Basic C. 3D_Frame
Revision No. : v1.0 Revision Date : 2010.06.30
Program Version : Civil2009 V.2.0.0 R3 Mail to : eakim@midasit.com
꼭 읽어보세요…
시간과 공간의 제약 없이, 혼자서도 midas Civil을 학습할 수 있도록 온라인 강의 를 시작합니다.
처음 midas Civil을 열어보았는데 어디서부터 어떻게 접근해야 할 지 막막합니다. 게다가 사용법도 모르는 프로그램으로 당장 처리해 야 할 업무가 잔뜩 쌓여 있으니, 답답하고 조급한 마음까지 생깁니다.
홈페이지에서 “따라하기” 자료를 받아 따라해 보지만, 어느 부분에서 잘못된 것인지? 아주 사소한 문제인 것 같은데, 혼자서는 해결이 어렵습니다. 이럴 때 주변에 물어볼 사람이라도 있으면 다행이지만, 불행히도 midas Civil을 잘 쓰는 동료가 없으니 정말 낭패입니다.
홈페이지의 “질문과 답변” 게시판이 있는데, 이렇게 사소한 질문을 올려도 될지? 망설여집니다. 창피하기도 하고, 다시 한번 스스로 문 제를 찾아보려고 하지만 여전히 해결은 안됩니다
시간과 공간의 제약 없이, 혼자서 을 학습할 수 있 록 온라인 강의 를 시작합니다.
“
제를 찾아보려고 하지만, 여전히 해결은 안됩니다.
프로그램을 교육을 받아 봐야겠단 생각이 듭니다. 홈페이지에서 오프라인 교육 일정을 보니, 날짜가 한참 남았습니다. 당장 해야할 일 들이 있는데, 교육일정을 기다릴 수가 없습니다. 다행히 날짜가 맞아 참석할 수 있다고 해도, 이틀이나 자리를 비우는 것도 부담이고, 지방에서 가려니 시간과 비용도 만만치 않습니다.
midas Civil을 만나는 첫 단계에서 이런 어려움을 느끼는 사용자들을 위해, 온라인 동영상 강좌 서비스를 준비하였습니 다. 온라인 강좌는…
“”
해석을 시작하 자
•시간과 공간의 제약없이 언제든 학습할 수 있습니다.
•온라인 강좌를 학습하면, 다른 따라하기 자료를 충분히 혼자서도 익힐 수 있는 기본실력을 쌓을 수 있습니다.
•매년 수천건의 사용자 질문에 답변하고, 수백명의 교육생을 만나면서 쌓인 노하우로 초보자들이 궁금해 하는 부분 을 미리 파악하고 설명하여, 혼자서도 막힘없이 학습할 수 있습니다.
•MIDASIT의 본사 교육실에서 진행하는 오프라인 교육의 Civil Basic 과정을 충실히 반영하였습니다.
9 교과서에서 배운 내용을 바탕으로 좀 더 심화된 구조해석 방법을 익히길 원하는 학생 9 실무 구조해석 능력을 미리 익혀 남다른 성과를 내고자 하는 신입사원
9 현재 구조해석 업무를 수행하고 있더라도, 체계적으로 midas Civil을 학습하고자 하는 실무자
이 교재는 처음 구조해석을 시작하는 초보자 를 위해 제작되었습니다.
동영상 강의는 총 3편의 필수 따라하기로 구성 되어 있습니다
동영상 강의는 총 3편의 필수 따라하기로 구성 되어 있습니다.
“1편 단순보” 에선 간단한 단순보를 통해 midas Civil의 모델 링 및 해석결과 확인 절차를 습득합니다. 또한 수계산을 통해 단순보의 반력/변위/부재력/응력 등을 구하고, 이와 비교해 midas Civil의 입·출력 항목이 어떻게 대응되는지 알아봅니다.
| 단순보|
Step. 1 시작하기
“2편 라멘구조” 에서는 동일한 구조물을 2D, 3D로 모델링 하여, 해석목적에 따른 유한요소 선택방법을 알아봅니다. 또한 Beam과 Plate에 다양한 하중을 입 력해 봅니다.
| 라멘구조| Step. 2
익숙해지기
“3편 철골구조” 에서는 2편 라멘구조에서 다루지 못한 다양편 철골구 에서는 편 라멘구 에서 다루지 못한 다양 한 모델링 기능을 살펴봅니다. 그리고 모델에 적용된 단면이 작용하중을 견디기에 충분한 강도를 지니고 있는지 설계기준 에 따라 검토한 후, 그 검토내용을 계산서로 출력하는 방법을 알아봅니다.
꼭 읽어보세요…
필수 따라하기 3편을 통해, midas Civil의 기본기능을 모두 학습 할 수 있습니다.
필수 따라하기 편을 통해, das C 의 기본기능을 두 학습 할 수 있습니다.
midas Civil을 이용해 구조해석을 수행할 때, “반드시 알아야 할 필수 기능”을 정리하였습니다.
아래와 같이 항목별 필수 기능을 나열하고, 3편의 따라하기에서 이 기능을 모두 다룰 수 있도록 교재를 구성하였습니다.
midas Civil의 기능적인 내용 뿐 아니라 구조적인 배경이론도 함께 학습 할 수 있습니다.
“이 경계조건의 의미는 무엇일까? 요소는 왜 분할하나? 요소의 Local 좌표는 왜 맞춰야 하나? 이 입력항목들은 대체 어 따라서, 3편의 따라하기를 모두 학습하면 1) midas Civil 기본적인 사용법과 2) 선형정적해석 수준의 모델링 및 결과확 인 방법을 습득할 수 있습니다.
이 따라하기 교재는 동영상 강의의 보조 교재 입니다. 이렇게 학습 하세요.
이 경계조건의 의미는 무엇일까? 요소는 왜 분할하나? 요소의 Local 좌표는 왜 맞춰야 하나? 이 입력항목들은 대체 어 디에 쓰이는 걸까? 해석은 다 했는데 이 결과가 무슨 의미일까?“
따라하기를 교재를 보면서 많은 유저들이 궁금해 하는 질문들을 뽑아 배경설명을 추가 하였습니다.
가벼운 마음으로 동영상 강의를 듣습니다.
강의의 전체흐름과 학습목표 정도만 파악합니다.
따라하기 교재를 참고하면서, midas Civil 프 로그램을 직접 구동해 모델링 과정을 실습합
1
2
니다. | 동영상 강의|
다시 한번 따라하기 내용을 살펴보며, 모델링 과정과 해석결과의 의미를 따져봅니다.
3
2단계에서는 절차를 따라하는데 급급해, 내용을 깊이 있게 보기 어렵습니다. 앞뒤 관계와 의미를 따져보며,
| 따라하기 교재|
특히, 따라하기 교재에서 필름표시 동영상 가 있는 부분은 중요한 내용이므로, 동영상강의의 설명을 충분히 이해하도록 합니다.
필요한 부분은 동영상 강좌의 내용을 다시 확인합니다.
01. 개요
이번 예제에서 다룰 구조물은 Pipe rack으로 불리는 일종의 선반입니다. 플랜트에서 복잡하게 연결된 배관을 지지하기 위한 구조물입니다. 이와 유사한 형태의 3차원 Frame 구조는 여러 곳에 서 찾아볼 수 있습니다. 교량의 시공단계에 사용하는 가설 Bent, 골조로 이루어진 공장구조물, 기 계 장치를 지지하는 기초, 아치교, 트러스교, 현수교 앵커리지 프레임 등 다양한 곳에서 찾아볼 수 있습니다. 이런 3차원 입체 프레임 구조물을 모델링 할 때, 공통적으로 사용하는 필수 기능들 을 이용해 Pipe rack을 모델링 함으로 유사한 형태의 입체 프레임들을 쉽게 모델링 할 수 있도록 모델링 스킬과 응용력을 키우도록 합니다.
모델링을 진행할 Pipe rack의 구조 형상은 다음과 같습니다.
| 구조 형상 |
1. 파일 열기 및 작업 기본환경 설정 2. 부재재질 및 단면데이터 입력 3. 절점 및 요소를 사용한 구조모델링 4 구조물 지지조건 입력
이 예제에서 서술할 단계별 해석절차는 다음과 같습니다.
4. 구조물 지지조건 입력 5. 각종 하중 입력 6. 구조해석 수행 7. 해석결과 검토 및 분석 8. 단면 검토 및 계산서 출력
midas Civil을 이용한 구조모델링을 시작하기 위해 새파일 ( New Project)을 열고, 파일 이름
02. 작업환경설정
을 ‘3D_Frame.mcb’ 로 저장 ( Save)합니다.
Main Menu의File > New Project Main Menu의File > Save
1. 파일 이름에 ‘3D_Frame.mcb’ 입력 후 버튼 클릭
Main Menu에서Tools > Unit System 단위계를 설정합니다.
2. Length 선택란에서 ‘m’, Force(Mass) 선택란에서 ‘kN(ton)’ 선택
3. 버튼 클릭
| 단위계 설정 |
03. 속성 정의
재질을 정의합니다.
Main Menu에서Model > Properties > Material
1. 버튼 클릭
2. Type of Design 선택란에서 ‘Steel’ 확인 3. Standard선택란에서 ‘KS08-Civil(S)’ 확인 4. DB선택란에서 ‘SS400’ 선택
5 버튼 클릭
5. 버튼 클릭
6. 버튼 클릭
Main Menu에서Model > Properties > Section
7 버튼 클릭
단면을 정의합니다.
Property창 상부의 탭을 선택해 ‘Material’에서 바 로 ‘Section’ 메뉴로 이동 할 수도 있다.
7. 버튼 클릭
8. Name 입력란에 ‘수직재’ 입력 9. 단면형상목록에서 ‘H-Section’ 선택 10. 단면정의방법 선택 항목 중 ‘DB’ 선택
11. Sect. Name 선택란에 ’H 300x300x10/15’ 선택
12. 버튼 클릭
13 2 6번 과정을 반복하여 위의 표에 명시된 단면 형상 입력
Sect. Name목록란에서 마우스를 이용해 List에 서 선택할 수도 있지만,
13. 2~6번 과정을 반복하여 위의 표에 명시된 단면 형상 입력 14. 마지막 단면 ‘경사재-YZ’ 입력 후 버튼 클릭
15. 버튼 클릭
키보드를 이용해 입력하 면 해당 단면이 자동으 로 스크롤된다.
No. Name 규 격
1 수직재수직재 H 300x300x10/15/ 2 수평재1 H 340x250x9/14 3 수평재2 H 200x100x5.5/8 4 경사재 – XY T 100x100x5.5/8 5 경사재 – XZ T 100x100x5 5/8 5 경사재 XZ T 100x100x5.5/8 6 경사재 – YZ L 80x6
03. 속성 정의
단면의 의미단면을 정의하는 또 다른 방법 1 - Section Table
midas Civil의 Table은 Excel과 호환되므로, Ctrl+C, Ctrl+V 만으로 쉽게 데이터를 입력하거 나, 보고서로 정리할 수 있습니다.
Main Menu에서Model > Properties > Section
단면의 의미단면을 정의하는 또 다른 방법 1 - Section Table
다른 모델파일로부터 단면정보를 불러들입니다. 반복해서 사용하는 단면정보가 있는 경우 단면을 정의하는 또 다른 방법 2 - Import Section
유용합니다.
Main Menu에서Model > Properties > Section
1. 버튼 클릭
04. 형상모델링
Auto CAD의 dxf파일을 이용하여 기본평면을 불러옵니다.
Main Menu에서File > Import > Auto CAD DXF File…
1. 버튼 클릭하여, ‘Plan.dxf’ 파일 선택
2. All Layer 항목의 레이어를 모두 선택한 후, 버튼을 눌러 오른쪽으로 이동 3. Properties의 Sect. 란에 ‘100’ 입력
4. Scale Factor 입력란에 ‘0.001’ 입력
캐드에서 적용한 단위가
모델의 단위와 서로 다 5. Origin Point 입력란에 ‘0, 0, 0’ 확인
6. 버튼 클릭
7. Auto Fitting 모델의 단위와 서로 다
르 게 되 어 있 을 경 우 Scale Factor 를 이 용 해 조정한다. 지금 불러들인 dxf 파일은 mm 단위로 작성한 것이므로 0.001 로 조정한다.
dxf 파일에서 불러들인 요소들은 모두 보요소로 들어온다.
| DXF 불러오기 |
DXF File을 이용해 Import 할 때에는 DXF File을 이용해 Import 할 때에는…
| 구조물의 이상화 | | 곡선의 직선화 |
04. 형상모델링
2차원 CAD 데이터로 불러들여 XY평면에 놓인 구조물을 XZ평면으로 오도록 회전합니다.
Main Menu에서Model > Nodes > Rotate…
1. Mode 선택란에서 ‘Move’ 선택
2. Rotation의 Angle of Rotation에 ‘90’ 입력 3. Axis of Rotation에 ‘About x-axis’ 체크 4. Select All 클릭
5. 버튼 클릭
6. Front View 클릭
| 기본 2차원 트러스 |
dxf 파일을 이용해 불러들여 요소들은 전부 Beam요소로 할당되어 있습니다. 따라서 가운데 브
04. 형상모델링
레이싱에 해당하는 부재는 축력에만 저항하는 트러스로 변경합니다.
Main Menu에서Model > Elements > Change Elements Parameters 1. Parameter Type 선택란에서 ‘Element Type’ 선택
2. Mode에서 From : 선택란에 ’General beam/Tapered beam’ 선택 3. To : 선택란에 ‘Truss’ 확인
4. Select by Intersecting 클릭 후 아래 그림과 같이 ‘브레이싱 부재’만 선택
5. 버튼 클릭
6. 버튼 클릭
Works Tree 의 Element 항을 보면, 18개의 Truss 와 40개의 Beam으로 구 성되어 있는 것을 확인 할 수 있다.
| 브레이싱 요소 타입 변경 |
브레이싱 요소의 단면을 변경합니다.
04. 형상모델링
Main Menu에서Model > Elements > Change Elements Parameters 1. Parameter Type 선택란에서 ‘Section ID’ 선택
2. Mode에서 Assign, Define 항목에 Check on 3. 부재 선택란에 ‘5 : 경사재-XZ’ 확인
4. Select Element by Identifying
5. Select Type 선택란에 Element Type에서 ‘Truss’ 선택 6. 버튼 클릭, 버튼 클릭
7. 버튼 클릭, 버튼 클릭
| 브레이싱 단면 변경 |
Tip |단면정보 확인 방법
Works Tree에서 Section 부분의 단면 표기 색상은 파란색, 검은색, 빨간색이 있습니다.
• 검은색은 단면이 정의되어 있고, 현재 모델에 사용되고 있는 상태를 나타냅니다.
있는 상태를 나타냅니다
• 파란색은 단면이 정의되었지만, 아직 어떤 요소에도 할당 되지 않은 상태입니다.
• 빨간색은 모델에 사용되고 있지만, 이 단면이 어떤 형태 인지 아직 정의되지 않은 상태입니다.
나머지 요소들 역시 단면을 바꾸어줍니다. 이 때 더욱 간편한 방법인 Work Tree를 이용해 단면
04. 형상모델링
정보를 변경합니다.
Tree Menu에서 Work탭 선택 1. Select by Window 2. 그림①과 같이 기둥부재 선택
3. Tree Menu에서 ‘Work > Section > 1 : 수직재‘ 를 Drag & Drop 림 와 같이 주거더 부분 선택
Drag& Drop을 사용해서 입력, 또는 오른쪽 마우
4. 그림②와 같이 주거더 부분 선택
5. Tree Menu에서 ‘Work > Section > 2 : 수평재1’ 을 Drag & Drop 6. Work Tree에서 100번 단면을 더블 클릭하여 그림③부분 선택 7. Tree Menu에서 ‘Work > Section > 3 : 수평재2’ 을 Drag & Drop 8. Display 클릭 Property탭의 ‘Property Name’ 에 Check on
9. 버튼 클릭
10 림④와 같이 부재명이 화면에 출력되면 확인 후 Di l 클릭 P 탭의
력 쪽 마우
스를 클릭하여 Assign명 령을 클릭해도 동일한 과정을 수행한다.
10. 그림④와 같이 부재명이 화면에 출력되면 확인 후 Display 클릭 Property탭의
‘Property Name’ 에 Check off
11. 버튼 클릭
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33 44
| 단면 속성 변경 |
오른쪽 하부에 브레이싱을 생성합니다.
04. 형상모델링
Main Menu에서Model > Elements > Create Elements 1. Display Node Numbers (Toggle on)
2. Element Type에 ‘Truss’ 선택 3. Material 선택란에 ‘1 : SS400’ 확인 4. Section 선택란에 ‘5 : 경사재-XZ’ 선택 5. Intersect에 ‘Node’ 와 ‘Elem’ 에 Check off
6. Nodal Connectivity를 클릭하여 녹색으로 활성화 시킨 후 ‘절점18, 20’, 절점19, 21’,
‘절점20, 23’, ‘절점21, 22’ 를 차례로 클릭하여 요소 생성
Intersect기능을 해제하 면 생성하는 요소가 절 점 혹은 요소를 교차하 여도 분할되지 않는다.
| 하부 브레이싱 요소 생성 |
04. 형상모델링
Tip |Intersect: Node, Elem
Intersect: Node, Elem은 요소가 생성될 위치에 절점이나 요소가 이미 존재하고 있을때, 그 위치에서 새로 생성될 요소를 교차점에서 분할여부를 결정하는 옵션입니다. 요소생성시 Intersect: Node, Elem옵션에 Check on 하면 요소를 분할하고, Check off 할 경우 요소를 분할하지 않습니다.
요소 생성시 Intersect: Node, Elem 옵션에 Check on/off 상태를 비교합니다.
•Intersect: Node, Elem 옵션에 Check on
요소생성
Intersect: Node, Elem 옵 션 에 Check on한 상태에서 요소를 생 성하면 교차지점이 분할되어 생 성되는 것을 확인할 수 있습니다.
교차지점 분할
•Intersect: Node, Elem 옵션에 Check off
요소생성 교차지점 분할없이 생성
Intersect: Node, Elem 옵 션 에 Check off한 상태에서 요소를 생 성하면 요소를 분할 없이 입력합 니다.
모델링 과정에서 Intersect: Node, Elem 옵션에 Check on/off 실수로 인해 수정해야 하는 경우가 생기면 다음과 같은 방법으로 수정합니다.
•분할없이 생성된 요소를 분할하는 경우
Main Menu에서Model > Elements > Intersect…
1. Select Window 클릭 후 분할대상요소 선택
2. 버튼 클릭
•분할된 요소를 합치는 경우
분할없는 요소 분할대상요소선택 요소분할
Main Menu에서Model > Elements > Merge…
3. Forced Merge 옵션에 Check on
4. Element 입력란을 마우스로 한 번 클릭하여 녹색으로 반전되면 합치고자 하는 두 개의 요소를 차례로 클릭
분할된 요소 요소병합 분할없는 요소
요소 복제를 통해 3차원 Frame으로 확장합니다.
04. 형상모델링
Main Menu에서Model > Elements > Translate…
1. Mode에 ‘Copy’ 확인
2. Translation에서 Equal Distance 옵션 확인 3. dx, dy, dz 입력란에 ‘0, 3, 0’ 입력
4. Section inc.에 ‘1’ 입력
Section Inc. 옵션에 1을 입력하면 복제되는 요소
5. 화면하단 status bar의 Section Filter를 ‘x’로 변경
6. Select by Window 클릭 후 그림①과 같이 ‘수평재’ 선택
7. 버튼 클릭
8. Iso View
9. 부재생성 확인 후, Front View 클릭
10. 화면하단 status bar의 Section Filter를 ‘none’으로 변경 입력하면, 복제되는 요소
의 단면 ID를 1증가해 단 면을 할당한다. Section 이외 Material, Thickness 역시 동일하게 적용된다.
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|요소의 3차원 확장|
가로보를 입력합니다.
04. 형상모델링
Main Menu에서Model > Elements > Extrude…
1. Extrude Type에 ‘Node -> Line Element’ 선택 2. Section 선택란에 ‘2 : 수평재1’ 선택
3. Select by Window 클릭 후 그림①과 같이 수직부재 선택 4. Iso View
Extrude Type의 선택에 서 Node->Line Element 를 선택하였으므로 그림
5. Translation에 ‘Equal Distance’ 옵션 선택
6. dx, dy, dz 란을 클릭하여 녹색으로 활성화 시킨 후 ‘절점11, 39’를 차례로 클릭 7. Number of Times에 ‘1’ 확인
8. 버튼 클릭
①에서 선택된 요소에는 영향을 미치지 않고 절 점만을 요소로 확장한다.
dx, dy, dz의 입력방법은 마우스로 두 절점을 클 릭하여 두점간의 변위로 입력하거나 키보드로 직 접 입력할 수 있다 접 입력할 수 있다.
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|가로보 입력|
작은 가로보를 생성합니다.
04. 형상모델링
Main Menu에서Model > Elements > Extrude…
1. Extrude Type에 ‘Node -> Line Element’ 확인 2. Section 선택란에 ‘3 : 수평재2’ 선택
3. Front View
4. Select by Window클릭 후 그림①과 같이 선택
선 택 시 Selection Filter
기능을 활용하면 더욱 5. dx, dy, dz 입력란에 ‘0, 3, 0’ 확인 6. Number of Times에 ‘1’ 확인
7. 버튼 클릭
8. Iso View 클릭 후 부재 생성 확인 기능을 활용하면 더욱
손쉬운 선택이 가능하다.
전 단계와 같이 Extrude 를 실행하고 같은 거리 를 가지므로 별도의 수 정을 하지 않아도 된다.
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|작은 가로보 생성|
평면 Frame 요소를 복사하여 3차원 구조물을 완성합니다..
04. 형상모델링
Main Menu에서Model > Elements > Translate…
1. Mode에 ‘Copy’ 확인
2. Translation에 ‘Equal Distance’ 옵션 선택
3. dx, dy, dz 란을 클릭하여 녹색으로 활성화 시킨 후 ‘절점 11’과 ‘절점58’을 차례로 클릭 4. Number of Times 입력란에 ‘1’ 확인
5. Select by Plane 6. ‘XZ Plane’ 항목에 Check on 7. Y Position 입력란에 ‘0’ 입력
8. 버튼 클릭
9. 버튼 클릭
10. 버튼 클릭
|평면 Frame 요소 복제|
XY평면 브레이싱을 입력합니다. 이 때 요소를 입력할 부분만 활성화하여 화면에 표시한 후 브레
04. 형상모델링
이싱 요소를 생성합니다.
Main Menu에서Model > Elements > Create Elements 1. Front View 클릭
2. Select by Window 클릭 후 그림①을 참조하여 요소 선택 3. Active 클릭, Top View 클릭
l 선택란에 ‘ ’ 선택
Main Menu를 통해 실행 하는 방법 이외에 화면 에서 마우스 오른쪽 버 튼을 클릭하여 Contect Menu를 통한 방법도 사
용할 수 있다 4. Element Type 선택란에 ‘Truss’ 선택 5. Section 선택란에 ‘4 : 경사재-XY’ 선택
6. Nodal Connectivity를 클릭하여 녹색으로 활성화 시킨 후, ‘절점66, 39’, ‘절점39, 12’,
‘절점12, 41’, ‘절점41, 66’ 을 차례로 클릭하여 요소 생성 용할 수 있다.
11
|XY평면 브레이싱 요소 생성|
요소를 생성한 위치의 확인을 용이하게 하기 위해 Inactive상태에 있는 요소를 실선으로 화면에
04. 형상모델링
표기합니다.
Main Menu에서View > Display Option 1. Display Option 창에서 ‘Draw’ 탭 선택
2. Select Item 목록에서 ‘Inactivated Object’ 항목 선택 3. Option Value 에서 ‘Show Element, Node’ 항목에 Check on 4 ‘Including Zoom Fit’ 항목에 Check on
Inactive상태에 있는 부 4. Including Zoom Fit 항목에 Check on
5. 버튼 클릭
6. Iso View
Inactive상태에 있는 부 분도 Fitting에 포함시켜 준다.
|Display Option|
XY평면 브레이싱 요소를 복사를 통해 나머지 위치에도 생성합니다.
04. 형상모델링
Main Menu에서Model > Elements > Translate…
1. Mode 선택란에 ‘Copy’ 확인
2. Translation의 ‘Equal Distance’ 옵션 선택
3. dx, dy, dz를 클릭하여 녹색으로 활성화 시킨 후 ‘절점 11’과 ‘절점13’ 을 차례로 클릭 4. Number of Times 에 ‘3’ 입력
5. Select Elements by Identifying
6. Select Type 에 Section 탭에 ‘4 : 경사재-XY’ 클릭
7. 버튼 클릭
8. 버튼 클릭
9. 버튼 클릭
10. dx, dy, dz 입력란에 ‘0, 0, 2.5’ 입력 11. Number of Times 에 ‘1’ 입력 12. Select Recent Entities
13. 버튼 클릭
이전 단계에서 생성한 요소를 선택한다.
|XY평면 브레이싱 요소 복제|
YZ평면 브레이싱을 입력합니다. 이 때 XY평면 브레이싱 입력방법과 마찬가지로 요소를 입력할
04. 형상모델링
부분만 활성화하여 화면에 표시한 후 브레이싱 요소를 생성합니다.
Main Menu에서Model > Elements > Create Elements 1. Active All
2. Select by Plane
3. ‘YZ Plane’ 항목에 Check on 4 X P iti 입력란에 ‘0’ 입력 4. X Position 입력란에 ‘0’ 입력
5. 버튼 클릭
6. 버튼 클릭
7. Active 클릭, Left View 클릭 8. Element Type 선택란에 ‘Truss’ 선택 9. Section 선택란에 ‘6 : 경사재-YZ’ 선택
10 N d l C ti it 를 클릭 녹색으로 활성화 시킨 후 ‘절점58 37’ ‘절점37 11’ ‘절점 10. Nodal Connectivity를 클릭 녹색으로 활성화 시킨 후, ‘절점58, 37’, ‘절점37, 11’, ‘절점
81, 39’, ‘절점39, 14’ 을 차례로 클릭하여 요소 생성 11. Iso View
|YZ평면 브레이싱 생성|
복제를 통해 나머지 위치에도 YZ평면 브레이싱 요소를 생성합니다.
04. 형상모델링
Main Menu에서Model > Elements > Translate…
1. Mode 에 ‘copy’ 확인
2. Translation에 ‘Unequal Distance’ 옵션 선택 3. Axis 선택 항목에서 ‘x’ 선택
4. Distance 입력란에 차례로 ‘6, 15, 3’입력
Distance 입력시 ( , )대
신 Space bar를 사용해 5. Select by Intersecting 클릭 후 그림①과 같이 ‘하부 YZ브레이싱 부재’ 선택
6. 버튼 클릭
신 Space bar를 사용해 도 같은 의미를 가진다.
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|YZ평면 브레이싱 요소 생성|
구조형상입력이 완료되면 완성된 Pipe rack 모델을 확인합니다. 여러가지 확인 방법이 있지만
04. 형상모델링
그 중 단면별 Random Color 지정을 통해 단면별로 색상을 다르게 함으로 올바른 반면부여가 이 루어 졌는지 확인합니다.
Main Menu에서View > Display Option 1. Active All
2. Display Option 창 상부에서 ‘Draw’ 탭 선택 3 Select Item 항목에서 ‘Element Color’ 확인 3. Select Item 항목에서 Element Color 확인
4. Option Value 항목에서 ‘Section/Thickness Color’ 옵션에 선택
5. 버튼 클릭
6. 버튼 클릭
7. 버튼 클릭
8. 단면부여 현황확인
9 Display Option의 Element Color에서 ‘Global Color’ 선택 9. Display Option의 Element Color에서 Global Color 선택
10. 버튼 클릭
11. 버튼 클릭
|단면별 색상 확인|
모델의 지점부에 경계조건을 입력합니다.
05. 경계조건 입력
Main Menu에서Model > Boundaries > Supports…
1. Options 선택란에서 ’Add’ 확인
2. Support Type 선택란에서 ‘D-ALL’ 에 Check on 3. Select by Plane 클릭
4. Plane 에서 ‘XY Plane’ 선택
5. Z Position 에서 ‘0’ 입력 또는 마우스로 구조물 지점부의 절점 클릭
6. 버튼 클릭
7. 버튼 클릭
| 경계조건 입력 |
Tip |경계조건 입력 및 수정
위의 그림에서 그림①의 Menu선택 리스트옆 버튼 을 클릭하면, 해당 메뉴와 연관된 테이블로 연결됩니다.
테이블에서 ‘1’은 자유도가 구속된 상태이고, ‘0’은 구속 되지 않은 상태입니다 Table에서 바로 값을 입력해서 되지 않은 상태입니다. Table에서 바로 값을 입력해서 경계조건을 변경할 수 있습니다. 테이블에서는 Ctrl+C, Ctrl+V로 편집도 쉽게 할 수 있어 상황에 따라 유용하게 사용할 수 있습니다.
06. 하중입력
1. 하중조건 생성
Main Menu에서Load > Static Load Cases 1. Name 입력란에서 ‘자중’ 입력
2. Type 선택란에서 ‘User Defined Load (USER)’ 선택
3 버튼 클릭
하중조건을 정의합니다.
3. 버튼 클릭
4. Name 입력란에서 ‘집중하중’ 입력
5. 버튼 클릭
6. 버튼 클릭
| Load Case 정의 |
06. 하중입력
2. 자중 입력
Main Menu에서Load > Self Weight…
1. Load Case Name 선택란에서 ‘자중’ 선택 2 S lf W i h F 의 Z에 ‘ 1 1’ 입력
자중을 입력합니다. 이 때 모델링에 반영한 부재 이외에 볼트나 거셋 플레이트, 기타 적재물 등 모델링에 포함하지 않은 부분을 고려해 10% 가량 자중을 증가시켜 입력합니다.
Load Case Name 오 른
쪽의 버튼을 클릭하면 2. Self Weight Factor의 Z에 ‘-1.1’ 입력
3. 버튼 클릭
쪽의 버튼을 클릭하면 하중조건을 생성할 수 있다.
| 자중 입력|
06. 하중입력
3. 집중하중 입력
Frame 구조물에 매달아 놓은 파이프의 하중을 보요소에 집중하중으로 입력합니다.
Main Menu에서Load > Element Beam Loads 1. Load Case Name 에서 ‘집중하중’ 선택 2. Options 에서 ‘Add’ 확인
3 L d T 선택란에서 ‘C d F ’ 선택 3. Load Type 선택란에서 ‘Concentrated Forces’ 선택 4. Direction 선택란에서 ‘Global Z’ 확인
5. Value 에서 x1 입력란에 ‘0.5’ 입력 6. Value 에서 x2, x3, x4 입력란에 ‘0’ 확인 7. Value 에서 P1 입력란에 ‘-5’ 입력 8. Value 에서 P2, P3, P4 입력란에 ‘0’ 확인 9 S l ti Filt 선택목록에서 ‘ ’ 선택 9. Selection Filter 선택목록에서 ‘y’ 선택 10. Select by intersecting
11. 그림①과 같이 보요소 선택
12. 버튼 클릭
13. Selection Filter 선택목록에서 ‘none’ 선택
06. 하중입력
4. 하중 입력 확인
입력한 하중을 확인하고 오류부분을 수정하는 방법에 대해 알아보겠습니다. Pipe rack 모델링에 서 Beam Load로 예를 들어 살펴보겠습니다.
또한, Table을 이용하여 수정할 경우 Ctrl+C 및 Ctrl+V 로 편집할 수 있으므로 오류부분을 한꺼 번에 변경할 수 있습니다.
Main Menu에서Load > Load Table > Beam Loads 1. 하중입력상태 확인 및 오류부분 수정
| 하중 Table |
07. 해석
입력된 하중조건으로 모델의 구조해석을 수행합니다. 구조해석이 시작되면 화면중앙에 구조해 석이 수행되고 있음을 알려주는 대화상자가 나타나고, 화면 하부의 Message Window에 요소강 성행렬의 구성과 조합과정을 포함한 전 해석과정이 단계별로 나타납니다.
해석 작업이 완료되면 총 해석 소요시간이 Message Window에 표시되고, 화면중앙의 창이 사라 집니다.
Main Menu에서Analysis > PerformAnalysis Main Menu에서Analysis > Perform Analysis
08. 결과확인
1. 하중조합
midas Civil은 하중조합조건을 입력단계에서 미리 정의할 필요없이 후처리 단계에서 입력할 수 있도록 설계되었습니다. 후처리 단계에서 원하는 하중조합조건을 입력하면 각 단위하중 조건별 해석결과가 선형조합과정을 거쳐 출력되기 때문에 보다 효율적입니다.
하중조합조건 (Com) : 1.0 자중 + 1.0 집중하중
Main Menu에서Results > Combinations
1. Load Combination List의 Name 입력란에 ‘Com’ 입력 2. Loadcases and Factors의 Load Case 선택란에서 ‘자중’ 선택 3. Factor 입력란에 ‘1.0’ 입력
4. Load Case입력란의 두번째 줄에서 ‘집중하중’ 선택 5. Factor 입력란에 ‘1.0’ 입력
6. 버튼 클릭
| 하중조합 생성 |
08. 결과확인
2. 반력확인
반력을 확인합니다. 반력의 확인하는 데에는 두 가지 의미를 가지고 있습니다.
첫번째는 하중이 올바르게 입력되었는지 확인할 수 있습니다. 반력의 총합은 작용하는 하중의 총합과 같습니다. 누락된 하중이 있거나 단위를 잘못 설정해 하중의 합이 크게 차이 나는지 가늠 해 볼 수 있습니다.
두번째는 다음 단계 계산을 위한 자료가 됩니다. 이 모델에서는 하단의 기초설계를 위한 하중이 되고, 상부구조만 모델링 한 교량에서 반력은 교량 받침의 용량을 결정하기 위한 하중이 됩니다.
Main Menu에서Results > Reactions > Reaction Forces/Moments 1. Load Cases/Combinations 선택란에서 ‘CB: Com’ 선택
2. Components 선택란에서 ‘FXYZ’ 선택
3. Type of Display 선택란의 ‘Values’ 와 ‘Legend’ 에 Check on
4. 버튼 클릭
빨간색으로 표시되는 지
빨간색으로 표시되는 지 점이 반력이 최대값을 가지는 곳이다.
| 반력 확인 |
Tip |반력의 총합 확인 방법
전처리단계에서 경계조건 확인 방법과 같이 Menu선 택 리스트 옆 버튼을 클릭하면, 해당 메뉴와 연관된 테이블로 연결됩니다. 이 때 Record Activation Dialog 창의 Loadcase/Combination 항목에서 확인하고자 하 창의 Loadcase/Combination 항목에서 확인하고자 하 는 하중조건 및 조합을 선택하여 Check on하면 그에 따 른 지점별 반력값과 함께 테이블 하단에서 반력의 총합 을 확인할 수 있습니다.
08. 결과확인
3. 변위확인
요소에 발생한 변위를 확인합니다. 변위는 유한요소해석에서 다른 결과를 사용하기 전에 꼭 확 인해 보아야 합니다. 그 이유는 변위는 이 구조 모델이 제대로 구성되었는지를 가늠해 볼 수 있는 지표가 되기 때문입니다.
모델의 적정성을 판단하는 감각을 가지려면 오랜 경험이 바탕이 되어야 하겠지만 변위를 통하 여 판단할 수 있는 방법들을 보면 변위가 0에 가까운 작은 값으로 나오거나 토목구조물에서 관습 적으로 받아들이기에 너무 큰 변위가 발생한다면 모델링의 사이즈, 단면이나 재질의 입력 값, 하 중 크기에 문제가 있다고 생각할 수 있습니다.
또는 입력한 하중에 대해 예상할 수 있는 자연스러운 변위형상이 아니라 특정 절점의 변위만 과 도하게 산출되거나 반대로 일부분만 변위가 생기지 않는다면 그 부분에서 절점과 요소의 연결상 태가 올바르지 않아 하중전달이 제대로 이루어지지 않아 모델링에 실수가 있는 것으로 판단할 수 있습니다.
Main Menu에서Results > Deformation > Displacement Contour Main Menu에서Results > Deformation > Displacement Contour 1. Load Cases / Combinations 선택란에서 ‘CB: Com’ 선택
2. Components에서 ‘DXYZ’ 확인
3. Type of Display의 ‘Contour’, ‘Deform’, ‘Values’, ‘Legend’ 옵션에 Check on 4. Values 옆의 버튼 클릭
5. MinMax Only 옵션에 Check on
6 버튼 클릭
6. 버튼 클릭
7. 화면 하단의 Status Bar에서 단위를 ‘mm’로 변경
| 변위 확인 |
08. 결과확인
4. 부재력 확인
Main Menu에서Results > Forces > Beam Diagram 1. 화면 하단의 Status Bar에서 단위를 ‘m’로 변경
요소에 발생한 부재력을 확인합니다. 이 때 트러스요소는 축방향력에 대해서만 저항할 수 있고, 보요소는 축방향력과 전단, 휨에 대해 저항할 수 있습니다. 따라서 축력은 보요소와 트러스요소 를 동시에 확인하고 휨이나 전단은 별도로 확인하여 부재력을 알아봅니다.
1. 화면 하단의 Status Bar에서 단위를 m 로 변경
2. Load Cases / Combinations 선택란에서 ‘CB: Com’ 선택 3. Components에서 ‘My’ 선택
4. Display Option에서 ‘Solid Fill’ 선택
5. Type of Display의 ‘Deform’, ‘Values’ 옵션에 Check off
6. 버튼 클릭
7. Components에서 ‘Fx’ 선택p 에서 선택
8. Show Truss Forces 항목에 Check on
9. 버튼 클릭
Show Truss Forces 항목 에 Check on하면 보요소 와 트러스 요소의 부재 력을 동시에 보여준다.
단, 축력을 확인할 때에 만 활성화 된다.
| 부재력 확인 |
08. 결과확인
5. 응력확인
Main Menu에서Results > Stresses > Truss Stresses 1. 화면 하단의 Status Bar에서 단위를 ‘N’ 과 ‘mm’로 변경
요소에 발생한 응력을 확인합니다. 부재력과 마찬가지로 유한요소마다 표현할 수 있는 거동특 성에 차이가 있기 때문에 요소 종류별로 결과를 출력합니다. 먼저 Truss 요소인 브레이싱에 작용 하는 응력을 확인합니다.
2. Load Cases/Combinations 선택목록에서 ‘CB: Com’ 선택 3. Stress Filter 옵션에 ‘All’ 확인
4. Type of Display 의 ‘Contour’, ‘Legend’ 항목에 Check on
5. 버튼 클릭
| 트러스 요소 응력 확인 |
08. 결과확인
보요소에 발생한 응력을 확인합니다.
Main Menu에서Results > Stresses > Beam Stresses Diagram 1. Load Cases/Combinations 선택목록에서 ‘CB: Com’ 선택 2. Components 에서 ‘Combined’ 선택
3. Fill Type 항목에서 ‘Solid’ 선택
4. Type of Display 의 ‘Contour’, ‘Legend’ 항목에 Check on
5. 버튼 클릭
| 보요소 응력 확인 |
09. 단면검토 및 계산서 출력
1. 설계용 하중조합 생성
Main Menu에서Results > Combinations 1. ‘General’ 탭 확인
단면검토를 위한 하중조합을 생성합니다. 설계기능을 사용하여 단면검토를 하기 위해서는 Steel Design 또는 Concrete Design 탭에 하중조합을 만들어야 합니다. 이 모델은 강재를 사용한 구조 물이므로 Steel Design에 하중조합이 있어야 합니다.
확
2. 아래 그림의 ①에서 표시한 것과 같이 하중조합을 마우스로 클릭하여 반전되도록 선택 3. 아래 그림의 ②부분에서 ‘Steel Design’ 확인
4. 버튼 클릭
5. Steel Design 탭 클릭하여 복사된 하중조합 ‘Com’ 확인 6. Active 항목에서 ‘Strength/Stress’ 확인
7. 버튼 클릭
①
②
| 설계용 하중조합 생성 |
09. 단면검토 및 계산서 출력
2. 단면검토 기준 설정
Main Menu에서MODS Module > Steel Design > Design Code 1. 설계기준 선택란에서 ‘KSCE-ASD05’ 확인
2. 설계단면력 옵션에서 ‘전체 하중조합’ 선택
3 버튼 클릭
단면검토를 위해 적용할 설계기준과 단면검토에 사용할 단면력을 결정합니다.
KSE-ASD05 는 ‘2005 년 도로교 설계기준 허용응 력설계법’을 의미한다.
3. 버튼 클릭
4. 버튼 클릭
| 단면검토 기준설정 |
i
Tip |설계 단면력
• Envelop 옵션은 이동하중이나 지점침하해석결과와 같이 경우의 수를 따지는 문제에서 발생하는 개념입니다. 이동하중에서 모든 경우의 수를 따지면 고려해야 하는 경우의 수가 굉장히 많이 늘어나게 됩니다. 설계 개념상으로는 모든 경우의 수에 대해 검토하는 것이 올바른 검토방법이지만, 검토시간과 효율을 생각해 봤을 때, 실무적인 관점에서 선택할 수 있는 옵션입니다.
• 전체하중조합은 정의한 모든 하중조합 대하여 모두 검토한 후, 가장 불리한 결과를 출력 하게 됩니다.
09. 단면검토 및 계산서 출력
3. 재질특성 수정
앞의 해석단계에서 정의한 재질에 대응하는 단면검토용 재질을 설정합니다. 해석단계에서 재질 정보는 탄성계수와 포아송비를 말하는 것으로 부재 강성계산에 사용하지만 설계용 재질은 탄성 계수와 포아송비 뿐만 아니라 허용응력도 함께 포함합니다.
Main Menu에서MODS Module > Steel Design > Modify Steel Material 1. Material List 에서 ‘SS400’ 선택에서 선택
2. Steel Material Selection 의 Code 선택목록에서 ‘KS08-Civil(S)’ 확인 3. Grade 선택목록에서 ‘SS400’ 확인
4. 버튼 클릭
5. 버튼 클릭
| 재질특성 수정 |
09. 단면검토 및 계산서 출력
4. 단면검토
Main Menu에서MODS Module > Steel Design > Steel Design Parameter 1. Select Elements by Identifying
2 Select Type 목록에서 ‘Section’ 선택
검토부재를 선정하여 단면검토를 수행합니다. 검토부재는 주부재에 해당하는 기둥과 보만 석택 하여 검토합니다.
2. Select Type 목록에서 Section 선택
3. Section 목록에서 ‘1 : 수직재’ 와 ‘2 : 수평재1’ 선택
4. 버튼 클릭
5. 버튼 클릭
6. Design Option 에서 ‘휨&축력검토’ 옵션 선택 7. 검토주축선택에서 ‘y&z’ 옵션 선택
8 Part Number의 I-END와 J-END에 모두 Check on 8. Part Number의 I END와 J END에 모두 Check on
9. 버튼 클릭
10. 버튼 클릭
09. 단면검토 및 계산서 출력
계산서가 출력되면 검토부재로 선택한 부재의 정보와 가장 불리한 조건의 하중조합의 ID가 출 력됩니다. 본 모델에서는 하중조합이 하나만 정의되어 있어서 모두 1로 출력되는데 만약 여러 개 의 하중조합을 입력했다면 모두 검토해 본 후 가장 불리한 조합을 ID로 표시합니다. 그리고 단면 검토로는 축력과 휨에 대한 부재력이 나오고, 선택한 검토조건과 발생응력/허용응력, 그리고 판 정 결과가 차례로 나옵니다.
| 단면검토 결과 내역 |
09. 단면검토 및 계산서 출력
5. 계산서 출력
1. SEL열에 요소 1~5번 까지 Check on 2. Det열에 요소 5번 Check on
3. 버튼 클릭
4. 버튼 클릭
계산서를 부재를 선택하여 Excel 포멧의 계산서를 출력합니다.
4. 버튼 클릭
5. 버튼 클릭
: Check on 한 부재에 대해, 계산서에서 단면력정리, 허용응력 산정, 요약계산서를 출력 : Check on 한 부재에 대해, 상세계산서를 출력
: 해당 부재에 대한 가장 불리한 하중조합의 번호
| Excel 포멧 계산서 출력 |
09. 단면검토 및 계산서 출력
| 단면입력정보 |
| 요약계산서 |
09. 단면검토 및 계산서 출력
| 상세계산서 (1/5) |
