콘크리트기사 보의 전단해석 및 설계 — 스터럽과 사인장응력

철근콘크리트보는 위쪽에서 압축, 아래쪽에서 인장을 받는다. 그런데 보의 중간이나 지지점 근처에서는 전단력이 작용하여 대각선 방향으로 균열이 생기기 쉽다. 이때 생기는 인장응력을 사인장응력이라 한다. 스터럽과 굽힘철근은 이 사인장응력으로 인한 균열을 막기 위해 배근한다. 압축측 좌굴 방지나 휨 인장 보강은 스터럽의 주된 목적이 아니다.

철근을 이을 때는 철근의 종류와 이음 등급에 따라 겹침 길이가 달라진다. 인장 이형철근의 겹침이음 길이는 A급과 B급으로 구분되며, 최소 길이 규정도 상황에 따라 적용된다. 모든 등급에 하나의 최소값을 일괄 적용한다는 설명은 규정에 어긋난다. 인장 이형철근의 기본 정착길이에 보정계수를 적용할 때는 두 가지 이상이 겹치면 각각을 곱하지 않고 가장 큰 값 하나만 쓴다.

압축철근은 인장철근의 소성 변형을 구속하여 연성을 높이고, 크리프에 의한 처짐을 줄이며, 스터럽을 고정하는 역할을 한다. 파괴모드를 압축 파괴로 바꾸는 것은 압축철근의 주된 목적이 아니다. 인장 파괴를 유지하면서 연성을 보완하는 것이 설계의 방향이다.

균열 폭을 줄이려면 같은 단면적이면 굵은 철근 하나보다 가는 철근을 여러 개 배치하여 콘크리트와의 접착력을 높인다. 철근을 충분히 배근하고 골고루 배치하는 것도 균열 제어에 유효하다. 반면 피복두께를 늘리는 것은 철근 부식 방지를 위한 내구성 조치이지 균열 폭을 줄이는 방법이 아니다.

장기처짐은 탄성처짐에 장기처짐 증감계수를 곱하여 구한다. 압축철근이 없고 하중이 5년 이상 지속되면 계수 2.0을 적용한다. 압축철근비가 있는 경우에는 시간경과계수를 압축철근비로 보정한 값을 쓴다.