요소 크기보다 설계결과의 독립성을 확인한다
지반 수치해석 요소망은 특정 크기를 전 구간에 적용해 결정하지 않는다. 먼저 기준 요소망을 만들고 관심구간을 세분한 모델과 비교해, 벽체변위·지표침하·지보재 축력·휨모멘트처럼 설계 판단에 쓰는 결과가 요소 크기에 끌려가지 않는지 확인한다. 계산이 수렴했다는 메시지만으로 요소망 검토를 끝내면 국부 응력집중이나 변위곡선의 변화가 가려질 수 있다.
KDS 24 10 11 4.6.11.1은 교량 정밀해석의 유한요소 이산화에서 요소 크기와 배열을 충분히 세분해 결과의 정확성을 확보하도록 정한다. 이 조항은 지반해석의 허용 요소 크기를 제시하는 기준은 아니므로 수치를 옮겨 쓰지 않는다. 지반 모델에서는 KDS 21 30 00의 현장조건과 단계별 굴착·지지구조 변화, KDS 27 10 20의 지반·지보 특성과 해석조건을 반영한 뒤 과업별 수렴 판단기준을 정한다.
응력 변화가 큰 구간부터 국부 세분화한다
세분화 우선구간은 흙막이 벽체 양측과 근입부, 굴착저면 모서리, 지보재 연결부, 상재하중 작용부, 인접기초 하부와 지층 경계다. 접촉면이나 얇은 연약층을 큰 요소 하나가 가로지르면 상대 미끄럼과 국부 전단변형이 평균화될 수 있다. 반대로 관심영역 밖까지 같은 크기로 잘게 나누면 계산량만 늘고 수렴이 불안정해질 수 있으므로 외곽으로 갈수록 요소 크기를 완만하게 전이한다.
요소의 찌그러짐, 지나치게 큰 종횡비, 급격한 크기 변화도 함께 확인한다. 굴착단계에서 요소를 비활성화하거나 지보재를 활성화할 때 경계가 요소선과 어긋나면 실제 공정과 다른 형상이 남을 수 있다. 지층선·벽체·굴착단계·접촉면을 먼저 확정한 뒤 요소망을 생성하고, 자동 요소망을 썼더라도 절점 연결과 단계별 활성 범위를 도면과 대조한다.
변위·부재력·소성영역을 같은 단계에서 비교한다
수렴성 비교는 최종단계의 최대변위 한 점으로 하지 않는다. 기준망과 세분망에서 같은 굴착단계, 같은 위치의 벽체 변형곡선과 지표침하, 지보재 축력·벽체 휨모멘트, 소성영역과 전단변형 집중 위치를 나란히 본다. 한 결과만 안정되고 다른 결과가 계속 이동하면 요소망이 설계 판단에서 독립됐다고 보기 어렵다. 차이는 값뿐 아니라 최대값이 나타나는 위치와 공정도 기록한다.
| 검토대상 | 비교방법 | 오류 신호 |
|---|---|---|
| 변위·침하 | 동일 위치의 곡선과 최대값 | 최대 위치가 요소선을 따라 이동 |
| 부재력 | 동일 단계의 축력·휨모멘트 | 연결부 한 요소에만 집중 |
| 소성영역 | 발생 시점·범위·연결성 | 세분할수록 범위가 계속 변함 |
설계변경 뒤에는 요소망 검토도 다시 수행한다
굴착깊이, 벽체 근입, 지보재 위치, 인접하중, 지하수위나 지반정수가 바뀌면 기존 요소망의 적정성도 다시 확인한다. 특히 소성영역이나 침하 집중구간이 이동하면 이전 세분구간이 새 영향범위를 놓칠 수 있다. 변경 전후 결과는 같은 위치·단계·출력방식으로 비교하고, 요소 수만 늘린 결과를 개선된 해석으로 단정하지 않는다.
계산서에는 기준망과 세분망의 범위, 국부 세분화 사유, 경계조건, 단계별 비교항목과 채택 결과를 남긴다. 공통 허용오차를 임의로 만들지 않고 발주기관 기준, 해석계획서와 구조물 중요도에 맞춰 판정한다. 요소망 차이가 설계단면이나 계측계획에 영향을 주면 그 연결관계까지 기록해야 재검토가 가능하다.