토목기사 휨과 압축 — 공칭모멘트와 압축부재의 계수

강도설계법의 가정이 계산의 바탕이다. 평면유지가설로 변형률이 중립축에서의 거리에 비례하고, 철근의 응력은 변형률에 탄성계수를 곱해 구하되 설계기준항복강도 fy를 넘을 수 없다. 따라서 항복 이후의 철근 응력을 변형률에 Es를 곱한 값으로 그대로 쓰는 설명이 틀린 선지가 된다. 압축 측 콘크리트 연단의 극한변형률은 기준에 따라 0.003 또는 0.0033을 쓰며, 이 세트의 문항은 문제에 주어진 값을 따른다. 인장 측은 순인장변형률이 0.005 이상이면 인장지배단면으로 본다. 고강도 철근의 사용을 금지하는 규정은 없으므로, 450MPa를 넘는 철근을 쓸 수 없다고 적은 선지가 오답이다.

휨과 압축 부재의 저항은 우력과 구속에서 나온다. 압축 측 콘크리트의 응력블록 깊이를 a라 하면 인장철근의 인장력은 As·fy, 그 합력의 팔길이는 d − a/2이므로 공칭모멘트는 Mn = As·fy·(d − a/2)다. a는 등가직사각형 응력블록의 깊이이고 중립축 깊이 c와는 c = a/β1의 관계로 이어진다. 압축부재에서는 나선철근이 콘크리트를 구속해 연성과 인성을 키우므로 강도감소계수를 띠철근 기둥보다 크게 준다. 이 관계들은 뒤에 나오는 사용성·해석 문항을 이해하는 배경으로 잡아 두면 된다.

사용성은 처짐으로 판정한다. 지속하중을 받는 부재의 총처짐은 순간처짐에 크리프 계수를 반영해 δtotal = δinst(1+ξ)로 구하고, 6개월 재하기간의 ξ가 1.2이면 순간처짐의 2.2배가 된다. 처짐을 계산하지 않아도 되는 보의 최소두께는 지지 조건마다 다르며, 캔틸레버 보는 ℓ/10이다.

구조 해석의 조건도 함께 나온다. 연속보나 1방향 슬래브에 근사해법을 쓰려면 인접 경간 길이 차가 20% 이내여야 하고, 연속 휨부재의 모멘트 재분배는 순인장변형률 εt에 따라 1000εt% 범위에서 최대 20%를 넘지 않는다. 경량콘크리트 계수 λ는 쪼갬인장강도와 압축강도의 비로 정해지며 1을 넘지 않는다. 철근의 기본정착길이는 압축강도와 철근 지름, 항복강도로 정해진다.

비틀림 설계에서는 계수비틀림모멘트 Tu를 받침부 모멘트로 산정한다. 프리스트레스트 부재에만 일반 철근콘크리트와 달리 h/2 지점까지 받침부 모멘트를 적용해야 한다고 단정한 선지가 오답이다.