개념 한 쪽
콘크리트가 휘어지는 힘에 얼마나 버티는지 재는 것이 휨강도 시험이다. 공시체에 하중을 가해 파괴되는 순간의 힘과 지간, 단면 치수로 강도를 계산한다. 하중을 가하는 속도와 파괴가 일어난 위치도 결과의 신뢰성을 좌우한다.
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출제기준 단원 「휨강도 시험」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 3등분 재하 휨강도 계산 | 1 | 파괴하중과 지간, 단면 치수로 휨강도를 구하기 |
| 시험 방법 설명 판별 | 1 | 하중 증가율과 파괴 위치 등 규정의 옳고 그름을 가리기 |
| 파괴하중 대입 계산 | 1 | 주어진 파괴하중으로 휨강도 값을 산출하기 |
휨강도 시험은 콘크리트 공시체를 받침대 위에 올리고 하중을 가해 파괴될 때까지 휘게 하는 시험이다. 공시체는 150×150×530mm의 각주형을 쓰고, 지간은 공시체 높이의 3배로 잡는다. 이 조건에서 파괴하중과 단면 치수를 공식에 넣어 휨강도를 구한다.
하중을 가하는 방식에는 3등분 재하와 4점 재하가 있다. 어느 쪽이든 지간의 가운데 부분에서 파괴되면 그 결과를 유효한 값으로 본다. 파괴가 지간의 중앙 1/3 안쪽에서 일어나야 강도 계산이 신뢰할 만하다.
휨강도는 파괴하중 P, 지간 L, 단면 폭 b, 단면 높이 d를 이용해 계산한다. 재료의 해설에서는 f=PL/bd² 꼴의 식으로 값을 구한다. 하중은 N, 치수는 mm로 맞추어 넣고 결과는 MPa로 읽는다. 단위를 kN 그대로 두거나 지간을 잘못 넣으면 값이 어긋난다.
하중을 가하는 속도도 규정이 있다. 너무 빠르면 강도가 높게, 너무 느리면 낮게 나오기 때문이다. 휨강도 시험의 응력 증가율과 압축강도 시험의 하중 증가율은 서로 다른 값이므로 섞으면 안 된다.
시험 결과의 유효성을 판정하는 기준은 파괴 위치다. 하중을 가하는 지점 사이에서 파괴되면 유효하고, 그 바깥에서 깨지면 무효로 처리한다. 재하장치와 공시체 접촉면은 평평하게 밀착시켜 하중이 고르게 전달되도록 한다.
3등분 재하로 지간 450mm, 폭과 높이 150mm인 공시체를 시험해 최대하중 27kN에서 가운데가 파괴되면, f=(27,000×450)/(150×150²)를 계산해 3.6MPa를 얻는다. 같은 조건에서 파괴하중이 30.8kN이면 약 4.1MPa가 나온다. 계산 문제는 하중을 N으로 바꾸고 지간과 단면 치수를 정확히 대입하는 것이 관건이다.
시험 방법을 묻는 문제는 하중 증가율의 수치를 바꿔 함정을 만든다. 휨강도 시험의 응력 증가율과 압축강도 시험의 증가율을 뒤섞거나, 초당 응력이 아니라 분당 하중으로 규정한다는 점을 흐리면 틀린다. 파괴 위치 판정에서도 지간 안쪽 파괴를 무효라고 뒤집는 선지가 나온다.
150×150×530mm의 공시체를 3등분 하중장치에 의해 휨강도 시험을 한 결과 최대하중 27kN에서 지간의 가운데 부분에서 파괴가 일어났다. 이 때 휨강도는 얼마인가? (단, 지간은 450mm이다.)
정답 ② · 3등분 하중에 의한 휨강도 시험 결과로부터 휨강도를 계산하는 문제이다. 3등분 하중 시험에서 중앙부에서 파괴되었으므로 휨강도 f = PL/(b×d²) 공식을 적용한다.
3등분 하중 휨강도는 f=PL/4bd² 공식을 사용하며, 지간 L=450mm, 폭 b=150mm, 두께 d=150mm, 하중 P=27kN을 대입하여 계산한다.
콘크리트의 강도시험에 대한 설명으로 틀린 것은?
정답 ③ · 휨강도 시험 시 공시체에 가하는 하중 속도는 압축강도 시험과 달리 하중 증가율 또는 응력증가율을 규정하며, KS 기준에 따른 휨강도 시험의 응력 증가율은 매초 0.02 ~ 0.1 N/mm2 (또는 MPa) 범위 내로 규정하고 있습니다. 따라서 0.6±0.4 MPa로 서술한 3번 보기가 틀린 설명입니다.
휨강도 시험의 하중 증가율은 매초 0.02~0.1MPa 범위여야 하며, 0.6±0.4MPa는 압축강도 시험 범위이다.
3등분점 재하로 휨강도 시험을 실시하였을 때 파괴하중이 30.8kN이었고 지간의 중앙의 1/3 내에서 파괴되었다면 휨강도는 얼마인가? (단, 공시체의 크기는 150×150×530mm이며, 지간은 450mm이다.)
정답 ③ · 콘크리트 휨강도 시험에서 3등분점 재하시 휨강도를 계산하는 공식은 F = (P * L) / (b * d^2)입니다. 여기서 P는 파괴하중 30.8kN(30,800N), L은 지간 450mm, b는 폭 150mm, d는 깊이 150mm입니다.
3등분점 재하 휨강도 공식 F=(PL)/(bd²)에 파괴하중, 지간, 단면 치수를 대입하여 계산한다.
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