토목공학, 구조계산과 수리계산 / 하중과 빗물

 

 

오늘은 토목공학의 대표적인 계산들중 하나인 구조계산(구조물 해석)과 수리계산(빗물의 배수, 파이프등의 물길 계산)에 대하여 가능한 쉽게 이야기 해 보겠습니다

 

먼저 구조계산을 하는 목적은 굳이 설명하지 않아도 다들 짐작하실 것입니다

 

대표적인 예로 교량의 경우 차량등이 교량위로 지나갈때 교량이 충분히 튼튼해서 자동차의 무게에 견딜 수 있어야 합니다

 

옛날에는 이러한 계산보다는 기술자들의 감각으로 만들어 졌겠지요

 

그러나 기술자들의 감각이 아무리 발달한다고 해도 경제성이라는 측면을 생각해 본다면 과대해질수 밖에 없을 것입니다

 

교량의 상판과 교각,교대(다리를 받치는 기둥의 종류)를 무조건 두껍고 크게 만든다면 당연히 튼튼할 수 밖에 없을 것입니다

 

이렇한 경제성과 보다 더 안전한 구조물을 만들기 위한 행위가 구조계산(구조해석)이라고 할 수 있습니다

 

그렇다면 수리계산의 기본적은 개념은 어떨까요..

 

수리계산도 구조계산과 비슷한 특징이 있습니다

 

당연히 홍수를 예방할 수 있는 충분한 단면(물이 흐르는 부분의 모양)일 수 록 범람하지 않고 안전할 것입니다

 

그럼 기본적인 구조계산법과 대하여 수리계산의 비교를 해보겠습니다

 

전체적인 흐름은 비슷하다고 보시면 됩니다

 

다만 사용하는 공식이 다를 뿐이지요

 

 

 

 

구조계산과 수리계산의 방법을 동시에 설명드려 보겠습니다

(이후 구조계산과 수리계산을 함께 표현할 때는 그냥 계산이라고 칭하겠습니다)

 

다음은 계산하는 순서와 개요입니다

 

1. 계산서의 시작은 각종 제원과 개요 그리고 계산의 기준을 정해 놓아야 합니다

 

구조계산이든 수리계산이든 기본적인 기준을 확실하게 정해 놓아야 신뢰할 수 있는 계산서를 만들수 있기 때문입니다

 

설계기준은 국내에서도 여러가지 종류가 있으며 또한 플랜트등은 해외 코드(설계기준)를 적용하는 경우도 많이 있습니다

 

각 코드의 종류가 많은데 여기서 목록을 만들면 토목공학 실무를 쉽게 설명하려는 취지에 맞지 않는 거 같아서 생략하겠습니다

 

이러한 기준들은 대부분 발주처에서 요구하는 기준들을 따라가는 경우가 많습니다

 

 

2. 구조물의 형상을 모델링 합니다

 

필요한 구조물의 형상을 구조계산을 하기 위한 디자인을 하게 되지요

 

2차원해석을 위해서는 선요소의 모델링을 하여야 하고 3차원해석을 해기 위해서는 면요소의  모델링을 하게 됩니다

 

위는 구조해석을 위한 예이지만 수리계산에서는 통수단면(물이 지나가는 부분의 크기와 형상)을 정하게 되겠지요

 

 

3. 하중을 산정합니다 / 홍수량을 산정합니다

 

구조해석을 위해서는 실제 발생할 수 있는 하중을 계산합니다

 

이부분이 어려운 부분의 시작이라고 할 수 있습니다

 

왜냐하면 하중을 어떤식으로 고려하여야 할지 기술자가 판단에 따라 구조물이 약하게(과소설계) 혹은 너무 강하게(과대설계) 만들어 질 수 있기 때문입니다

 

하지만 그리 걱정할 필요는 없습니다

 

많이 사용되는 하중의 종류와 적용방법에 대한 것들은 각종 설계기준에서 찾을 수 있기 때문입니다

 

그리고 이부분을 연구하시는 분들도 많이 있습니다

 

가령 자동차 하중을 이동하중으로 볼 수 도 있고 등분포로 환산해서 적용할 수 있는데 설계기준에서 경우에 따른 방법을 기술해 놓았습니다

 

수리계산의 경우에는 홍수량을 구조계산의 하중과 비교 하면 될 것입니다

 

기본적으로 빗물이 떨어지면 일부는 땅에 흡수되고 나머지는 집수정이나 근처의 배수구조물(인공 수로 등)로 이동합니다

 

이렇게 위치별로 그리고 면적별로 계수와 홍수량(빗물로 인하여 발생하는 물(水)량) 산정법등을 이용하여 계산해 냅니다

 

 

4. 구조물의 부위별로 발생하는 힘을 계산합니다 / 홍수량(빗물)을 배수할 수 있는 단면의 크기를 결정합니다

 

구조계산을 할 때 구조계산 프로그램을 사용하는 단계입니다

 

모델링된 구조물을 프로그램에 입력하고 하중을 적용합니다

 

그리고 그로그램을 실행하게 됩니다

 

물론 간단한 구조물은 수계산으로 하는 경우도 있습니다

 

요즘에는 엑셀등을 사용해서 만들수도 있습니다

 

이렇게 산정된 구조물의 부위별 힘에 견딜 수 있도록 콘크리트의 두께와 철근량을 정하면 마무리가 됩니다

 

수리계산을 할 때도 이와 비슷하게 프로그램을 사용할 수 도 있습니다

 

단지나 택지등의 파이프들이 거미줄처럼 계획되는 경우 프로그램을 사용하여 검토합니다

 

위치별로 필요한(하류로 갈수록 유입된는 물량이 많아져서 관경이 커지게 되겠지요) 관경을 결정하게 됩니다

 

이렇게 계산이 마무리 됩니다

 

 

 

 

 

 

----------------------------------------------------------------

 

 

 

 

 

 

Today , ( drainage of rain water , the calculation of the waterway such as a pipe ) for the calculation of the repair structure calculation is one of the calculation typical of civil engineering and the ( structural analysis ) , let's talk as easy as possible

 

First , the purpose of the structure calculations , is that the guess everyone without explanation dare

 

As a typical example , in the case of a bridge , bridge , etc. when the vehicle is placed on top of the bridge is strong enough , you should be able to withstand the weight of the car

 

Rather than such calculations , you'll I made with a sense of engineers who in the old days

 

However , sense of engineers who even developed how much , given the surface of the economy , would not only inclined to excessive

 

It would be no choice but to tough course if make big thick unconditionally (such as pillars to support the foot ) bridge pier and deck of the bridge , alternating

 

You can be calculated structure ( structural analysis ) of the act for making a more secure structure and economy like this

 

Then , the basic calculation of the repair , the concept what about .

 

There is a feature similar to the structural calculation also repair calculation

 

It is the ( shape of the portion of water flows ) sufficient cross section that can prevent flooding of course will be safe without locking flood

 

Then , I try to repair the comparison of calculations for the structure and basic calculations

 

I should think the overall flow is similar

 

However , system you are using is it only different

 

 

 

 

 

Let's over at the same time explaining how the calculation of repair and structural calculations

( This is called the calculation as it is time to express together the calculation of repair and structural calculation below)

 

Here is a summary and the order in which they are evaluated

 

1 . The start of the bill , you must set the standard calculation of the overview and the various specifications .

 

This is because can make bills reliable must be determined to ensure the basic criteria and also the calculation of the repair in the structure calculations

 

The design criteria of different types, also , there is in the country , such as plant , there are many if you want to apply code overseas ( design criteria )

 

Each type of code is significant , but will be omitted in the like do not fit with the purpose to create a list here , you are going to a brief description of civil engineering practice

 

These criteria , if you take the standard required by the contractor most often

 

 

I model the shape of the two structures

 

It will be to the design to the structure calculate the shape of the required structure

 

The need to model the line element for two-dimensional analysis , in order exceed if the three-dimensional analysis , make the model of the surface element

 

The above is an example for a structural analysis, the calculation of the repair , it will be able to determine the ( size and shape of the portion of the water passes ) cross-section area of ​​flow

 

 

I calculated to determine the load the 3 / flood volume

 

For structural analysis , calculate the load generated actually

 

I can this part is to start the hard part

 

That's because how can I be taken into account load technician on the basis of the judgment or weak ( under design) , too strong structure is ( excessive design)

 

However , you do not need to worry so much

 

This is because can be found in the design criteria thing different about how to apply the type of load , which is often used

 

And , there are a lot of people to study this part

 

For example , it may be applied with equal portions captive converted with not even be provided by moving load load of the vehicle , but we describe a method according to the case of design criteria

 

In the case of the calculation of the repair , and will be compared to the load of the structure calculating the flood volume

 

Some rain fall is absorbed by the ground , and the rest will move or change of house drainage structures nearby (such as man-made canal ) is basically

 

It is calculated for each location and , and then use the calculation method ( water due to rain water ( water ) amount) and the amount of flood area by factor of like this

 

 

It determines the size of the cross section can be drained to calculate the force generated in each part of the structure 4 / flood amount ( rainwater )

 

It is the step of using the structure calculation program when it is a structure calculations

 

Enter the program structure that has been modeled , and then apply the load

 

And you will want to run it g

 

Of course, the simple structure , you may want to calculate the number of

 

In recent years , it can also be made using such as Excel

 

To withstand the force of the different parts of the structure that has been calculated in this way , you will finish to be determined the amount of reinforcing steel to the thickness of the concrete

 

You can also in the same way , using the program even when the calculation of repair

 

If the pipe , such as land and housing complex is planned as the web, it will be used to ascertain the program

 

(Tube diameter and enables you to increase the amount of flow Do~u~en'nun increasingly as it goes downstream ) to determine the pipe diameter necessary for each location

 

The calculation is completed in this way