 모델의 형상을 확인하면서 작업할 수 있습니다. 올바른 구조 모델이 작성되었는가 아닌가를 3차원으로 확인할 수 있습니다. 또 앞에서 기술한 것처럼 Basic모드 입력을 준비하고 있기 때문에, 통상의 RC구조물의 해석 모델 작성은 한층 더 간단합니다.
MESH에서는 먼저 말한 요소의 기초가 되는 재료(Concrete, Steel, Rc Joint, Universal Joint, Soil, Elastic)를 합계로 61종류까지 정의할 수 있도록 되어 있습니다.


■도움말, 샘플의 충실
일본어와 영어의 2가지 언어로 지원되며, 프로그램의 조작법뿐만 아니라, 본 프로그램에 관계가 있는 전문 용어나 Basic모드에서의 권장값의 근거등에 대해서도 상세하게 설명하고 있습니다. 따라서, Advanced모드에서 사용할 때에 참조함으로써 적절한 값을 설정할 수가 있습니다. WCOMD에 관한 논문명도 기재하고 있습니다. 또한, 이해를 깊게 하기 위해서 현재 5개의 계산례를 제공하고 있습니다.


■RC하부공의 설계 계산과의 연동으로, 일련의 성능 검토가 가능
RC하부공의 설계 계산에서 작성된 단주 교각, 및 라멘 교각의 메쉬 데이터를 임포트 할 수 있습니다. 연동하는 데이터는, 형상・재질・철근 배치・철근량・지층 데이터등입니다. 단주 교각의 경우는 교축 및 교축 직각의 양방향 모델의 메쉬를 자동 생성합니다. 라멘 교각의 경우는 교축 직각 방향만입니다.RC하부공의 설계 계산에서 작성된 데이터가 말뚝 기초라면, 말뚝 및 지층 데이터도 생성합니다. 이 기능을 이용함으로써, 보내법부터 동적 해석까지의 성능 검토를 일련으로 할 수 있습니다.


■지진 가속도 파형
고베, 카이호쿠, 이타시마를 비롯한 몇개의 강진 파형을 준비하고 있습니다. 또한, WCOMD에서의 지정 포맷을 도움말에 기재하고 있기 때문에, 설계자가 가지고 있는 강진 파형이라도 지정된 포맷으로 변환함으로써, 이용하는 것이 가능합니다. 이러한 강진 파형은 배율을 곱하거나 적용 범위를 설정할 수 있으며, 편집후의 파형을 등록하여 이용할 수 있습니다. 또한, 가속도 파형을 작성하기 위한 함수를 몇가지 준비하고 있기 때문에, 심플한 가속도 파형에 대해서 구조물이 어떻게 응답하는가를 확인할 수 있으며, 교육용으로써도 많이 활용할 수 있습니다.


■성능 검토에 대해서
「성능 검토형」의 설계가 설계의 표준이 되고 있습니다. 파괴 기준이나 손상의 정도를 평가하는 기준을 구조물의 형식이나 주위의 환경을 고려해서 적절하게 설정함으로써, 해당 구조물이 요구되고 있는 성능을 만족하고 있는가 아닌가의 판정을 할 수 있도록 되어 있습니다.
또한, 재하 패턴이나 강진 파형의 계산 범위를 적절하게 설정함으로써, 잔류 변형, 잔류 변위를 구할 수 있습니다.

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