개념 한 쪽
콘크리트는 압축에는 강하고 인장에는 약한 재료라는 성질을 기본으로 철근콘크리트의 설계 원리가 정해진다. 강도설계법에서는 극한상태에서의 거동을 기준으로 여러 가정을 사용하여 설계를 단순화하고 안전을 확보한다. 핵심 가정은 콘크리트의 인장강도를 무시하고 철근이 인장력을 전담한다는 점과 단면의 변형률 분포가 선형이라는 점이다.
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출제기준 단원 「콘크리트의 구성 및 특징」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 강도설계법의 기본 가정 판별 | 1 | 콘크리트 인장강도 무시 등 설계 가정의 옳고 그름을 가림 |
| 단철근 직사각형보 설계 가정 식별 | 1 | 강도설계법 적용 시 요구되는 전제 조건을 식별함 |
| 기본 가정 중 오류 찾기 | 1 | 평면 유지 등 가정의 설명에서 잘못된 부분을 찾음 |
콘크리트는 압축 상태에서 상대적으로 높은 강도를 보이지만 인장에는 취약한 재료라서, 휨 부재 설계에서는 인장부의 콘크리트 기여를 무시하는 것이 기본 가정이다. 따라서 인장력은 철근이 맡는다는 전제로 극한 휨 모멘트 등을 계산한다.
강도설계법에서는 단면의 평면 유지 가정을 사용하여 중립축으로부터의 거리에 비례하여 변형률이 분포한다고 본다. 이로 인해 변형률과 응력 분포를 단순화하여 계산할 수 있다. 콘크리트의 극한 압축 변형률은 설계상 일정값으로 정해져 있으며, 이 값은 설계식에 직접 사용된다.
철근은 항복 강도 이하에서는 후크의 법칙이 성립하여 응력과 변형률이 비례한다고 본다. 또한 철근과 콘크리트는 완전 부착되어 서로 미끄러지지 않는다고 가정하여 두 재료의 변형률 호환을 전제로 계산을 수행한다.
강도설계법은 구조물이 파괴 직전의 극한 상태에 근거하여 안전성을 평가하는 방법이다. 실제 하중보다 크게 설정한 극한 하중을 사용하며, 하중계수 조합식으로 고정하중과 활하중을 가중하여 극한 하중을 산정한다.
고정하중 D=200 kN/m, 활하중 L=150 kN/m인 단순보의 극한 하중을 강도설계법 기본 조합식 U=1.2D+1.6L로 구하면, U=1.2×200+1.6×150=240+240=480 kN/m가 된다. 이 계산은 고정하중과 활하중에 각각 정해진 하중계수를 곱해 더하는 절차를 따른다.
철근콘크리트 보의 휨 설계 문제에서 콘크리트의 인장강도를 고려하면 강도설계법의 기본 가정과 배치되어 오답이 되므로, 인장 contribution은 0으로 처리하고 압축 쪽 콘크리트 응력만 계산하는 점을 확인한다.
단철근 직사각형보를 강도 설계법으로 설계하고자 한다. 기본 가정이 틀린 것은?
정답 ③ · 강도 설계법의 기본 가정 중 틀린 것을 찾는 문제이다. 강도 설계법에서는 극한 휨모멘트 계산 시 콘크리트의 압축 강도를 반드시 고려하며, 다만 콘크리트의 인장 강도만 무시한다.
강도 설계법의 기본 가정 중 콘크리트의 압축강도는 극한 상태에서도 고려되므로, 이를 무시한다는 진술은 틀린 가정이다.
휨 부재에 대하여 강도 설계법으로 설계할 경우의 기본 가정으로 잘못된 것은?
정답 ④ · 강도 설계법의 기본 가정 중 잘못된 것을 고르는 문제이다. 강도 설계법에서는 극한 상태의 휨 모멘트 계산 시 콘크리트의 인장강도를 무시하고 인장력은 철근만이 담당한다고 가정한다.
강도 설계법에서는 콘크리트의 인장강도를 무시하고 철근만 인장을 담당한다고 가정한다.
다음 중 강도설계법에 기본 가정으로 옳지 않는 것은?
정답 ③ · 강도설계법의 기본 가정으로 옳지 않은 것을 고르는 문제이다. 강도설계법은 극한 상태에서의 평형과 변형률 적합성을 기반으로 하며, 철근은 인장력을 담당하는 핵심 재료이므로 그 인장 강도를 반드시 고려한다.
강도설계법은 극한상태에서 철근의 인장강도까지 고려하므로, 이를 무시한다는 ③은 명백한 오답입니다.
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