WO2022145630A1 - 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법 - Google Patents

천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법 Download PDF

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WO2022145630A1
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storage tank
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gas storage
tie model
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임현석
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주식회사 한국가스기술공사
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    • F17C3/00—Vessels not under pressure
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Definitions

  • the present invention relates to a method and system for applying a strut-tie model for each bending section of a natural gas storage tank structure, and in particular, to an LNG storage tank outer shell reinforced concrete structure bending section (roof-structure foundation connection part, wall-roof connection part, floor slab-wall connection part) ), it relates to a method of applying the strut-tie model for each bending section of a natural gas storage tank structure that can optimally arrange reinforcing bars according to the analysis result.
  • structural design of civil structures or architectural structures determines the size, shape, and arrangement of structural members constituting a structure to realize the functions required for the structure in terms of structural safety, usability, and economic feasibility. means work.
  • the most commonly used concrete structure in the field of civil engineering is a composite structure that allows reinforcing bars to reinforce concrete that is vulnerable to tensile force. When an actual load is applied, rebar and concrete with different material properties are integrated As it acts, it exhibits very complex behavior. Therefore, when designing a concrete structure or structural member, it is common to model it in a simplified form so that a more convenient and accurate structural analysis and design can be made, and the strut-tie model targeted in the present invention is also It is an analysis and design tool developed for the above purpose. Analysis using a truss model is requested in the natural gas storage tank structure.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a strut-tie model application method for each bending section of a natural gas storage tank structure in which optimal rebar arrangement is possible by applying the strut-tie model to the bending section of the LNG storage tank outer structure reinforced concrete structure. .
  • a strut-tie model application method for each bending section of a natural gas storage tank structure includes the steps of selecting at least one of the bending sections of the natural gas storage tank structure to select the strut-tie model analysis section, and calculating the applied load and section force after selecting the dimensions of each section of the selected bending section;
  • the strut-tie model configuration and boundary conditions for each point are set, and the strut-tie model includes the steps of calculating the member thickness and the amount of reinforcing bars.
  • the present invention it is possible to grasp the force flow through a clear analysis using the strut-tie model in the bending section of the reinforced concrete structure outside the LNG storage tank (roof-structure foundation connection part, wall-roof connection part, floor slab-wall connection part) do.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating a method of applying a strut-tie model for each bending section of a natural gas storage tank structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a strut-tie model application device for each bending section of a natural gas storage tank structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining a bending section of a structure according to an embodiment of the present invention.
  • 4 to 10 are struts for each bending section of a natural gas storage tank structure according to an embodiment of the present invention - a state diagram of using a tie model application method.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating a method of applying a strut-tie model for each bending section of a natural gas storage tank structure according to an embodiment of the present invention.
  • At least one of the bending sections of the natural gas storage tank structure is selected to select the strut-tie model analysis section (S101).
  • the bending section of the natural gas storage tank structure is at least one of a roof-structure foundation connection part, a wall-roof connection part, and a floor slab-wall connection part.
  • the roof-structure foundation connection is the pedestal structure supporting the upper steel structure and the roof slab connection
  • the wall-roof connection is the roof slab and wall structure connection
  • the floor slab-wall connection is the roof slab and wall structure connection.
  • the most critical load values for each direction are selected and applied by composing a load combination for all the loads required by the Standard Code requirements of the storage tank when applying the member cross-section load.
  • a spring is installed at the bottom of the roof slab as a boundary condition to simulate a three-dimensional effect (Z-direction constraint if X-Y axis in 2D) when setting boundary conditions.
  • a spring is installed as a boundary condition inside the ringbeam to simulate a three-dimensional effect (Z-direction constraint: P/T application effect if it is X-Y axis in 2D) when setting boundary conditions.
  • a spring is installed inside the wall as a boundary condition to simulate the three-dimensional effect (Z-direction constraint: P/T application effect if it is X-Y axis in 2D) when setting the boundary condition.
  • the member thickness and the amount of reinforcing bars are calculated based on the strut-tie model (S107). There is an effect of reducing member stress by distributing the generated stress through the realization of the Z-direction restraint effect at the bottom of the roof slab.
  • Strut-tie model application device 100 for each bending section of a natural gas storage tank structure is a selection unit 110 , a selection unit 120 , a boundary condition setting unit 130 , a calculation unit 140 , an application unit 150 , and a control unit (160).
  • the selection unit selects at least one of the bending sections of the natural gas storage tank structure by first selecting the strut-tie model for each bending section of the natural gas storage tank structure.
  • the selection unit 120 selects the strut-tie model analysis section in the selected bending section.
  • the boundary condition setting unit 130 sets the strut-tie model configuration and boundary conditions for each point.
  • the calculation unit 140 calculates the applied load and the sectional force after selecting the dimensions of each section of the selected bending section.
  • the application unit 150 determines whether the equilibrium condition expression is satisfied and applies reinforcing reinforcement after analyzing the analysis result.
  • the controller 160 controls each configuration of the device.
  • FIG 3 is a view for explaining a bending section of a structure according to an embodiment of the present invention.
  • the bending section of the natural gas storage tank structure includes a roof-structure foundation connection part, a wall-roof connection part, and a floor slab-wall connection part
  • the roof-structure foundation connection part includes a pedestal structure supporting the upper steel structure and the roof.
  • the slab connection part is the wall-roof connection part, the roof slab and the wall structure connection part
  • the floor slab-wall connection part is the roof slab and wall structure connection part.
  • 4 to 10 are struts for each bending section of a natural gas storage tank structure according to an embodiment of the present invention - a state diagram of using a tie model application method.
  • the roof slab-structure foundation connection part shows the strut-tie model analysis procedure by applying it.
  • Select the section Figure 4(b) calculates the applied load and cross-sectional force after selecting each cross-sectional dimension. At this time, when applying a cross-sectional load to a member, compose a load combination for all the loads required by the Standard Code requirements of the storage tank, and select and apply the most critical load values for each direction among them.
  • 5(a) shows the strut-tie model configuration and boundary conditions for each point are set.
  • a spring is installed at the bottom of the roof slab as a boundary condition to simulate a three-dimensional effect (in case of two-dimensional X-Y axis, Z-direction constraint).
  • Figure 5(b) calculates the member thickness and the amount of reinforcing bars after the strut-tie model analysis. There is an effect of reducing member stress by distributing the generated stress through the realization of the Z-direction restraint effect at the bottom of the roof slab.
  • select Figure 6(b) calculates the applied load and cross-sectional force after selecting each cross-sectional dimension. At this time, when applying a cross-sectional load to a member, compose a load combination for all the loads required by the Standard Code requirements of the storage tank, and select and apply the most critical load values for each direction among them.
  • FIG. 7(a) shows the strut-tie model configuration and boundary conditions for each point are set.
  • a spring is installed as a boundary condition inside the Ringbeam to simulate a three-dimensional effect (Z-direction constraint: P/T application effect if it is X-Y axis in 2D).
  • Figure 7(b) calculates the member thickness and the amount of reinforcing bars after the strut-tie model analysis. There is an effect of reducing member stress by distributing the generated stress through appropriate internal restraints.
  • FIG. 10( a ) shows the strut-tie model configuration and boundary conditions for each point are set.
  • a spring is installed as a boundary condition inside the wall to simulate a three-dimensional effect (in case of two-dimensional X-Y axis, Z-direction constraint: P/T application effect).
  • Figure 10 (b) is a strut-tie model after analysis, the member thickness and the amount of reinforcing bars are calculated. There is an effect of reducing member stress by distributing the generated stress through appropriate internal restraints.

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Abstract

본 발명은 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법에 관한 것이다. 본 발명은 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법이 개시된다. 본 발명은 천연가스 저장탱크 구조물의 꺾임구간 중 적어도 하나를 선정하여 스트럿-타이 모델 해석구간을 선정하는 단계와, 선정된 꺾임구간의 각 단면 치수선정 후 해석 적용 하중 및 단면력을 산정하는 단계와, 스트럿-타이 모델 구성 및 지점별 경계조건을 설정하는 단계와, 스트럿-타이모델에 기초하여 부재 두께 및 철근량을 산정하는 단계를 포함하고, 상기 천연가스 저장탱크 구조물의 꺾임구간은 지붕-구조물 기초 연결부, 벽체-지붕 연결부, 바닥슬래브-벽체 연결부 중 적어도 하나이다.

Description

천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법
본 발명은 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 LNG 저장탱크 외조 철근콘크리트 구조물 꺾임구간(지붕-구조물 기초 연결부, 벽체-지붕 연결부, 바닥슬래브-벽체 연결부)에 스트럿-타이 모델을 적용하여 분석한 결과에 따라 최적의 철근 배치가 가능한 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법에 관한 것이다.
일반적으로 토목구조물이나 건축구조물의 구조설계라 함은 구조물의 구조적 안전성, 사용성, 그리고 경제성 등의 측면에서 구조물에 요구되는 기능을 실현할 수 있도록 구조물을 이루는 구조부재들의 크기, 형태, 배근상태 등을 결정하는 작업을 의미한다. 현재 토목건축 분야에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 콘크리트 구조는 인장 력에 취약성을 보이는 콘크리트를 철근이 보강할 수 있도록 하는 복합구조로서, 실제 하중이 작용하는 경우 서로 다른 재료적 특성을 가진 철근과 콘크리트가 일체로 작용함에 따라 매우 복잡한 거동을 보이게 된다. 따라서 콘크리트 구조물 또는 구조부재의 설계 시 이를 단순화된 형태로 모델링하여 더욱 간편하고 정확한 구조해석 및 설계가 이루어질 수 있도록 함이 일반적이며, 본 발명에서 대상으로 하는 스트럿-타이 모델(strut-tie model) 역시 상기의 목적에 따라 개발된 해석 및 설계 도구이다. 천연가스 저장탱크 구조물에서 트러스 모델을 이용한 해석이 요청되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 LNG 저장탱크 외조 철근콘크리트 구조물 꺾임구간에 스트럿-타이 모델을 적용하여 최적의 철근 배치가 가능한 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법은, 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법이 개시된다. 본 발명은 천연가스 저장탱크 구조물의 꺾임구간 중 적어도 하나를 선정하여 스트럿-타이 모델 해석구간을 선정하는 단계와, 선정된 꺾임구간의 각 단면 치수선정 후 해석 적용 하중 및 단면력을 산정하는 단계와, 스트럿-타이모델 구성 및 지점별 경계조건을 설정하는 단계와, 스트럿-타이모델에 기초하여 부재 두께 및 철근량을 산정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 LNG 저장탱크 외조 철근콘크리트 구조물 꺾임구간(지붕-구조물 기초 연결부, 벽체-지붕 연결부, 바닥슬래브-벽체 연결부)에 스트럿-타이 모델을 이용하여 명료한 해석을 통해 힘의 흐름 파악이 가능하다. 또한, 스트럿-타이 모델을 통해 분석한 결과에 기초하여 해당 구간에 적재적소에 철근을 배치를 하여 안전성 확보가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 장치를 설명하는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구조물 꺾임구간을 설명하는 도면이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법을 적용하는 사용상태도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시 된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 또는 대체물을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법은, 먼저 천연가스 저장탱크 구조물의 꺾임구간 중 적어도 하나를 선택하여 스트럿-타이 모델 해석구간을 선정한다(S101).
상기 천연가스 저장탱크 구조물의 꺾임구간은 지붕-구조물 기초 연결부, 벽체-지붕 연결부, 바닥슬래브-벽체 연결부 중 적어도 하나이다.
지붕-구조물 기초 연결부는 상부 철골 구조물을 지지해 주는 받침대 구조물과 지붕 슬래브 연결부이고, 벽체-지붕 연결부는 지붕 슬래브와 벽체 구조물 연결부이고, 바닥슬래브-벽체 연결부는 지붕 슬래브와 벽체 구조물 연결부이다.
이후에, 선정된 꺾임구간의 각 단면 치수선정 후 해석 적용 하중 및 단면력을 산정한다(S103).
지붕-슬래브 구조물 기초 연결부의 경우, 부재단면 하중 적용시 저장탱크 Standard Code requirements에서 요구하는 모든 하중에 대해 하중 조합을 구성하여 그 중 방향별 가장 임계하중 값들을 선별하여 적용한다.
이후에, 스트럿-타이모델 구성 및 지점별 경계조건을 설정한다(S105).
지붕-구조물 기초연결부이면, 경계조건 설정 시 3차원 효과(2차원일 때 X-Y축이라면 Z방향 구속)를 모사하기 위해 Roof Slab 하단에 경계조건으로 Spring 설치한다.
벽체-지붕 연결부이면, 경계조건 설정 시 3차원 효과(2차원일 때 X-Y축이라면 Z방향 구속:P/T 적용 효과)를 모사하기 위해 Ringbeam 내부에 경계조건으로 Spring 설치한다.
바닥슬래브-벽체연결부이면, 경계조건 설정 시 3차원 효과(2차원일 때 X-Y축이라면 Z방향 구속:P/T 적용 효과)를 모사하기 위해 벽체 내부에 경계조건으로 Spring 설치한다.
이후에, 스트럿-타이모델에 기초하여 부재 두께 및 철근량을 산정한다(S107). Roof Slab 하단 Z방향 구속효과 구현을 통한 발생응력 분배로 부재 응력 경감 효과가 있다.
이후에, 평형조건식 만족여부를 판단하여 해석 결과 분석 후 철근 배근을 적용한다(S109). 내부에 Spring 설치에 대한 경계조건 적정성 확인을 위한 평행 조건 만족 검토로 그 경계조건이 적절했음을 검증한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 장치를 설명하는 구성도이다. 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 장치(100)는 선택부(110), 선정부(120), 경계조건설정부(130), 산정부(140), 적용부(150), 제어부(160)로 구성된다. 선택부는 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법은, 먼저 천연가스 저장탱크 구조물의 꺾임구간 중 적어도 하나를 선택한다. 선정부(120)는 선택된 꺾임구간에 스트럿-타이 모델 해석구간을 선정한다. 경계조건설정부(130)는 스트럿-타이모델 구성 및 지점별 경계조건을 설정한다. 산정부(140)는 선정된 꺾임구간의 각 단면 치수선정 후 해석 적용 하중 및 단면력을 산정한다. 적용부(150)는 평형조건식 만족여부를 판단하여 해석 결과 분석 후 철근 배근을 적용한다. 제어부(160)는 장치의 각 구성을 제어한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구조물 꺾임구간을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 천연가스 저장탱크 구조물의 꺾임구간은 지붕-구조물 기초 연결부, 벽체-지붕 연결부, 바닥슬래브-벽체 연결부이 있고, 지붕-구조물 기초 연결부는 상부 철골 구조물을 지지해 주는 받침대 구조물과 지붕 슬래브 연결부이고, 벽체-지붕 연결부는 지붕 슬래브와 벽체 구조물 연결부이고, 바닥슬래브-벽체 연결부는 지붕 슬래브와 벽체 구조물 연결부이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법을 적용하는 사용상태도이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 지붕슬래브-구조물 기초 연결부에 대한 스트럿-타이 모델을 적용하여 해석하는 절차를 도시한 것으로, 도 4(a)는 지붕슬래브와 구조물 기초 접속부에 스트럿-타이 모델 해석 구간을 선정한다. 도 4(b)는 각 단면 치수 선정 후 해석 적용 하중 및 단면력을 산정한다. 이때, 부재단면 하중 적용시 저장탱크 Standard Code requirements에서 요구하는 모든 하중에 대해 하중 조합을 구성하여 그 중 방향별 가장 임계하중 값들을 선별하여 적용한다.
도 5(a)는 스트럿-타이 모델 구성 및 지점별 경계조건을 설정한다. 경계조건 설정 시 3차원 효과(2차원일 때 X-Y축이라면 Z방향 구속)를 모사하기 위해 Roof Slab 하단에 경계조건으로 Spring을 설치한다.
도 5(b)는 스트럿-타이 모델 해석 후 부재 두께 및 철근량을 산정한다. Roof Slab 하단 Z방향 구속효과 구현을 통한 발생응력 분배로 부재 응력 경감 효과가 있다.
도 6과 도 7을 참조하면, 벽체-지붕슬래브 연결부에 대한 스트럿-타이 모델을 적용하여 해석하는 절차를 도시한 것으로, 도 6(a)는 벽체와 지붕슬래브 연결부에 스트럿-타이 모델 해석 구간을 선정한다. 도 6(b)는 각 단면 치수 선정 후 해석 적용 하중 및 단면력을 산정한다. 이때, 부재단면 하중 적용시 저장탱크 Standard Code requirements에서 요구하는 모든 하중에 대해 하중 조합을 구성하여 그 중 방향별 가장 임계하중 값들을 선별하여 적용한다.
도 7(a)는 스트럿-타이모델 구성 및 지점별 경계조건을 설정한다. 경계조건 설정 시 3차원 효과(2차원일 때 X-Y축이라면 Z방향 구속:P/T 적용 효과)를 모사하기 위해 Ringbeam 내부에 경계조건으로 Spring을 설치한다.
도 7(b)는 스트럿-타이 모델 해석 후 부재 두께 및 철근량을 산정한다. 적절한 내부 구속을 통한 발생응력 분배로 부재 응력 경감 효과가 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 바닥슬래브-벽체 연결부에 대한 스트럿-타이 모델을 적용하여 해석하는 절차를 도시한 것으로, 도 8은 바닥슬래브와 벽체 연결부에 스트럿-타이 모델 해석 구간을 선정한다. 부재단면 하중 적용시 저장탱크 Standard Code requirements에서 요구하는 모든 하중에 대해 하중 조합을 구성하여 그 중 방향별 가장 임계하중 값들을 선별하여 적용한다.
도 9는 각 단면 치수선정 후 해석 적용 하중 및 단면력을 산정한다.
도 10(a)는 스트럿-타이 모델 구성 및 지점별 경계조건 설정한다. 경계조건 설정 시 3차원 효과(2차원일 때 X-Y축이라면 Z방향 구속:P/T 적용 효과)를 모사하기 위해 벽체 내부에 경계조건으로 Spring 설치한다. 도 10(b)는 스트럿-타이 모델 해석 후 부재 두께 및 철근량 산정한다. 적절한 내부 구속을 통한 발생응력 분배로 부재 응력 경감 효과가 있다.
발명의 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿 타이 모델 적용 방법에 있어서,
    천연가스 저장탱크 구조물의 꺾임구간 중 적어도 하나를 선정하여 스트럿타이모델 해석구간을 선정하는 단계;
    선정된 꺾임구간의 각 단면 치수선정 후 해석 적용 하중 및 단면력을 산정하는 단계;
    스트럿-타이모델 구성 및 지점별 경계조건을 설정하는 단계;
    스트럿-타이모델에 기초하여 부재 두께 및 철근량을 산정하는 단계를 포함하고,
    상기 천연가스 저장탱크 구조물의 꺾임구간은 지붕-구조물 기초 연결부, 벽체-지붕 연결부, 바닥슬래브-벽체 연결부 중 적어도 하나인 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿 타이 모델 적용 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    평형조건식 만족여부를 판단하여 해석 결과 분석 후 철근 배근을 적용하는 단계를 더 포함하는 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿 타이 모델 적용 방법.
PCT/KR2021/013074 2020-12-28 2021-09-24 천연가스 저장탱크 구조물 꺾임구간별 스트럿-타이 모델 적용 방법 WO2022145630A1 (ko)

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