TIMWORK-inc/kds-kcs-standards huggingface dataset:
① 비선형 구조해석을 위해 단기 1축 압축력을 받는 콘크리트의 응력-변형률 곡선은 다음 식으로 표현할 수 있다.(그림 3.1-1)
(3.1-37)
여기서, 이고,
은 최대 응력에 도달하였을 때의 정점 변형률이며,
은 극한한계변형률을 나타낸다.(표 3.1-2)
② 식 (3.1-37)과 다르게 표현된 응력-변형률 관계가 사용 콘크리트의 거동을 잘 표현한다면, 이를 적용할 수 있다.
그림 3.1-1 비선형 해석을 위한 콘크리트의 응력-변형률 곡선
표 3.1-2 비선형 해석을 위한 콘크리트 응력-변형률 곡선의 계수값

(MPa)

18

21

24

27

30

35

40

50

60

70

80

90

(‰)

1.83

1.90

1.97

2.03

2.09

2.18

2.26

2.42

2.57

2.68

2.79

2.80

(‰)

3.3

3.2

3.1

3.0

2.9

2.8
(2) 단면 설계를 위한 응력-변형률 관계
① 휨부재의 단면 설계를 위하여 포물선-직선 형상의 응력-변형률 관계를 사용할 수 있다.(그림 3.1-2)
구간에서, (3.1-38)
구간에서, (3.1-39)
여기서, 는 콘크리트에 대한 재료계수로 1.4.2.3에서 정의된 값이며,
은 상승 곡선부의 형상을 나타내는 지수,
는 최대 응력에 처음 도달할 때의 변형률,
는 극한변형률이다.
콘크리트 강도가 40 MPa 이하인 경우, , , 는 각각 2.0, 0.002, 0.0033으로 한다. 콘크리트 강도가 40 MPa을 초과할 경우에는 매 10 MPa의 강도 증가에 대하여, , 의 값을 0.0001씩 증가시키고 의 값을 0.0001씩 감소시키며, 은 식 (3.1-40)에 따라 결정한다.(표 3.1-3)
(3.1-40)
(3.1-41)
(3.1-42)
그림 3.1-3 단면설계를 위한 응력-변형률 곡선
표 3.1-3 단면설계를 위한 응력-변형률 곡선의 콘크리트 강도 변화에 따른 계수값

(MPa)

18

21

24

27

30

35

40

50

60

70

80

90

2.0

1.92

1.50

1.29

1.22

1.20

(‰)

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

(‰)

3.3

3.2

3.1

3.0

2.9

2.8
(3) 횡방향으로 구속된 콘크리트의 응력-변형률 관계
① 횡방향철근으로 구속된 휨부재는 횡구속 효과를 고려한 응력-변형률 관계를 사용하여 휨강도와 변형 성능을 검증할 수 있다. 이때의 횡구속 철근은 심부콘크리트를 구속할 수 있는 철근상세를 가진 횡방향 철근이어야 한다.
② 별도로 조사된 상세한 자료가 없는 경우, 다음 식으로 콘크리트의 압축강도와 변형률이 증가된 포물선-직선 형상의 응력-변형률 관계를 사용할 수 있다. (그림 3.1-3)
(3.1-43)
(3.1-44)
(3.1-45)
여기서, 는 극한한계상태에서 구속에 의해서 발생하는 횡방향 유효 압축응력으로 원형후프나 나선철근으로 횡구속된 경우에는 식 (3.1-46a)으로, 사각형띠철근으로 횡구속된 경우에는 식 (3.1-46b)로 구한다.
(3.1-46a)
(3.1-46b)
여기서, 은 콘크리트 심부체적에 대한 횡구속 철근의 체적비 : ,
는 횡구속 철근의 설계기준항복강도(MPa),
는 부재의 축방향으로 측정한 횡구속 철근의 간격(),
는 원형 단면의 횡구속 철근 외측표면을 기준으로 한 콘크리트 심부의 단면 치수(),
는 원형 단면의 횡구속 철근 한 개의 단면적(),
는 긴변 방향과 짧은 변 방향으로 계산한 사각형 횡구속 띠철근의 체적비(과 ) 중 작은 값 : ,
는 긴 변 방향으로 배치된 사각형 횡구속 띠철근의 총 단면적(),
는 짧은 변 방향으로 배치된 사각형 횡구속 띠철근의 총 단면적(),
는 사각형 횡구속 띠철근 외측표면을 기준으로 한 콘크리트 심부의 단면 치수 중에서 작은 값(),
는 사각형 횡구속 띠철근 외측표면을 기준으로 한 콘크리트 심부의 단면 치수 중에서 큰 값(),
는 후프띠철근의 모서리나 보강띠철근의 갈고리로 구속된 축방향 철근 사이의 중심 간격()으로, 식 (3.1-46b)에는 단면 둘레의 변을 따라 존재하는 모든 를 계산에 포함한다(그림 3.1-4 참조).
그림 3.1-4 구속된 콘크리트의 응력-변형률 관계와 횡구속된 압축부재
3.1.2.6 설계압축강도 및 설계인장강도
(1) 설계압축강도
콘크리트의 설계압축강도는 다음 식과 같이 기준압축강도에 재료계수와 유효계수를 곱하여 구한다.
(3.1-47)
여기서, 는 설계압축강도이고, 는 표 1.4-1에 주어진 콘크리트의 재료계수이며. 는 유효계수로 0.85다.
(2) 설계인장강도
콘크리트의 휨인장강도를 포함한 설계인장강도는 다음 식과 같이 기준인장강도에 재료계수를 곱하여 구한다.
(3.1-48)
여기서, 는 설계인장강도이고, 는 표 1.4-1에 주어진 콘크리트의 재료계수이며, 는 인장강도 유효계수로 콘크리트 압축대의 쪼갬인장강도를 산정할 때 유효계수 값은 0.85를 취하고, 그 외의 경우 유효계수는 모두 1.0을 적용한다.
3.1.2.7 증기양생한 콘크리트 재료
(1) 강도
① 콘크리트 혹은 콘크리트 부재를 증기 양생하는 경우 28일 이전 일의 콘크리트 압축강도 는 식 (3.1-2)에 온도에 따라 조정한 콘크리트 재령 를 대입하여 구할 수 있다.(식 (3.1-24) 참조) 이때 계수 는 1.0 이하이다. 또한, 증기양생의 효과는 식 (3.1-49)를 사용할 수 있다.
(3.1-49)
여기서, 는 증기양생 후 평균압축강도로 부재와 동일한 증기양생을 수행한 시험체에 대하여 시간 에서 시험에 의하여 측정한 값이다.
(2) 크리프와 건조수축
① 콘크리트 부재를 증기 양생한 경우, 크리프 변형은 식 (3.1-23)에 따라 시간함수를 사용하여 구할 수 있다.
② 크리프 변형을 구하기 위하여 식(3.1-20)의 재하시의 콘크리트 재령 (일)은 식 (3.1-23)과 식 (3.1-24)에서 얻어진 등가 콘크리트 재령으로 바꾸어야 한다.
③ 증기 양생한 콘크리트 요소에서는 다음을 가정한다.
가. 증기양생 동안에는 건조수축 변형은 크지 않다.
나. 자기 수축 변형은 0이다.
3.2 철근
(1) 이 설계기준의 보강용 강재에 관련된 규정들은 KS D 3504(철근콘크리트용 봉강), KS D 3552(철선)과 KS D 7017(용접철망)에 적합한 강재를 사용할 경우에 적용된다. 이 규정들은 특수 도막 처리된 보강용 강재인 경우에는 적용되지 않는다.
(2) 철근 성질에 대한 요구 조건들은 경화된 콘크리트 내부에 배치되어 보강재로써의 기능을 확보하기 위한 것이다. 현장 가공에 의하여 철근의 특성이 영향을 받는 경우, 가공 이후의 특성에 대한 검증이 이루어져야 한다.
(3) 한국산업표준에 적합하지 않은 철근을 사용하는 경우 그 역학적 성질은 이 설계기준의 요구 조건에 의해 검증되어야 한다.
3.2.2 재료특성
(1) 이 코드의 특성값은 현장에서 철근을 구부리거나 용접할 경우 온도범위가 한국산업표준에서 허용하는 범위 내에 있을 때 적용된다.
(2) 이 설계기준에 있는 설계 및 상세 규정은 설계기준항복강도 이하의 철근에만 유효하다. 단, 내진설계에 적용하는 경우 8장의 내용에 따르도록 한다.
(3) 철근의 기준항복강도 (또는 : 0.2% 오프셋 항복강도)와 인장강도 는 각각 항복하중의 기준값과 직접 1축 인장의 최대하중을 공칭단면적으로 나눈 값으로 정의한다. 실제 시험을 통하여 얻어지는 항복 응력은 기준항복강도의 1.3배를 초과하지 않아야 한다. 보통 철근의 응력-변형률 관계는 그림 3.2-1과 같다.
① 모든 용접은 KS B 0816, KS B 0892의 규격에 따라 수행하여야 하며, 그 용접성은 KS B 0804 를 따라야 한다.
② 용접철망의 정착 길이 내의 용접 연결부의 강도는 충분하여야 한다.
③ 용접철망의 용접 연결부에 있어서 각 연결부가 규정된 기준항복강도와 공칭 단면적을 곱한 값의 30% 이상의 전단력을 견딘다면 그 강도가 적절한 것으로 가정할 수 있다. 철망의 두 강선의 지름이 다른 경우 이 힘은 더 굵은 강선의 단면적에 기초하여 구한다.
(5) 피로강도가 요구되는 경우 KS B 0802에 따라 검증되어야 한다.
그림 3.2-1 보통 철근의 응력-변형률 관계
3.2.3 설계 가정
(1) 설계는 철근의 공칭단면적과 3.2.2에 주어진 기준강도로부터 도출된 설계항복강도에 기초하여 수행되어야 한다. 철근의 설계항복강도는 다음과 같이 계산할 수 있다.
(2) 부재의 극한한계상태에서 변형을 검토할 필요가 없을 경우 철근의 항복 이후 응력-변형률 관계는 그림 3.2-2에 보인 수평 직선으로 가정하여 설계에 사용할 수 있다. 그러나 극한한계상태에서 변형률을 검토할 필요가 있는 경우에는 그림 3.2-2에 보인 항복점 이 후 변형률 한계 까지 기울기를 갖는 응력-변형률 곡선을 사용해야 한다.
(3) 철근의 평균 단위 질량은 7,850kg/m3으로 간주할 수 있다.
(4) 철근의 평균 탄성계수의 값 는 200GPa(kN/mm2)로 가정할 수 있다.
(5) 철근의 열팽창계수는 12×10-6/℃로 가정할 수 있다. 이 값과 콘크리트 열팽창계수 값과의 차이는 일반적으로 무시해도 좋다.
그림 3.2-2 철근의 설계 응력-변형률 관계
3.3 프리스트레싱 강재
(1) 이 절은 콘크리트 구조물에서 프리스트레싱 긴장재로 사용되는 강선, 강봉 및 스트랜드에 적용된다.
(2) 프리스트레싱 강재는 그 성능을 저하시킬 수 있는 결함이 없어야 한다.
(3) 프리스트레싱 강재는 KS D 7002(PC 강선 및 PC강연선) 및 KS D 3505(PC 강봉) 혹은 동종의 강재에 적용되는 KS에 규정된 품질시험에 준한 시험을 행하여 품질을 조사, 확인하고 인장강도, 기준항복강도 등을 정하여야 한다. 특히 고강도의 프리스트레싱 강재를 사용하는 경우에는 지연 파괴의 검토 등 설계와 시공 상의 주의사항에 대해 별도의 검토가 필요하다.
(4) 프리스트레싱 긴장재의 성질에 대한 요구조건은 긴장재가 부재 내에서 최종적인 위치에 배치되는 재료인 경우에 대한 것이다. 프리스트레싱 강의 생산방법, 시험 및 인증의 적합성이 관련 KS 규격을 따르는 경우 그 긴장재는 이 설계기준의 요구조건을 만족하는 것으로 가정할 수 있다.
(5) 이 설계기준을 따르는 프리스트레싱 강재는 인장강도, 기준항복강도, 최대하중에서의 신장량으로 규정될 수 있으며, 그 값은 각각 , 및 로 나타낸다. 항복점이 뚜렷하지 않은 경우 0.2% 오프셋 항복강도를 항복강도로 쓸 수 있다(=).
(6) 및 는 각각 구조물에 쓰일 때 요구되는 프리스트레싱 강재의 성질에 기초한 기준인장강도 및 기준항복강도 값으로서 이들 두 값 사이에는 직접적인 관계는 없다.
(7) 각 제품은 3.3.2(2)의 구분 체계에 따라 명확히 구분할 수 있어야 한다.
(8) 프리스트레싱 강재는 릴랙세이션에 관한 성질에 따라, 또는 관련 KS 규격에 따라 구분되어야 한다.
(9) 모든 제품의 배송은 3.3.2(2)의 ①~④에 따라 제품의 구분에 필요한 정보가 전부 포함된 증명서를 포함하여야 하며, 필요한 경우 추가적인 정보도 함께 포함되어야 한다.
(10) 강선 및 강봉에 용접부가 있어서는 안 된다. 스트랜드의 개별 강선은 냉간 인발 이전에 만들어진 엇갈림(staggered) 용접부만을 포함할 수 있다.
(11) 코일 형태의 긴장재는 일정 길이를 풀어 놓은 후에 강선 또는 강연선의 최대 굽힘 높이(bow height)가 관련 KS 규격에 적합하여야 한다.
3.3.2 재료특성
(1) 프리스트레싱 강재의 성질은 KS D 3505, KS D 3552 및 KS D 7002 등에 주어져 있다.
(2) 프리스트레싱 강재(강성, 강연선 및 강봉)는 다음 항에 따라 나뉜다.
① 등급(Grade), 기준항복강도( 또는 ), 기준인장강도값의 기준항복강도값에 대한 비() 및 최대하중에 대한 신장량()을 말한다.
② 구분(Class), 릴랙세이션 거동에 따라 구분된다.
➂ 크기(치수)
④ 표면 특성
(3) 프리스트레싱 강재의 실제 무게는 공칭 무게와 비교하여 KS에 규정된 한계 이상 차이가 나지 않아야 한다.
(4) 강도 - 기준항복강도() 및 기준인장강도()의 값은 축방향 인장 하중을 가할 때 각각 0.2% 영구연신율이 일어나는 하중과 인장파단이 일어나는 최대하중의 값을 공칭 단면적으로 나눈 값으로 정의된다.
(5) 연성 - 프리스트레싱 강재는 KS D 3505, KS D 3552 및 KS D 7002 등의 규격에 따라 적절한 연성을 가져야 한다.
(6)피로 - 프리스트레싱 강재는 적절한 피로강도를 가져야 하며, 긴장재의 피로응력범위는 관련 KS 규격의 규정에 따라야 한다. 프리스트레싱 강재의 피로설계 요구조건은 4.1.3을 참고하여야 한다.
(7) 릴랙세이션
① 종류 - 이 설계기준에는 3 가지 종류의 릴랙세이션이 정의되어 있다.
가. Class 1: 강선 또는 강연선 - 보통 릴랙세이션 긴장재
나. Class 2: 강선 또는 강연선 - 저 릴랙세이션 긴장재
다. Class 3: 열연(hot-rolled) 강봉
② 프리스트레싱 강재의 릴랙세이션에 의한 손실의 설계 계산은 평균기온 20 ℃에서 긴장한 이후 1,000시간이 경과하였을 때의 릴랙세이션 손실인 (%) 값에 기초하여야 한다. 여기서, 값은 초기 응력에 대하여 백분율로 표시되며, 초기응력을 와 같게 놓고 얻는다. 는 프리스트레싱 강재 시편의 인장강도이다. 설계 계산을 할 때는 기준인장강도()를 사용하여야 한다.
③ 값은 생산자가 제공한 시험 증명서로부터 구하나, 그렇지 않으면 Class 1에 대하여 8%, Class 2에 대하여 2.5% 및 Class 3에 대하여 4%로 가정할 수 있다.
④ 릴랙세이션 손실은 초기 프리스트레싱 응력에 대한 프리스트레싱 응력 변화비율로 정의된다. 릴렉세이션 손실은 다음 식으로 계산할 수 있다. 식 (3.3-1) 및 식 (3.3-2)는 보통 릴랙세이션 긴장재와 저 릴랙세이션 긴장재에 각각 적용되며, 식 (3.3-3)은 열연강봉에 적용된다.
Class 1:(%) (3.3-1)
Class 2:(%) (3.3-2)
Class 3:(%) (3.3-3)
여기서, = 릴랙세이션에 의한 프리스트레스의 변화량
= 초기 프리스트레스트 응력(1.5.7.3(1) 참조)
여기서 프리텐셔닝 부재의 경우 정착장치의 활동에 의한 손실을 초기 프리스트레싱 응력에서 빼도 좋다.(1.5.7.4(1)① 긴장작업 시의 손실 참조)
= 긴장 이후 경과 시간(시간)
, 여기서 는 프리스트레싱 강재의 기준인장강도.
= 평균기온 20℃,에서 긴장 이후 1,000시간이 경과하였을 때의 릴랙세이션 손실(%)
⑤ 릴랙세이션 손실의 장기(최종)값은 시간(약 57년)에 대하여 산정하여도 좋다.
⑥ 릴랙세이션 손실은 강재의 온도에 매우 민감하다. 열처리를 하는 경우에는 해당 규정을 적용하여야 하며, 그렇지 않은 경우 강재의 온도가 30 ℃를 넘을 것으로 예상되면 시험에 의한 특별 검증이 수행되어야 한다.
3.3.3 설계 가정
(1) 구조해석은 프리스트레싱 강재의 공칭단면적 및 , 및 의 값에 기초하여 수행하여야 한다.
(2) 강선 및 강봉에 대한 탄성계수의 설계값, 은 200 GPa로 가정하여도 좋다. 실제값은 제작과정에 따라 195에서 210 GPa의 범위에 있을 수 있다.
(3) 스트랜드에 대하여 탄성계수의 설계값 를 200 GPa로 가정하여도 좋다. 실제값은 제작과정에 따라 185에서 205 GPa의 범위에 있을 수 있다.
(4) 설계 목적으로 사용되는 평균 밀도는 다음과 같이 가정하여도 좋다.
① 강선 및 강연선에 대하여,7,850kg/
② 강봉에 대하여, 7,850kg/
(5) 설계 목적으로 사용되는 열팽창계수는 12×10-6/℃로 가정하여도 좋다. 이 값과 콘크리트 열팽창계수의 차이는 일반적으로 무시하여도 좋다.
(6) 위에 주어진 값들은 완성된 구조물 내에서 프리스트레싱 강재의 온도 범위가 40 ℃와 +100 ℃ 사이에 있으면 유효한 것으로 가정해도 좋다.
(7) 강재 응력에 대한 설계값은 이상화된 응력-변형률 곡선을 프리스트레싱 강재에 대한 재료계수 를 곱하여 구한다.(1.4.2.3 참조)
(8) 단면 설계에서 프리스트레싱 긴장재의 응력-변형 관계는 다음 중 하나로 가정하여도 좋다.
① 항복 이후 변형율 한계 인 경사 직선 부분으로 가정
② 항복점 이후 변형률 한계가 없는 수평 직선 부분으로 가정
그림 3.3-1 프리스트레싱 강재의 설계응력-변형률 관계
4.1 극한한계상태
4.1.1 휨과 축력
4.1.1.1 일반
(1) 4.1의 규정은 보, 슬래브, 및 기둥과 같이 휨모멘트 또는 휨모멘트와 축력이 동시에 작용하는 부재 중에서 평면 보존 가정이 유효한 응력균일영역의 설계에 적용한다. 평면 보존 가정이 적용되지 않는 교란영역에 해당하는 구간 또는 부재의 설계는 4.1.5의 규정을 따라야 한다.
(2) 철근콘크리트 또는 프리스트레스트 부재의 단면 강도를 산정할 때 평면 보존 가정과 함께다음의 가정을 적용한다.
① 콘크리트에 부착된 철근과 프리스트레싱 긴장재의 변형률은 인장 상태나 압축 상태에서 주변 콘크리트의 변형률과 같다.
② 콘크리트의 인장강도는 무시한다.
③ 콘크리트의 압축응력분포는 3.1.2.5에 규정된 응력-변형률 관계로부터 얻는다.
④ 철근의 응력은 3.2.3(그림 3.2-2)에서 규정한 응력-변형률 관계로 부터 얻는다.
⑤ 프리스트레싱 강재의 응력은 3.2.3(그림 3.2-2)에서 규정한 응력-변형률 관계로부터 얻는다. 프리스트레싱 긴장재의 응력은 긴장재의 초기 변형률을 고려하여 결정한다.
4.1.1.2 휨 및 축력이 작용하는 부재의 극한한계상태 검증
(1) 휨과 축력이 동시에 작용하는 부재에서 중립축이 단면 내에 있을 경우에는 콘크리트 압축 연단의 변형률은 3.1.2.5의 콘크리트 강도에 따라 규정된 한계변형률 이하로 제한하여야 하며, 철근과 프리스트레스 강재의 극한한계변형률은 3.2와 3.3에서 규정된 설계한계변형률 이하로 제한하여야 한다.
(2) 휨과 축력이 동시에 작용하는 부재의 가능한 변형률 분포 범위는 아래 그림 4.1-1과 같다. 휨과 축력이 동시에 작용하는 부재에서 압축력이 지배적이어서 중립축이 단면 밖에 놓일 경우에는 압축연단의 한계변형률은 그림 4.1-1에 보인 것과 같이 점을 기준으로 회전하여 구한 에서 사이 값 이하로 제한하여야 한다.
그림 4.1-1 극한한계상태의 단면 변형률 분포
(3) 박스형 단면 거더의 압축 플랜지처럼 중심 축압축력이 작용하는 부재 부분 요소는 독립된 압축재로 간주하여 그 극한한계변형률은 3.1.2.5에 규정된 콘크리트 정점변형률 이하로 제한하여야 한다.
(4) 휨 또는 휨 및 축력이 작용하는 철근콘크리트와 프리스트레스트 콘크리트의 부재는 힘의 평형조건과 변형적합조건을 만족시켜야 하며, 4.1.1.1(2)의 가정을 적용하여 강도를 산정하여야 한다.
(5) 축력을 받고 있는 철근이 대칭으로 배근된 부재의 경우에도 축력이 의 최소편심을 가지고 작용하는 것으로 가정하여 계산한 휨모멘트 보다 큰 휨모멘트가 작용하는 휨압축부재로 설계하여야 한다. 최소편심 는 로서 20mm 이상의 값으로 결정하여야 한다. 여기서 는 단면의 깊이이다.
(6) 부재 단면 외부에 설치한 긴장재의 변형률은 정착부나 방향전환부 등 인접하는 두 접촉 지점 내에서 일정하다고 가정한다. 이 변형률은 긴장력 도입 후의 초기 변형률과 접촉구간 내에 발생하는 변형에 따른 증가분을 고려하여 결정하여야 한다.
(7) 프리스트레스트 콘크리트 구조물은 급작스런 취성 파괴를 방지하기 위해 다음의 두 방법 중에서 한 방법을 선택하여 설계하여야 한다.
① 사용하중조합-III에 의해 관찰 가능한 휨균열이 발생할 수 있도록, 긴장재 수를 가상으로 감소시켜서 남아 있는 긴장재가 사용하중조합-III에 의해 발생하는 휨모멘트를 저항할 수 있도록 하는 방법
② 식 (4.1-1)에 의해 산정된 최소철근량을 배치하는 방법이다.
여기서, = 프리스트레스 영향을 무시한 거더의 균열휨모멘트
= 철근만에 의한 단면 내부팔길이
4.1.1.3 축력과 2축 휨이 작용하는 부재의 휨강도
(1) 휨과 축력이 작용하는 부재의 2축 휨강도는 4.1.1.2의 규정을 적용하여 해석하는 것을 원칙으로 하지만, 아래 (2)와 (3)의 규정을 적용하여도 좋다.
(2) 세장비 비율이 식 (4.1-2)를 모두 만족하고, 상대 편심 와 가 식 (4.1-3)을 만족한다면 2축 휨강도의 검토는 생략할 수 있다.
와 (4.1-2)
또는 (4.1-3)
여기서, = 단면의 등가 폭,
= 단면의 등가 깊이,
= 단면의 축 세장비,
= 단면의 축 회전반지름
= 2차 모멘트를 포함하는 축에 대한 계수휨모멘트
= 각 하중조합에서의 계수축력
그림 4.1-2 편심의 정의
(3) 휨과 압축력이 작용하는 부재에 대하여 4.1.1.2에 따라 단면해석을 수행하여 2축 휨강도를 검증하는 대신에 다음 식으로 검증할 수 있다.
여기서, , : 2차 모멘트를 포함하는 y와 z의 두 주축에 대한 계수휨모멘트
, : y와 z의 두 주축에 대한 설계휨강도
= 단면 형상과 축력비에 따른 지수

원형 단면과 타원형 단면의 경우,

직사각형 단면에서, 인 경우,
인 경우,
인 경우,

중간 값에 대해서는 선형 보간 한다.
= 계수하중에 의한 축력
= 단면의 설계중심축압축강도,
4.1.2 전단
4.1.2.1 일반
(1) 4.1.5에 규정한 스트럿-타이 모델에 따라 설계된 부재를 제외하고는 전단력이 작용하는 부재의 단면은 식 (4.1-5)를 만족하는지를 검증하여야 한다.
여기서, 는 계수하중에 의한 단면 전단력이며, 는 검증단면의 설계전단강도이다.
(2) 전단보강철근이 없는 부재의 설계전단강도 는 4.1.2.2에 규정된 전단보강철근이 없는 부재의 콘크리트 설계전단강도 값으로 하여야 한다.
(4.1-6a)
(3) 전단보강철근이 배치된 부재의 설계전단강도 는 4.1.2.3에 규정된 전단보강철근의 항복을 기준으로 정한 설계전단강도 값으로 하여야 한다. 이때 의 값은 콘크리트 스트럿의 압축 파괴를 기준으로 정한 최대설계전단강도 를 초과하지 않아야 한다. 즉,
(4.1-6b)
(4) 깊이가 변하는 부재의 경사진 상현재와 하현재에 작용하는 힘의 수직 성분과 프리스트레스트 부재의 경사진 긴장력의 수직 성분을 설계전단강도에 추가할 수 있다.
(5) 작용 계수하중에 의한 단면의 전단력 가 콘크리트 설계전단강도 보다 작은 구간에는 전단철근량 계산이 불필요하다. 이러한 경우에는 4.6.2에 따른 최소전단철근량을 배치하여야 한다.
(6) 작용 계수하중에 의한 단면의 전단력 가 콘크리트 설계전단강도 보다 큰 구간에는 4.1.2.3의 규정에 따라 충분한 전단철근을 배치하여 가 되도록 하여야 한다.
(7) 부재의 어느 구간에서도 작용 전단력 는 설계최대전단강도 를 초과하지 않아야 한다.
(8) 등분포하중이 지배적으로 작용하는 부재의 경우, 작용 전단력은 받침부 내면부터 유효깊이 떨어진 단면에서 취한다. 이때 소요 전단철근은 받침부까지 연장 배치하여야 한다.
(9) 전단에 의해 유발된 인장력은 종방향 인장철근이 저항할 수 있어야 한다.
4.1.2.2 전단보강철근이 없는 부재
(1) 전단철근이 없는 부재의 설계전단강도 는 식 (4.1-7)로 산정하여야 하며, 이 값은 식 (4.1-8)로 계산한 최소설계전단강도 보다 작게 취할 필요는 없다.
여기서, = 콘크리트 재료계수로 표 1.4-1에 정해진 값
= 콘크리트 기준압축강도 (MPa)
= 콘크리트 인장강도 (MPa)
= 로, 여기서 는 mm 단위
=단면유효깊이 ()
= 철근비
= 주인장 철근량 ()
= 단면의 복부폭 ()
= (MPa)
= 축력(압축일 때 +)
= 단면적 ()
(2) 전단철근이 없는 프리스트레스트 부재에서 휨균열이 발생한 구간의 설계전단강도는 식 (4.1-7)을 이용하여 구한다. 그러나 전단설계를 위한 하중배치에서 계수하중에 의한 휨모멘트가 균열모멘트보다 작아서 휨균열이 발생하지 않는 구간의 전단강도는 식 (4.1-9)로 산정하여야 한다.
여기서, = 단면2차모멘트
= 도심축 위쪽 단면의 도심축에 대한 단면1차모멘트
1.0 : 프리텐션 부재
= 1.0 : 기타 프리스트레스트 부재
= 전달길이의 시작점부터 검토하는 단면까지의 거리
= 프리스트레싱 긴장재의 전달길이
(MPa) : 압축인 경우 +
(3)받침점 내면으로 부터 인 구간 내에 하중이 작용하는 깊은 부재의 설계전단강도를 식 (4.1-10)으로 계산한 값까지 증가시킬 수 있다. 이러한 전단강도의 증가는 하중이 부재의 상면에 작용하고, 종방향 철근이 단부에 완전 정착된 경우에만 유효하며, 식 (4.1-11)로 계산한 를 초과할 수 없다.
여기서 는 다음 식으로 정의된 콘크리트 압축강도 유효계수이다.
(4)경량콘크리트로 제작되었으며 전단철근이 없는 부재의 설계전단강도 는 식 (4.1-13)으로 산정하여야 하며, 이 값은 식 (4.1-14)로 계산한 최소설계전단강도 보다 작게 취할 필요가 없다.
여기서, =
= 표 3.1-1에 주어진 절대건조 밀도
이때 주인장철근비 는 0.005보다 작게 취할 필요는 없다.
(5)전단철근 뿐만 아니라 휨철근 까지 배치하지 않는 무근콘크리트 부재에서 전단에 대한 극한한계상태를 검증하는데 콘크리트의 인장강도를 고려할 수 있다. 다만, 이러한 경우에는 균열에 의한 취성파괴가 발생하지 않는다는 것이 보장되어야 한다. 무근콘크리트 부재에서 단면이 완전 압축 상태에 있거나 또는 작용 하중에 의한 주응력이 콘크리트의 설계인장강도를 초과하지 않는다면, 극한한계상태에서 균열이 발생하지 않는다고 간주할 수 있다.
4.1.2.3 전단보강철근이 배치된 부재
(1) 전단보강철근이 배치된 부재는 트러스 모델을 기반으로 설계하여야 하며, 복부의 스트럿 경사각은 식 (4.1-15)로 주어진 범위 내에서 선택하여야 한다.
(2) 수직 스터럽이 배치된 부재의 설계전단강도 는 식 (4.1-16)으로 산정하여야 하며, 축력이 작용하지 않는 경우에는 식 (4.1-17)로 계산한 최대설계전단강도 보다 크지 않아야 한다. 프리스트레스를 포함하여 축방향 압축력이 작용하고 있는 경우에는 식 (4.1-22)로 계산한 최대설계전단강도 보다 크지 않아야 한다.
여기서, 와 = 각각 철근과 콘크리트의 재료저항계수
= 전단철근의 항복강도
= 전단 철근량
= 단면 내부 팔길이, 근사적으로 값을 사용
= 전단철근 간격
= 식 (4.1-12)로 정의한 콘크리트 압축강도 유효계수
이때 최대 허용 전단철근량은 다음 조건을 만족하여야 한다.
그림 4.1-3 트러스 모델과 전단 보강 부재의 기호 정의
(3) 경사 전단철근이 배치된 부재의 설계전단강도 는 식 (4.1-19)로 산정하여야 하며, 축력이 작용하지 않는 경우에는 식 (4.1-20)으로 계산한 최대설계전단강도 보다 크지 않아야 한다. 프리스트레스를 포함하여 축방향 압축력이 작용하고 있는 경우에는 식 (4.1-22)로 계산한 최대설계전단강도 보다 크지 않아야 한다.
여기서, = 경사전단철근과 주인장철근 사이의 경사각
(4) 프리스트레스를 포함하여 축방향 압축력이 작용하고 있는 부재의 경우, 수직 스터럽 또는 경사 스터럽이 배치된 부재의 설계전단강도 는 각각 식 (4.1-16) 또는 식 (4.1-19)로 산정하여야 하며, 이는 식 (4.1-22)로 계산한최대설계전단강도 보다 크지 않아야 한다.
여기서 는 각각 식 (4.1.17)과 식 (4.1.20)로 구하고, 값은 다음과 같다.
: (4.1-23a)
: (4.1-23b)
: (4.1-23c)
여기서, = 계수하중에 의해 단면에 유발된 평균 압축 응력
(5) 받침점 내면으로부터 인 구간 내에 하중이 작용하는 깊은 부재의 설계전단강도는 다음 값으로 증가시킬 수 있다.
여기서, 는 가장 불리한 값으로 식 (4.1-10)에 따라 계산하고, 는 하중점과 받침점 사이의 전단경간에 발생하는 경사균열과 교차하는 전단철근의 강도이며(그림 4.1-4 참조), 이 전단경간의 중앙부 내에 위치하는 전단철근만을 고려하여야 한다. 위 식으로 구한 는 각각 식 (4.1-17)과 식 (4.1-20)으로 산정된 값을 초과할 수 없다.
그림 4.1-4 짧은 보의 유효 전단철근
(6)복부에 지름이 이상인 프리스트레싱 덕트가 있는 부재의 최대 설계전단강도 는 아래 규정한 공칭복부폭을 사용하여 산정하여야 한다.
:그라우트 된 덕트 (4.1-25a)
:그라우트 안된 덕트 (4.1-25b)
여기서, 는 덕트의 외측 지름이고, 는 가장 불리한 위치에서 구한다.
(7) 작용 전단력 에 의해 종방향 철근에 발생하는 추가 인장력 는 식 (4.1-26)로 계산하여야 한다.
(8) 하중이 단면의 하면 근처에 작용하는 경우, 단면 상면으로 하중을 전달하기 위해 충분한 수직 철근을 전단 저항에 필요한 전단철근량에 추가하여 배치하여야 한다.
(9) 프리캐스트 요소를 외부 긴장재로 연결하는 세그먼트 가설 공법으로 제작된 거더의 경우, 작용 하중이 증가함에 따라 각 세그먼트 이음부에 틈이 벌어져 복부 경사 압축대의 압축 응력을 전달하는데 유효한 단면 깊이가 중립축 깊이 값까지 감소한다. 이 경우 유효한 전단강도는 먼저 를 가정하고 식 (4.1-16)을 변환한 식 (4.1-27)에 따라 깊이 의 최솟값을 도출하여 산정하여야 한다.
이때, 사용한 중립축 깊이 가 유지되도록 충분한 프리스트레스 힘을 확보하여야만, 휨과 전단이 조합된 극한한계상태에서 이음부의 틈을 값까지로 제한 할 수 있다. 이때 작용 전단력을 저항할 수 있도록 식 (4.1-28)로 구한 전단철근량을 각 세그먼트 이음면으로부터 거리 이내에 배치하여야 한다.
그림 4.1.5 세그멘트 조립 공법으로 시공된 교량 상부구조 복부의 경사 응력장의 제한
(10) 부재가 경량콘크리트로 제작되었을 경우에는 (1)에서 (8)까지의 규정에 나타나는 콘크리트 유효강도계수를 식 (4.1-29)로 치환한 값을 적용하여 모든 를 산정하여야 한다. 여기서 은 식 (3.1-9)로 규정된 경량콘크리트 계수이다.
4.1.2.4 T형 단면 부재의 플랜지와 복부 사이 계면 전단
(1)플랜지 내민부와 복부 사이 연직 계면의 작용 하중에 의한 종방향 전단응력 는 식 (4.1-30)에 의해 산정하여야 한다.
여기서, 는 그림 4.1-6에 보인 것처럼 구간 에서 플랜지 단면에 작용하는 종방향력의 차이이며, 는 계면에서 플랜지의 두께이고, 는 검토하는 구간 길이로 휨모멘트가 0인 단면에서 최대 휨모멘트가 발생하는 단면까지 거리의 이하이어야 하며, 집중 하중이 작용하는 부재에서는 집중하중 간의 간격보다 크지 않게 취하여야 한다.
그림 4.1-6 플랜지의 전단
(2) 플랜지의 단위 길이당 횡방향 소요 철근량은 식 (4.1-31)에 의해 결정하여야 한다.
여기서, = 플랜지 내의 횡방향 철근 간격
= 정밀한 계산법을 적용하지 않는 경우에는 다음 값을 사용할 수 있다.
() : 압축플랜지인 경우
() : 인장플랜지인 경우
(3) 플랜지 콘크리트의 압축 파괴를 방지하기 위하여 다음 조건이 충족되어야 한다.
(4) 플랜지와 복부 사이의 연직 계면에 전단과 횡방향 휨모멘트가 조합된 경우의 횡방향 소요 철근량은 식 (4.1-31)의 소요 전단철근량이거나 또는 이 전단철근량의 과 횡방향 소요 휨철근량의 합 중에서 큰 값으로 하여야 한다. 후자일 경우, 휨철근은 휨인장 영역에 배치하여야 하고, 전단에 필요한 철근의 은 휨인장 영역과 휨압축영역 사이에 나누어 배치하여야 한다. 또한, 콘크리트 경사 스트럿의 압축 파괴를 검증하기 위한 전단응력 는 플랜지 깊이 를 휨압축 영역에 해당하는 두께로 감소시켜 산정하여야 한다. 전단과 동시에 횡방향 휨이 작용하는 플랜지는 4.1.7의 겹판요소 모델 설계법을 적용하여 정밀한 검증을 수행할 수 있다.
(5) 가 이하인 경우 휨철근량 이상의 추가적인 횡방향 철근은 배치할 필요가 없다.
(6) 플랜지의 종방향 인장철근은 계면전단 위험구간을 지나서 충분히 정착하여야 한다.
4.1.2.5 서로 다른 시기에 타설한 콘크리트의 계면 전단
(1) 서로 다른 시기에 타설한 콘크리트 사이 시공이음 계면의 전단은 4.1.2.1에서 4.1.2.4까지의 규정뿐만 아니라 식 (4.1-33)도 검증하여야 한다.
여기서, = 계수하중에 의한 계면에서 전단응력
= 계면의 설계전단강도
(2) 계면에 작용하는 전단응력은 식 (4.1-34)로 산정하여야 한다.
여기서, = 새로 친 콘크리트에 작용하는 종방향력과 총 종방향력의 비
= 계수전단력
= 단면의 내부 모멘트 팔길이
= 계면의 폭
(3) 계면의 설계전단강도 는 식 (4.1-35)로 산정 하여야 한다.
여기서, 과 =계면 거칠기에 따른 계수로 표 4.1-1에서 정한 값
= 계면에 전단력과 동시에 작용하는 최소 법선응력(압축이 +)

압축일 경우

인장일 경우 으로 취해야 한다.
로 는 계면을 가로지르는 철근량, 는 계면의 면적
= 그림 4.1-7에 정의한 사잇각으로 의 범위
= 식 (4.1-12)로 정한 콘크리트 압축강도 유효계수
그림 4.1-7 요철을 갖는 시공 이음부
표 4.1-1 계면의 표면 상태 분류

표면 구분

계 수

해당 표면 상태

매우 매끄러움

,

강재, 플라스틱 또는 특별히 제작된 목재 거푸집에 타설한 표면

매끄러움

,

슬립폼 또는 사출 성형 거푸집에 타설한 표면 및 진동 다짐 후 더 이상의 표면처리하지 않은 자유 표면

거침

,

표면을 긁어 거칠게 하거나 골재를 노출시키거나 또는 기타 방법을 통해 약 40mm 간격에 적어도 3mm 거침이 있는 표면

요철 표면

,

5mm 이상의 깊은 요철을 가지면 그림 4.1-7 규정에 맞게 사전 제작된 표면
(4) 시공 이음 계면에 현저하게 큰 균열이 발생할 가능성이 있는 경우이거나 피로 또는 동적 하중이 작용하는 경우의 값으로 표 4.1-1에서 제시된 값의 절반을 취해야 한다.
(5) 합성 거더교의 거더와 바닥판 사이 계면에는 종방향으로 계단처럼 몇 구간으로 구분하여 각 구간마다 횡방향 철근 또는 전단연결재를 등간격으로 배치할 수 있다. 이때 설계전단강도 는 경사로 배치된 각 철근으로부터 구한 인장 합력을 기준으로 산정하여야 한다.
4.1.3 비틀림
4.1.3.1 일반
(1) 구조물에서 비틀림에 대해 정역학적 평형 확보가 구조 요소의 안정성에 필수적인 경우에는 극한한계상태와 사용한계상태에서 비틀림에 대한 검증을 수행하여야 한다. 반면에 비틀림이 구조물의 안정성을 지배하지 않는 부정정 구조물의 요소 부재는 극한한계상태에서 비틀림에 관한 검증이 필요하지 않다. 그러나 비틀림에 관한 검증이 불필요한 경우에도 균열이 과도하게 발생하는 것을 방지하기 위해서 4.2.3 및 4.6.2에 규정된 최소철근량과 부재 상세를 따라야 한다.
(2) 단면의 설계비틀림강도는 적합한 박벽관 이론을 바탕으로 산정하여야 한다. 속찬 단면은 등가의 박벽관으로 치환하여 설계비틀림강도를 산정한다. T형 단면과 같은 복합 단면은 일련의 요소 단면으로 분할하여 각 요소 단면의 비틀림강도를 계산하며 총 비틀림강도는 각 요소의 강도를 합하여 구한다.
(3) T형 단면 등과 같은 복합 단면의 각 요소 단면에 작용 하중에 의해 유발되는 비틀림 모멘트는 각 요소의 비균열 단면 비틀림 강성에 비례하여 배분해야 하며, 분할된 각 요소 단면은 독립적으로 안전성에 대해 수행될 수 있다.
4.1.3.2 설계
(1) 단면을 구성하고 있는 번 벽체에 비틀림모멘트에 의해 유발되는 전단력 는 식(4.1-36)으로 산정하여야 한다(그림 4.1-8 참조).
여기서, = 작용 계수하중에 의한 비틀림모멘트
= 속빈 공간을 포함하는, 벽체의 중심선으로 둘러싸인 면적
= 벽을 따라 흐르는 전단류
= 번 벽체의 전단응력
= 인접 벽체와의 교차점 사이의 거리로 정의된 번 벽의 측면 길이
= 로 결정하는 유효 벽두께로,
속찬 단면 : 범위

속빈 단면 : 실제 치수 이하
= 단면의 바깥쪽 둘레로 싸인 면적
= 단면 바깥쪽 둘레 길이
= 횡방향 철근의 피복 두께
그림 4.1-8 사용한 부호와 정의
(2) 비틀림모멘트에 의해 유발된 각 벽체의 전단력 는 4.1.2.3의 전단 규정에 따라 검증되어야 한다. 비틀림과 전단에 각각 필요한 횡방향 철근은 중첩하여 배치하여야 한다. 비틀림과 전단이 동시에 작용하는 부재의 최대 강도는 (4)의 규정을 만족하여야 한다.
(3) 종방향 비틀림 철근의 소요 단면적 은 다음 식으로 산정 할 수 있다.
여기서, = 면적 의 표면 둘레 길이
= 종방향 철근의 항복응력
= 압축 스트럿의 경사각으로 에서 선정
압축현재의 종방향 비틀림 철근량은 작용 휨압축력의 크기에 비례하여 감소시킬 수 있다. 인장현재의 종방향 비틀림 철근량은 휨철근량에 추가하여야 한다. 일반적으로 종방향 철근은 단면 둘레를 따라 분산 배치해야 한다. 비교적 작은 단면에서는 모서리에 집중 배치하여야 한다.
(4) 비틀림과 전단이 동시에 작용하는 부재의 최대 강도는 압축스트럿의 강도에 의해 제한된다. 이 강도를 초과하지 않기 위해서는 다음 조건을 만족하여야 한다. 전단과 비틀림의 조합하중이 작용하는 박스형 단면 거더인 경우에는 최대설계전단강도 를 기준으로 콘크리트의 한계상태를 검토하여야 한다.
: 속찬 단면의 경우 (4.1-39)
: 속빈 단면의 경우 (4.1-40)
여기서 와 = 각각 비틀림모멘트와 전단력
로 계산한 최대 설계비틀림강도
= 식 (4.1-12)로 정의되는 콘크리트 유효강도 계수
= 4.1.2.3에서 규정한 최대설계전단강도
(5) 속찬 직사각형 단면인 경우 다음 조건이 만족된다면 4.6.2.7에서 규정한 최소철근량 이 필요하다.
(4.1-41)
(4.1-42)
(6) 부착된 프리스트레스 강재가 없는 프리캐스트 박스형 세그먼트 공법으로 시공된 거더의 각 세그멘트 이음부에서 비틀림에 의해 발생되는 국부적 전단력을 저항하는 적절한 전단키가 설치되어 있지 않는 경우, 인장 영역에서 큰 이음부 열림은 거더의 실질적 비틀림 저항 기구를 닫힌 단면에서 열린 단면 저항기구로 근본적으로 변화시킨다. 이러한 상황의 간단한 극한한계상태 검증은 휨, 전단 및 비틀림의 조합을 고려하여 가장 큰 응력이 발생하는 복부에 대하여 수행하여야 한다.
4.1.3.3 뒤틀림
(1) 극한한계상태에서는 일반적으로 뒤틀림을 무시하는 것이 안전하다.
(2) 속빈 닫힌 단면이나 속찬 단면의 경우에서는 일반적으로 뒤틀림은 무시할 수 있다.
(3) 속빈 열린 단면 부재에서는 뒤틀림을 고려할 수 있다. 세장한 단면 거더에서 뒤틀림을 고려해야 할 경우에는 보-격자모델에 기초하고, 기타 경우에는 트러스모델에 기초하여 계산한다. 두 경우 모두 설계는 휨, 축력 및 전단에 대한 설계 규정을 만족하도록 하여야 한다.
4.1.4 뚫림
4.1.4.1 일반
(1) 슬래브 또는 기초판에서 비교적 작은 재하 면적 에 작용하는 집중하중이나 반력에 의해 유발되는 뚫림전단강도는 위험단면에서 검토하여야 한다.
(2) 극한한계상태에서 뚫림전단파괴를 검토하기 위한 모델은 그림 4.1-9와 같다.
그림 4.1-9 뚫림전단 검증모델
(3) 확대기초판에서 위험단면 둘레 이내에 작용하는 지반 반력은 뚫림전단강도를 증가시키므로 이를 무시하고 강도를 산정할 수 있다.
4.1.4.2 뚫림전단 설계
(1) 뚫림전단 설계 절차는 기본 위험단면과 유사한 형상을 갖는 일련의 위험단면 둘레에 대한 응력 검토에 기초한다. 위험단면에서 설계뚫림전단강도는 다음과 같이 구분하여 정의한다.
: 검토하는 위험단면에 뚫림전단철근이 없는 슬래브의 설계뚫림전단강도(응력)
: 검토하는 위험단면에 뚫림전단철근이 있는 슬래브의 설계뚫림전단강도(응력)
: 검토하는 위험단면에서 최대 설계뚫림전단강도(응력)
(2) 뚫림전단 설계는 다음과 같이 하여야 한다.
① 기둥 둘레 또는 재하면 둘레에서 계수하중에 의해 유발된 최대 뚫림전단응력은 조건을 만족하여야 한다.
② 검토하는 위험단면에서 계수하중에 의한 최대 뚫림전단응력 가 보다 작은 경우에는 뚫림전단철근을 배치할 필요가 없다.
③ 검토하는 위험단면에서 가 를 초과하는 경우에는 4.1.4.4의 규정에 따라 뚫림전단 보강 철근을 배치하여야 한다.
(3) 계수하중에 의한 최대 전단응력은 식 (4.1-43)으로 산정하여야 한다.
(4.1-43)
여기서, = 슬래브의 평균 유효깊이로써 값
와 = 각각위험단면에서 방향 및 방향 유효깊이
= 검토하는 위험단면의 둘레길이
(4) 받침점 반력이 위험단면 둘레에 대해 편심으로 작용하는 경우의 계수하중에 의한 최대 전단응력은 식 (4.1-43)의 값에 를 곱하여야 하며, 의 값은 다음과 같이 구하여야 한다.
① 사각형 기둥의 경우
(4.1-44)
여기서, = 기본 위험단면 둘레길이
= 기둥 치수 과 의 비에 따른 계수이며, 이 값은 비균등 전단 및 휨과 비틀림에 의한 불균형모멘트에 비례하는 함수이다(표 4.1-2 참조).
= 하중 편심방향과 평행한 방향의 기둥 치수
= 하중 편심방향에 직각인 방향의 기둥 치수
= : 그림 4.1-10과 같은 위험단면둘레 1차모멘트
② 내부 원형기둥인 경우
(4.1-45)
여기서, : 편심 거리
= 원형 단면 기둥의 지름
표 4.1-2 사각형 재하면인 경우 값

0.5

1.0

2.0

3.0

0.45

0.60

0.70

0.80
그림 4.1-10 슬래브-내부기둥 접합부의 불평형 휨모멘트에 의한 전단력 분포
(5) 기둥 기초판의 계수뚫림전단력 는 계수기둥하중에서 검토하는 위험단면 둘레 내의 상향 지반 반력을 차감한 값으로 하여야 한다.
(6) 기초판의 계수뚫림전단력 는 토압이 유리하게 작용할 때 감소시킬 수 있다.
(7) 위험단면과 교차하는 경사진 프리스트레싱 긴장력의 뚫림 하중 방향 성분 는 유리한 작용으로 취급하여 계산에 고려할 수 있다.
4.1.4.3 전단철근이 없는 슬래브 또는 기둥 기초판의 뚫림전단강도
(1) 슬래브의 설계뚫림전단강도는 기본위험단면에 대하여 다음과 같이 산정한다.
(4.1-46)
여기서, 와 = 콘크리트 기준압축강도와 인장강도로 MPa 단위
이며, 는 mm 단위
로, 과 는 각각 방향 및 방향의 인장철근비.
,은 각 방향의 슬래브 폭을 (재하폭)로 한 평균값
로, , 인 법선응력(압축이 +)
, = 내부 기둥인 경우 기둥 사이의 지간의 종방향 힘이고, 가장자리 외측 기둥인 경우 위험단면에 작용하는 계수 종방향력이다. 이 힘은 작용 계수하중 또는 프리스트레스에 의해 유발된다. 는 를 결정할 때 사용한 콘크리트 면적이다.
(2) 기둥 기초판의 설계뚫림전단강도는 다음과 같이 산정한다.
(4.1-47)
여기서, = 기둥면에서부터 검토하는 위험단면까지의 거리
4.1.4.4 전단철근이 있는 슬래브 또는 기초판의 뚫림전단강도
(1) 전단철근이 필요한 경우, 소요 전단철근량은 다음 식에 의해 계산하여야 한다.
(4.1-48)
여기서, = 기둥 주변의 각 위험단면의 전단철근의 면적
= 전단철근의 반경 방향 간격
= 뚫림전단철근의 유효 설계강도
= 슬래브의 평균 유효깊이(mm)
= 전단철근과 슬래브 평면 사이의 각
(2) 뚫림전단철근의 상세 규정은 4.6.4.4(3)에 규정한다.
(3) 전단철근이 필요하지 않은 위험단면 둘레길이 (또는 , 그림.4.1-11 참조)는 식 (4.1-49)로부터 계산하여야 한다.
(4.1-49)
전단철근의 가장 바깥쪽의 둘레는 (또는 , 그림.4.1-11 참조) 안쪽으로 이하의 거리에 위치해야 한다.
(4) 폐합된 수직철근, 굽힘철근 또는 철망 이외 형태의 전단철근의 경우, 는 실험을 통해 결정한다.
그림4.1-11 내부기둥의 위험단면 둘레길이
4.1.5 스트럿-타이 모델
4.1.5.1 일반
(1) 부재의 응력교란영역의 설계를 위하여 스트럿-타이 모델을 사용할 수 있다.
(2) 스트럿은 부재내의 균등한 압축응력장의 합력선을 나타낸다.
(3) 타이는 철근 또는 강선의 인장응력의 합력을 나타내며, 타이에 대응하는 강재의 위치와 방향이 일치해야 한다.
(4) 절점은 스트럿과 타이가 만나는 점, 스트럿 또는 타이의 방향전환 위치의 구속된 콘크리트 국부 영역을 나타낸다.
4.1.5.2 스트럿
(1) 횡방향 압축응력이 작용하거나, 횡방향 응력이 작용하지 않는 콘크리트 스트럿(󰄤 기둥)의 유효설계강도는 식 (4.1-50)으로 계산할 수 있다.(그림 4.1-12(a) 참조)
(4.1-50)
다축 압축응력이 작용하는 영역에서는 더 높은 설계강도로 가정하는 것이 적절할 수 있다.
(2) 균열이 발생한 압축 영역의 가상의 콘크리트 스트럿의 설계강도는 횡방향 인장철근에 따라 다음과 같이 정한다.
① 횡방향 인장 철근이 0.4% 미만인 압축영역(그림 4.1-12(b) 참조)
(4.1-51)
② 횡방향 철근이 0.4% 이상인 압축영역 (그림 4.1.12(c) 참조)
: (4.1-52)
: (4.1-53)
: (4.1-54)
여기서, = 철근이 1방향으로 만 배치된 경우 스트럿과 횡방향 철근 사이의 각도철근이 2방향 이상 배치되면 스트럿에 의해 발생하는 횡방향 응력을 저항하기 위해 철근이 배치되었는지의 여부를 고려하여 각도를 정한다.
(3) 깊은 보와 브래킷과 같이 집중 하중점 사이 영역의 전단 설계 방법이 4.1.2.2와 4.1.2.3에 주어져 있다.
그림 4.1-12 콘크리트 스트럿의 종류
4.1.5.3 타이
(1) 타이의 설계강도는 3.2의 일반 철근이나 3.3의 프리스트레싱 강재의 설계 규정에 따른다.
(2) 철근은 절점영역에 적절히 정착되어야 한다.
(3) 병모양 스트럿의 내부에는 횡방향 파열 인장력에 저항할 수 있는 타이를 배치하여야 한다.
4.1.5.4 절점영역
(1) 이 절의 규정은 집중하중이 부재에 작용하나 스트럿-타이 모델에 의해 설계되지 않는 영역에도 적용한다.
(2) 절점영역에 작용하는 힘들은 평형조건을 만족해야 한다. 절점 평면에 직각으로 작용하는 면외 인장력을 고려해야 한다.
(3) 절점력에 저항하는 철근은 충분히 정착되어야 한다.
(4) 절점영역의 크기와 상세는 지압강도의 결정에 크게 영향을 미치므로 스트럿, 타이와 외력의 기하학적 특성을 고려하여 결정하여야 한다.
(5) 절점영역내의 압축응력의 최대설계유효강도 값은 다음과 같이 정할 수 있다.
① 타이가 정착되지 않은 압축 절점(C-C-C 절점, 그림 4.1-13(a) 참조)
(4.1-55)
여기서, 는 , , 중 큰 값이다.
② 한쪽에 정착 타이가 있는 압축-인장 절점(C-C-T 절점, 그림 4.1-13(b) 참조)
(4.1-56)
여기서, 는 중 큰 값이다.
③ 두 방향으로 정착 타이가 있는 압축-인장 절점(C-T-T 절점, 그림 4.1.-13(c) 참조)
(4.1-57)
(6) 다음과 같은 조건 중에서 적어도 1개의 조건이 적용된다면 (5)에 주어진 설계압축강도는 10% 까지 증가할 수 있다.
① 3축 압축 상태
② 스트럿과 타이 사이의 모든 사잇각이 55°보다 큰 경우
③ 지점과 집중하중에 작용하는 하중은 등분포이며 절점은 스터럽으로 구속될 때
④ 철근이 여러 층 배치된 경우
⑤ 절점이 지압 또는 마찰에 의해 충분히 구속 되었을 때
(7)3축 압축 절점영역에서 3방향 스트럿 모두에 대해 힘의 분배를 안다면 는 값 이하로 하여 식 (3.1-43)과 식 (3.1-44)에 따라 검토할 수 있다.
(8) 압축-인장 절점영역의 철근 정착은 절점영역의 시작점에서 시작한다. 예를 들어 지점에서는 정착은 그 내면에서 시작한다.(그림 4.1-13 참조) 정착길이는 전체 절점영역 길이에 걸쳐서 연장해야한다. 어떤 경우에는 철근을 절점영역밖에 정착할 수 있다. 철근의 정착과 굽힘에 대해서는 4.5.4를 따라야 한다.
(9) 3개의 스트럿이 만나는 곳의 평면 압축 절점은 그림 4.1-13(a)에 따라 검토한다. 최대 평균 절점 주응력을 (5)①에 규정된 최대 설계유효강도에 따라 검증하여야 한다.
(10) 철근을 굽힌 곳의 절점영역은 그림 4.1-13(c)에 따라 해석할 수 있다. 이때 스트럿의 압축응력은 (5)③을 기준으로 검증하여야 한다. 굽힘 지름은 4.5.2에 따라야 한다.
그림 4.1-13 절점의 종류
4.1.6 지압부 설계
(1) 부분 영역에 큰 압축력이 작용하는 지압부에서는 콘크리트의 국부적 압축 파괴와 횡방향 파열 인장 한계를 검증하여야 한다.
(2) 등분포 하중이 면적 에 작용할 경우의 설계지압강도 는 식 (4.1-58)로 산정할 수 있다.
(4.1-58)
여기서, = 지압력 재하 면적(그림 4.1-14 참조)
은 와 같은 형상을 가지는 최대 설계 분포 면적으로 다음 조건을 만족하여야 한다.
① 하중 작용 방향의 분포 높이는 그림 4.1-14에 보인 조건을 만족하여야 한다.
② 분포 면적 의 중심은 재하 면적 의 중심을 지나는 작용선상에 있어야 한다.
③ 콘크리트 표면에 두개 이상의 압축력이 작용할 때 분포 면적 은 겹칠 수 없다.
(3) 설계지압강도 값은 하중이 재하면에 균등하게 재하되지 않거나, 높은 전단력이 작용하는 경우 감소시켜야 한다.
그림 4.1-14 부분 재하 영역의 설계 분포 면적
4.1.7 겹판요소 모델
4.1.7.1 판요소 설계
(1) 평면 요소의 중심면에 작용선이 포함되는 면내력 만이 작용하는 면요소를 판요소라고 하며 그림 4.1-15와 같이 종방향 축력, 횡방향 축력과 면내 전단력이 있다.
그림 4.1-15 면내력이 작용하는 철근콘크리트 판요소와 응력
(2) 철근콘크리트 판요소를 설계할 때, 종방향과 횡방향 축에 일치하게 직교 2방향으로 배치한 철근의 콘크리트 단면적에 대한 비를 각각 과 이라면, 계수하중에 의해 유발된 철근과 콘크리트의 응력은 아래 식을 만족하여야 한다.
(4.1-59)
(4.1-60)
(4.1-61)
여기서, 과 = 각각 요소의 종방향과 횡방향으로 작용하는 법선응력(인장+)
= 요소에 작용하는전단응력
= 콘크리트 스트럿에 유발된 압축응력
= 스트럿의 최대 유효 압축강도
과 = 균열면에서 각각 종방향과 횡방향으로 유발된 철근 응력
과 = 각각 종방향 철근과 횡방향 철근의 항복응력
는 종방향 축(철근)에 대한 스트럿의 경사각이다.
(3) 콘크리트 판요소는 소성이론의 하한해를 적용하여 설계할 수 있다.
(4) 콘크리트의 기준강도가 50 MPa 이하이며, (3)의 규정에 따라 설계자가 설계에 사용한 경사각과 주응력 방향각과의 차이가 있다면 식 (4.1-61)의 검증에 사용하는 스트럿의 최대 유효강도는 식 (4.1-62)와 같이 감소시킨 값이어야 한다.
(4.1-62)
여기서, = 소성이론 하한해를 적용할 때 사용한 경사각
= 작용하중에 의해 탄성 이론으로 계산한 응력 상태의 주응력 경사각
= 식 (4.1.12)에 정의된 콘크리트 압축강도 유효계수