[토목설계] 제 6 장 구조물의 안전성 및 사용성

[공무원사랑]

제 6 장 구조물의 안전성 및 사용성

1. 강도설계법의 안전성과 사용성

(1) 안전성 : 계수하중 (극한하중)에 의해 검토

(2) 사용성 : 사용하중 (실하중, 작용하중)에 의해 검토

< 균 열 >

2.경화후의 균열

(1) 구조적 균열 : 휨균열, 복부균열, 휨전단균열

(2) 비구조적 균열 : 수축균열, 온도균열, 화학적 균열, 동결융해에 의한 균열

3. 균열폭 제어의 중요성

(1) 적은 수의 큰 균열보다는 많은 수의 미세한 균열이 바람직하다.

(2) 균열의 수가 문제가 아니고 균열의 폭이 문제이다.  ( è 허용균열폭을 제한 )

4. 균열폭에 영향을 미치는 요인

- 이형철근을 사용하면 균열폭을 작게 할 수 있다. 또한 부착에도 좋다.

- 균열폭은 철근의 응력에 비례한다. ( 철근의 강도 – x )

- 균열폭은 철근의 지름에 비례

- 균열폭은 철근비에 반비례

- 인장측에 철근을 잘 고르게 분포시키면 균열의 폭을 작게 할 수 있음.

- 피복두께가 증가되면 균열의 간격과 폭이 커진다. ( 그러나 부착력은 커진다. )

- 적은 수의 굵은 철근보다 많은 수의 가는 철근을 사용하는 것이 좋다. 부착 또한 유리.

5. 강재부식에 대한 환경조건

- 건조환경,     습윤환경,     부식성 환경,     고부식성 환경

6. 허용균열폭

(1) 콘크리트의 인장응력이 콘크리트의 설계기준인장강도의 60% 보다 작을 경우에는 휨균열을 검토하지 않아도 된다.

(2) 수조의 허용균열폭 : 0.2 mm  < 예전 0.1 mm à 0.2 mm 바뀜에 주의~!>

(3) 부식성 또는 고부식성환경에 노출되어 있으면서 수밀성이 요구되는 구조물 : 0.13 mm

(4) 피복두께 100 mm  이하의 구조물의 허용균열폭 (RC구조물의 경우)

- 건조환경 : 건물( 0.4 mm ) ,  기타구조물 ( 0.006 t_c )

- 습윤환경 : 건물( 0.3 mm ) , 건물( 0.3 mm ), 기타구조물( 0.005 t_c )

- 부식성환경 : 0.004 t_c

- 고부식성환경 : 0.0035 t_c

여기서,  t_c 는 최소피복두께(mm)

7. 균열폭의 계산

(1) 인장철근의 설계기준항복강도가 300 MPa  이상인 경우 사용하중에 의한 균열폭 계산식

- 균열폭계산식

(2)

(3) 철근의 응력

(4)  는 인장측연단에 가장 가까운 철근의 도심에서 인장측연단까지의 거리(mm)

(5) A 는 콘크리트의 유효인장단면적을 철근의 수로 나눈 값 (mm²)

< 처  짐 >

8. 처짐의 종류

(1) 탄성처짐 : 하중이 재하되는 순간 발생하는 처짐

(2) 장기처짐 : 지속하중이 재하될 때 콘크리트의 건조수축과 크리프로 인해 시간의 경과와 더불어 증가되는 추가적인 처짐을 장기처짐이라 한다.

9. 탄성 처짐

(1) 비균열 단면

- 인장측 콘크리트에 균열이 생기지 않았다면 단면이 전부 유효하다고 보고 총단면에 대한 단면 2차모멘트를 사용한다.

- 휨인장응력  

- 이 때,  <  이고, 파괴계수  은

 (MPa)

(2) 균열단면

-  >  인 경우에 균열이 발생한다. 균열모멘트  은

- 외력에 의한 휨모멘트 M 이 균열모멘트 을 초과하면  를 사용할 수 없고, 균열단면에 대한 단면 2차모멘트  을 사용해야 한다. 그러나 보의 길이에 따른 단면 2차 모멘트의 변화를 고려하여 시방서에는 유효 단면 2차 모멘트  를 규정하고 있다.

여기서,   : 처짐이 계산되는 단계에서 해당 단면의 사용하중에 의한 최대 휨모멘트

           : 철근을 무시한 콘크리트의 총단면 2차 모멘트

            : 유효 환산 단면 2차 모멘트

          : 균열 모멘트

           :  균열 환산 단면 2차 모멘트

(3)  <    <  

10. 장기처짐

장기처짐 = ( 탄성처짐 ) 

 : 단순 및 연속지간에서는 지간 중앙 단면, 그리고 캔틸레버에서는 지지부재에서의 단면의 압축철근비이다. (  )

 : 지속하중의 재하기간에 따라 달라지는 계수

지속하중의 재하기간
5년 또는 그 이상	2.0
12개월	1.4
6 개월	1.2
3 개월	1.0

11. 최종처짐

최종처짐 = 탄성처짐 + 장기처짐

12. 최대허용처짐

- 보행자 및 차량하중 등 동하중을 주로 받는 구조물의 최대허용처짐

  # 단순 또는 연속경간의 부재는 활하중과 충격으로 인한 처짐이 경간의 을 초과하지 않아야 한다. 보행자가 지나는 도시지역의 교량은 을 초과하지 않아야 한다.

13. 처짐을 고려치 않는 보와 슬래브의 최소두께

구분	최 소 두 께 ( h : mm )
부재	단순지지	1단연속	양단연속	캔틸레버
1방향 슬래브
보

14. 도로교 상부구조의 최소두께

- 주철근이 차량진행 방향에 평행한 교량슬래브

  # 단순경간 :    à 단순경간 최소두께

  # 연속경간 :   à 연속경간 최소두께

  #  :  지간 (mm)

15. 2방향 슬래브의 최소두께

(1) 테두리보를 제외하고 슬래브 주변에 보가 없거나 보의 강성비  인 경우

- 지판이 없는 슬래브 : 120 mm 이상

- 지판이 있는 슬래브 : 100 mm 이상

(2) 0.2 <  < 2.0 인 보가 슬래브 주변에 있는 경우 : 120 mm 이상

(3)  인 경우 :  90 mm 이상

16. 피로의 일반사항

- 피로의 검토가 필요한 부재에서 높은 응력을 받는 점에서 철근을 구부려서는 안된다.

- 피로는 보나 슬래브의 휨과 전단에 대하여 검토하여야 한다.

- 기둥의 피로는 검토하지 않아도 좋다. 다만, 휨모멘트나 축인장력의 영향이 특히 큰 경우는 보에 준한다.

17. 피로를 고려하지 않아도 되는 철근의 응력범위

(1) SD30 : 130 (MPa)

(2) SD35 : 140 (MPa)

(3) SD40 : 150 (MPa)

# 피로 현상은 허용응력이내에서 발생한다.

< 처  짐 >

18. 내구성 허용기준

- 물에 노출되며 수밀성이 요구되는 콘크리트의 최소설계기준강도 : 27 (MPa)