사용 하중하에서의 철근콘크리트 구조물의 균열 매커니즘

목차

1. 서 론

2. 콘크리트의 균열

3. 처짐이론

3. RC보에서의 설계

4. 균열 전 거동

5. 시방서 규정에 따른 RC보의 계산값

6.결 론

본문내용

우, 흙 속의 경우
0.005tc
0.004tc
부식성 환경
1) 습윤환경과 비교하여 건습의 반복 작용이 많은 경우, 특히 유해한 물질을 함유한 지하 수위 이하의 흙 속에 있어서 강재의 부식에 해로운 영향을 주는 경우, 동결작용이 있는 경우, 결빙 방지제를 사용하는 경우
2) 해양 콘크리트 구조물 중 해수 중에 있거나 극심하지 않은 해양 환경에 있는 경우(가스, 액체, 고체)
0.004tc
-
高 부식성 환경
1) 강재의 부식에 현저하게 해로운 영향을 주는 경우
2) 해양 콘크리트 구조물 중 간만 조위의 영향을 받거나 비말대(飛沫帶)에 있는 경우
0.0035tc
-
* 는 최외단 철근의 표면과 콘크리트 표면 사이의 최소 피복 두께(mm)
* 이 표는 10cm 이하의 피복두께에 적용.
* 물을 저장하는 구조물의 허용균열폭은 0.1mm임
* 균열폭 계산
근사식으로 R=1.2(보의 경우)혹은 R=1.35(슬래브)를 사용해도 좋다.
콘크리트의 인장력이 설계인장강도의 60%보다 작은 경우 휨균열은 검토하지 않아도 좋다.
(2) ACI Code 규정
간접적 균열제어방법 즉 보 또는 1방향 슬래브에서
: 휨균열의 분포를 제어하는 양 (kg/cm)
옥내 구조물
옥외 구조물
노 출 상 태
허용균열 폭 (mm)
건조한 공기 또는 보호막
0.41
습기, 습한 공기, 흙
0.30
결빙 방지용 약제
0.18
해수 및 해수 비말 : 습윤과 건조의 반복
0.15
보수(water-retaining) 구조물
0.10
(3) 도로교 구조설계기준
ACI 규정과 같이 인장철근을 인장구역내에 고르게 분포
3. RC보에서의 설계
본 구조물은 허용응력 설계법에 의해 설계하였다. 허용응력 설계법은 콘크리트를 탄성체로 보고 탄성이론을 적용하여 탄성이론에 의해 구한 및 철근의 응력 가 각각 그 허용응력 및 를 넘지 않도록 하는 설계법이다.
균열검토
* 보의 휨거동 개념
1. 단면에 일어나는 휨모멘트가 작으면 보는 탄성거동을 하며, 휨응력은 직선분포한다.
2. 균열이 발생하려는 단계
3. 휨인장강도(파괴계수)를 넘게 되면 균열이 발생한다.
4. 인장철근의 응력도 증가되어 항복하기 시작하고, 동시에 콘크리트의 응력도증대되어 극한강도에 이르게 된다.
※ 단계 3에서는 하중의 증가는 그다지 크지않지만 처짐의 증가는 매우크다.
RC보의 단면결정
지간 8m의 단순보의 단면이 그림과 같다. 이 보의 이고, 이며, 3-D29가 그림과 같이 배치되어 있다고 가정한다.
600mm 550mm
300mm
보의자중
=25x0.3mx0.6m=4.5
4. 균열 전 거동
I단계에서거동
중립축
단면2차 모멘트
5. 시방서 규정에 따른 RC보의 계산값
시방서 규정에서는 유효단면2차모멘트를 다음과 같은 계산 식을 쓴다.
중립축의 거리
풀면,
설계모멘트계산
이때의 하중 P
유효단면2차 모멘트의 계산
하중
Ma
Ie
중립축
0
36000000
5400000000
364.28
6033.28
48066560
4771059938
340.8
12066.56
60133120
3757744024
298.6
18099.84
72199680
3311105195
273.1
24133.12
84266240
3084380145
256.3
30166.4
96332800
2957275981
244.6
36199.68
108399360
2880568354
236
42232.96
120465920
2831561613
229.5
48266.24
132532480
2798799517
224.5
54299.52
144599040
2776072128
220.5
60332.8
156665600
2759813726
217.6
Ie 플로팅 값 :
p
Ma
Mcr/Ma
Ie
0
0
36000000
12.25185
6108021363768
0.1
6033.23
48066460
9.1761822
2705454088557
0.2
12066.46
60132920
7.3348607
1448660907838
0.3
18099.69
72199380
6.109008
873241139471
0.4
24132.92
84265840
5.2342277
570639510288
0.5
30166.15
96332300
4.5785951
395317379309
0.6
36199.38
108398760
4.0689266
286203462870
0.7
42232.61
120465220
3.6613605
214456969187
0.8
48265.84
132531680
3.3280088
165182175579
0.9
54299.07
144598140
3.0502923
130125334657
1
60332.3
156664600
2.8153558
104446085717
Mcr= 441066593
Ifl=268376868
x=191.86
처짐의 계산
※ 자중만 작용시 처짐
6.결 론
본 논문에서는 RC보에 외력이 작용하면 그 외력의 크기에 따라 구조물의 안전에 지장이 없음은 물론이고, 구조물을 사용하는 데 있어서 사용성에도 문제가 없는 RC보를 설계하는데 그 목적이 있다. 즉 안전하면서 사용자에게 과대한 처짐, 균열, 피로 등으로 인한 불안감을 주지 말아야 한다. 또한 최근 들어 미관의 중요성과 경제성을 생각했을 때 과도하게 큰 단면을 사용하는 것은 지양되어야 한다.
설계 과정에서 RC보는 균열 단면에 대하여 얼마만큼의 하중을 지탱 할 수 있는지가 관건이이었다. 실제 시방서규정에는 미세한 차이가 있으나 최적의 단면을 결정하는데 있어서 균열모멘트가 미치는 영향에 대해 알아봄으로써 경제적이면서도 안전성이 있는 단면을 얻을 수 있다. 단면 결정 후에도 철근의 배치, 전단 설계, 스터럽 철근의 사용을 통해 전반적인 RC보의 메카니즘을 확인할 수 있다. 또한 단면 설계 후에도 균열과 처짐을 검토를 하였기 때문에 사용성과 내구성에 대해 시각적인 판단이 가능하다.
참고문헌
1.변동균,신현묵,문제길, “철근 콘크리트”, 동명사, 2003
2.조효남, “교량공학”, 구미서관, 2003
3.오병환외, 6명, “철근 콘크리트 표준 시방서”, 건설교통부, 1996
4.한국도로교통협회, “도로교 설계 기준”, 건설교통부, 2000

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