철근 콘크리트 사용성, 내구성, 안전성 기본 핵심 이론 (장기처짐, 균열폭, 피로)

본문내용

최대 인장 구역에서 지름이 가는 철근을 여러 개 쓰고 이형 철근만을 쓰는 것이다.
3.4 균열폭의 제어와 허용 균열폭
(1) 강재 부식에 대한 환경조건
균열로 인한 강재의 부식은 철근의 콘크리트 덮개, 강재의 종류, 구조물이 놓이는 환경 등에 따라 크게 영향을 받는다. 콘크리트 구조 설계기준에서는 강재 부식에 대한 환경조건을 구분하고 ([표] 강재의 부식에 대한 환경조건의 구분 참조 ) 강재의 종류에 따라 허용 균열폭( [표] 허용균열폭 참조 )을 주고 있다.
[표] 강재의 부식에 대한 환경조건의 구분
건조한 환경
일반 옥내 부재, 부식의 우려가 없을 정도로 보호한 경우의 보통 주거 및 사무실 건물 내부
습윤환경
일반 옥외의 경우, 흙 속의 경우
부식성 환경
a. 습윤 환경과 비교하여 건습의 반복작용이 많은 경우, 특히 유해한 물질을 함유한 지하수위 이하의 흙 속에 있어서 강재의 부식에 해로운 영향을 주는 경우, 동결작용이 있는 경우, 결빙방지재를 사용하는 경우
b. 해양 콘크리트 구조물 중 해수 중에 있거나 극심하지 않은 해양 환경에 있는 경우(가스, 액체, 고체)
고 부식성 환경
a. 강재의 부식에 현저하게 해로운 영향을 주는 경우
b. 해양 콘크리트 구조물 중 간만조위의 영향을 받거나 비말대에 있는 경우, 극심한 해풍의 영향을 받는 경우
[표] 허용균열폭 (mm)
강재의 종류
강재의 부식에 대한 환경조건
건조한 환경
습윤환경
부식성환경
고 부식성환경
철근
건물
0.4mm
0.3mm
0.004
0.0035
기타 구조물
0.006
0.005
PS강재
0.005
0.004
-
-
[주]
① 표에서 는 최외단 철근의 표면과 콘크리트 표면 사이의 콘크리트의 최소 피복두께 (mm)임.
② 이 표는 10cm 이하의 피복 두께에 적용되는 것임
③ 물을 저장하는 수조 등과 같은 수밀성을 요구하는 구조물의 허용균열폭은 0.2mm임
④ 부식성 또는 고부식성 환경에 노출되고, 수밀성을 요구하는 구조물의 허용균열폭은 0.13mm임
(2) 허용 균열폭
균열폭은 여러 가지 요인에 의해 변화하므로 균열의 제어를 계산으로 알아내는 것은 어려운 일이다.
따라서 설계기준에서는 인장철근의 설계 항복강도가 300MPa 이상인 경우에 다음 식으로 균열폭을 계산하고 그 값이 [표] 허용 균열폭 을 넘어서는 안되는 것으로 규정하고 있다.
(mm)
여기서,
: 사용하중에 의해 계산된 철근의 인장응력(MPa)
: 인장측 연단에 가장 가까운 인장철근의 도심으로부터 인장측 연단까지의 거리(mm)
: 콘크리트의 유효 인장단면적을 철근의 수로 나눈 값()
[그림] 유효 인장 단면적
위 그림에 빗금칠한 부분의 도심은 인장철근의 도심과 일치한다. 이 부분을 콘크리트의 유효인장 단면적이라고 하며, 이 면적을 철근의 수로 나눈 것이 이다. 는 계산 대신 를 사용해도 좋다.
※ 콘크리트의 인장응력이 그 설계 인장강도의 60%보다 작을 경우에는 휨균열을 검토하지 않아도 좋다.
4. 피로
피로는 과거 하중보다 작은 하중이 지속적으로 반복 작용함으로써 구조물이 본래의 기능을 발휘할 수 없는 상태를 말한다.
즉, 교량과 같은 구조물은 공용(사용)기간중에 수백만회 이상의 반복하중을 받는 것이 보통이며, 이 경우 초과하중에 의한 파괴위험 못지 않게 지속적인 반복하중으로 인한 구조재료의 손상누적으로 급격한 취성파괴의 양상을 보이는 피로파괴의 위험성이 있다. 따라서 이러한 구조물은 피로에 대해 안전성을 검토해야 한다.
4.1 피로에 대한 일반사항
(1) 콘크리트의 피로한도는 보통 100만회로 하고 있다.
(2) 콘크리트의 압축에 대한 피로강도는 정적강도의 50~55% 범위이다.
(3) 콘크리트의 휨강도에 대한 피로강도는 정적강도의 30~60%(평균 55%)범위이다.
(4) 보 및 슬래브의 피로는 휨 및 전단에 대하여 검토한다.
즉, 휨부재는 과소철근보로 설계되는 것이 보통이므로 반복인장응력을 받는 철근의 피로에 대하여 검토한다.
(5) 기둥의 피로는 검토하지 않아도 좋다. 단, 휨모멘트나 축방향력의 영향이 특히 큰 경우는 보에 준하여 검토하여야 한다.
(6) 피로의 검토가 필요한 구조부재는 높은 응력을 받는 부분에서 철근을 구부리지 않도록 해야 한다.
(7) 충격을 포함한 사용 활하중에 의한 철근의 응력범위가 표의 값 이내이면 피로에 대하여 검토할 필요가 없다.
[표] 피로를 고려하지 않아도 좋은 철근의 응력범위
철근의 종류
인장응력 및 압축응력 범위
SD 300
130MPa
SD 350
140MPa
SD 400
150MPa

키워드

철근,   콘크리트,   사용성,   내구성,   균열,   처짐,   피로,   안전성