철근 콘크리트 보의 전단 설계 기본 핵심 이론

본문내용

c. 최대 전단력 V는 받침부 내면에서 d만큼 떨어진 단면의 전단력을 사용할 수 있다.
d. 시공 이음은 될 수 있는 대로 전단력이 작은 위치(보의 중앙부근)에 두는 것이 좋다. 이는 중앙 부근이 전단응력이 작으면서, 압축 휨응력은 연직 시공이음면에 직각으로 작용하여 강도 저하를 극소화 할 수 있기 때문이다.
(2) 전단 보강 철근의 간격 제한
a. 수직 스터럽 간격 : 0.5d 이하, 600mm 이하
b. 경사 스터럽, 굽힘철근 간격: 3/4 d 이하
c. 가 를 초과하는 경우에는 a, b에서의 최대 간격은 1/2로 감소되어야 한다. (즉, d/4 이하, 300mm 이하이어야 한다.)
(3) 최소 전단 보강 철근
허용응력 설계법과 근본적으로 같다. 즉, 인 경우 다음과 같은 최소량의 전단 보강 철근을 배치하여야 한다.
()
단, 다음의 경우는 제외이며, 또한 가 보다도 작으면 최소량도 필요없다.
a. 슬래브와 확대기초
b. 콘크리트 들보구조
c. 총 높이가 250mm 이하이거나 I형보, T형보에서 그 높이가 플랜지 두께의 2.5배 또는 복부폭의 1/2 중에서 큰 값 이하인 보
(4) 기타 사항
a. 전단 보강 철근의 설계항복 강도 는 어떤 경우라도 400MPa를 초과할 수 없다.
b. 이어야 한다.
c. 전단계산시 는 8.37MPa을 초과할 수 없다. 이는 의 값으로 약 70MPa에 해당되며, 고강도 콘크리트의 사용량이 많아지는 추세에서 콘크리트가 부담하는 전단력이 과대 평가되는 것을 방지하기 위해서이다.
d. 받침부 내면에서 d 거리 이내까지의 구간은 d 거리 위치에서 구한 것과 동일한 전단 응력에 의해 설계해도 좋다.
[그림] 철근 콘크리트보의 전단설계 과정
5. 비틀림 설계
휨 부재는 주로 휨과 전단을 받지만, 경우에 따라 비틀림을 받는 경우도 있다. 예를 들어 교량의 가장자리 보나 슬래브의 구석 부위에 비틀림이 발생하기도 한다.
[그림] 비틀림 작용 예
5.1 무근 콘크리트의 비틀림
(1) 비틀림 응력 발생 분포
[그림]과 같이 무근 콘크리트 부재가 비틀림 모멘트 T를 받을 때 T가 작은 초기에 비틀림 응력은 그림 의 실선으로 나타나며, 최대 비틀림 응력은 중앙에서 일어난다.
사인장 응력 v가 콘크리트의 인장강도 를 초과하면 균열이 발생하며, 사인장 균열을 일으키는 비틀림 모멘트를 균열 비틀림 모멘트 이라고 한다.
[그림] 순수 비틀림에 의한 주응력과 균열
(2) 비틀림 응력 해석 과정
a. 박벽관, 입체 트러스 이론을 적용한다.
b. 속이 찬 부재라도 그림 처럼 얇은 벽을 가진 관, 즉 박벽관 이라고 생각한다.
c. 전단응력은 부재둘레를 둘러 싼 두께 t에 걸쳐서 일정한 것으로 본다.
d. 비틀림 모멘트 T는 관벽의 전단흐름(shear flow) q에 의해 일정하게 저항된다.
e. 전단흐름 q의 합력은 관벽 안에 있으며, 수직벽에서는 의 길이에 작용하고 수평벽에서는 길이에 작용한다.
f. 비틀림 모멘트 T와 전단흐름 q의 관계는 관의 중심선에 대한 모멘트의 합계를 취합하면
여기서, 는 전단흐름경로로 둘러싸인 면적으로 라고 하면
g. 전단흐름 q는
h. 관벽안에 작용하는 단위 전단응력 v는
i. 균열 비틀림 모멘트
그림에서 주인장응력 이므로 (콘크리트 인장강도)일 때 콘크리트에 균열이 발생한다.
콘크리트가 2축으로 인장과 압축을 받고 있으므로 인장강도 를 콘크리트의 파괴계수(인장강도) (MPa) 보다 작은 (MPa)로 취해서 를 식 에 대입하면
(MPa)
(MPa)
()
또는 , 로 보면
()
여기서, : 단면의 외부 둘레로 둘러싸인 콘크리트 단면적()
: 전단흐름 경로로 둘러싸인 면적()
: 콘크리트 단면의 둘레길이 (2b+2h)
5.2 철근 콘크리트 부재의 비틀림
(1) 비틀림 철근
비틀림 모멘트 에 저항시키기 위한 폐쇄 스터럽과 종방향 철근을 말한다.
(2) 비틀림 저항 해석
그림 와 같이 비틀림을 받아 콘크리트에 경사 방향으로 균열이 생긴 부재를 나선형 콘크르트 사재로 구성되는 트러스라고 생각하고 해석한다.
이 때 인장을 받는 선은 철근으로 구성되는데, 폐쇄 스터럽에 의한 횡방향 인장타이와 종방향 철근에 대한 인장현이 있으며 이처럼 압축과 인장을 받는 선을 부재축으로 생각하는 것을 박벽관, 입체 트러스 이론이라고 한다.
(3) 수직벽 전단력
여기서, : 폐쇄 스터럽의 다리(leg) 하나의 단면적
: 폐쇄스터럽의 항복강도
: 균열과 교차된 스터럽의 수
5.3 전단과 비틀림의 조합 작용
(1) 전단응력과 비틀림 전단응력
a. 전단응력
b. 비틀림 전단응력
(2) 속이 빈 단면의 조합응력 (, 인 균열단면의 경우)
(3) 속이 찬 단면의 조합 응력
5.4 비틀림 철근의 설계
(1) 설계의 원칙
비틀림 설계는 계수 비틀림 모멘트 가 다음 식의 관계를 만족하도록 해야 한다.
여기서, : 계수 비틀림 모멘트로 계수 하중에 의한 소요 비틀림 강도
: 공칭 비틀림 강도
: 비틀림에 대한 강도 감소 계수(=0.80)
(2) 최소 비틀림 모멘트
가 다음 관계를 만족하면 비틀림의 영향을 무시한다.
(3) 비틀림 철근의 단면적
a. 폐쇄 스터럽 다리 하나의 단면적
여기서, : 콘크리트의 압축 스트럿의 기울기
: 스터럽의 간격
b. 종방향 철근의 단면적
여기서, : 종방향 철근의 항복강도
c. 최소 비틀림 철근량
- 최소 횡방향 철근량
여기서, : 전단에 대한 스터럽의 단면적
: 비틀림에 대한 폐쇄 스터럽의 단면적
최소 종방향 철근량
여기서, 는 이상으로 취하여야 한다.
[그림] 비틀림 응력과 전단응력의 중첩
5.5 비틀림 철근의 상세
(1) 비틀림 철근은 종방향 철근 또는 종방향 긴장재와 폐쇄 스터럽등의 보강근으로 구성된다.
(2) 횡방향 비틀림 철근은 종방향 철근 주위로 135도 표준 갈고리에 의해 정착되어야 한다.
(3) 종방향 비틀림 철근은 양단에 정착되어야 한다.
(4) 횡방향 비틀림 철근의 간격은 보다 작아야 하고, 또한 300mm 보다 작아야 한다.
(5) 종방향 철근은 폐쇄 스터럽의 둘레를 따라 300mm 이하의 간격으로 분포시켜야 한다.
(6) 종방향 철근의 직경은 스터럽 간격의 1/24 이상이 되어야 하며, D10 이상이어야 한다.

키워드

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