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개요
KDS 한계상태설계법 - 콘크리트 스트럿의 유효설계강도에 대해 알려드립니다!
A. 한계상태설계법의 스트럿 유효설계강도
한계상태설계법 “KDS 24 14 21 콘크리트교 설계기준 (한계상태설계법) - 4.1.5.2 스트럿” 에서 제시하고 있는 스트럿 유효설계강도식은 균열이 발생하지 않은 상태 / 균열이 발생한 상태 에 대해 산정식을 다르게 제안하고 있습니다.
아래 그림에서 (a)가 균열이 발생하지 않은 상태이고, (b) 와 (c)가 균열이 발생한 상태입니다.
i. 균열이 발생하지 않은 상태
스트럿에 횡방향으로 압축응력이 작용하거나, 작용하지 않는 상태를 균열이 발생하지 않은 상태로 보고 유효설계강도를 산정합니다.
ii. 균열이 발생한 상태
스트럿에 작용하는 횡방향으로 인장응력으로 인해 균열이 발생한 상태의 유효설계강도를 산정합니다.
- 횡방향 인장철근이 0.4% 미만인 압축영역
- 횡방향 인장철근이 0.4% 이상인 압축영역
여기서 θ는 전단설계 챕터에 나오는 복부의 스트럿 경사각이 아님에 유의해야 합니다.
균열/비균열 상태는 스트럿 위치에서 주인장응력을 산정하고 콘크리트의 인장강도와 비교해서 사인장균열을 검토하는 방식으로 판별할 수 있습니다.
스트럿 압축력의 확산으로 발생하는 병모양 스트럿 또한 같은 방식으로 검토할 수 있으며 병모양 스트럿은 포스트텐션 정착부의 스트럿타이를 통해 더 자세히 확인할 수 있습니다.
하지만 실무에서는 이러한 판별 과정을 생략하고 통상적으로 안전측인 균열 단면의 유효설계강도를 적용합니다. 마찬가지로 병모양 스트럿이 아닌 프리즘 스트럿을 적용하고 있습니다.
iii. 스트럿과 횡방향 철근사이의 각도
스트럿과 횡방향 철근사이의 각도에 대한 규정은 “ACI318-14 : 25.3-Reinforcement crossing bottle shaped struts” 에서 확인할 수 있습니다.
철근이 1방향으로만 배치된 경우는 스트럿과 횡방향 철근 사이의 각도를 적용하면 되고,
2방향 이상 배치되면 스트럿에 의해 발생하는 횡방향 응력을 저항하기 위해 배치된 철근의 각도를 적용해야 합니다.
iV. 횡방향 철근량과 스트럿 유효설계강도
KDS 24에서는 여기에 추가로 횡방향 인장철근량에 대한 기준을 구분하고 있고, 또한 스트럿과 횡방향 철근의 각도에 따른 식을 다르게 제안하고 있다.
횡방향 인장철근에 따른 식을 다르게 제안하고 있는 이유에 대해서는 “도로교설계기준해석 (한계상태설계법) 2015 - 5.7.5.2 스트럿 (해설)” 에서 확인할 수 있다.
- 도로교설계기준해석 (한계상태설계법) 2015 - 5.7.5.2 스트럿 (해설)
- 횡방향 인장변형의 크기에 따라서 콘크리트의 압축강도가 비선형적으로 감소한다는 것은 잘 알려져 있다.
- 이에 따라 AASHTO LRFD (2010) 5.6절에서는 스트럿의 압축강도를 횡방향 변형량에 따라서 구한다.
- 그러나 설계에서 횡방향 인장 변형을 구하는 것은 어려운 경우가 많다.
- 이 설계기준에서는 횡방향 인장철근의 양에 따라서 압축강도의 감소량을 결정한다.
- 이는 횡방향 인장철근의 양이 횡방향 인장응력의 크기에 비례하여 정해진 것을 가정한 것이다.
- 가외로 과도한 횡방향 인장 철근을 배치한 경우에는 지나치게 안전측의 설계가 될 수 있다.
B. 한계상태설계법과 강도설계법의 강도 산정식 비교
i. KDS 14 20 24 : 강도설계법
강도설계법 “KDS 14 20 24 콘크리트구조 스트럿-타이모델 기준 - 4.2.2 유효압축강도” 의 유효압축강도 산정식은 “ACI 318M-08 : A.5 - Strength of nodal zones” 의 내용과 같으며 아래와 같이 산정합니다.
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KDS 14 20 24 : 강도설계법
Eurocode
스트럿 유효강도 비교
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