최대중립축 깊이 비교(KDS 14 20 20 VS KDS 24 14 21)

최대중립축 깊이 비교(KDS 14 20 20 VS KDS 24 14 21)

 

KDS 14 20 20 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준

부록. 재료계수를 적용한 휨 및 압축 부재의 별도 설계

3.1 변형률 한계 및 중립축 한계

(1) 휨모멘트가 작용하는 부재는 압축 연단의 변형률이 KDS 14 20 20(4.1.1)에 규정된 콘크리트의 극한변형률  ε_cu 또는   ε_cu,c 에 도달할 때를 극한상태로 간주한다.

(2) 압축력만 작용하는 부재는 단면의 변형률이 KDS 14 20 20(4.1.1)에 규정된 콘크리트의 변형률 ε_cu 또는   ε_cu,c 에 도달할 때를 극한상태로 간주한다. 단, 콘크리트의 크리프 영향을 고려하고자 할 때에는 ε_co 또는   ε_co,c 보다 큰 값을 극한상태의 변형률 한계로 간주할 수 있다.

(3) 휨과 축력이 동시에 작용하는 부재의 설계강도해석에서 중립축이 단면 내에 있는 경우에는 휨모멘트를 받는 부재와 동일하게 압축 연단의 변형률이 KDS 14 20 20(4.1.1)에 규정된 콘크리트의 극한변형률 ε_cu 에 도달할 때를 극한상태로 간주한다.

(4) 휨과 축력이 동시에 작용하는 부재의 설계강도해석에서 압축력이 지배적이어서 중립축이 단면 밖에 놓인 경우에는 압축 연단의 변형률이 한계변형률에 도달할 때를 극한상태로 간주한다. 이때의 한계변형률은 압축력과 휨모멘트의 작용을 고려한 변형률분포로 결정한다.

(5) 프리스트레스를 가하지 않은 휨부재는 설계휨강도 해석에서 구한 중립축의 깊이가 다음 값의 최대 허용중립축깊이 이하이어야 한다.

 

(3-1)

 

해설(5) 철근콘크리트 휨부재는 연성파괴를 보장하기 위하여 인장철근의 양을 제한한다. 이때에는 최대 허용철근비를 규정하는 방법이나 4.1.2(5)와 같이 최소허용변형률을 규정하는 방법과 함께 최대허용 중립축깊이를 규정하는 방법이 있다. 여기서는 재료계수를 적용한 휨부재 설계에 대한 이준석 등(2017)의 연구와 제안에 따라 부록 식 (3-1)과 같이 최대허용 중립축 깊이를 규정하였다.

 

재료계수가 적용된 철근콘크리트 휨부재의 한계철근비 검토

https://www.auric.or.kr/User/Rdoc/DocRdoc.aspx?returnVal=RD_R&dn=397050#.Y1egj3ZByHv

재료계수가 적용된 철근콘크리트 휨부재의 한계철근비 검토 - AURIC

 

 

 KDS 24 14 21 콘크리트교 설계기준(한계상태설계법)

1.5.3 휨모멘트 재분배

(1) 극한한계상태의 검증에서 한정된 재분배를 하는 선형 해석을 구조물의 부재 해석에 적용할 수 있다.

(2) 휨모멘트 재분배의 영향은 설계의 모든 관점에서 고려하여야 한다.

(3)연속보 또는 슬래브에 대하여 회전능력에 대한 명확한 검토가 없어도 다음의 조건을 만족할 경우에는 식 (1.5-3)의 비율로 휨모멘트를 재분배할 수 있다.

① 휨이 지배적이며

② 인접한 부재와의 지간의 비가 0.5와 2의 범위 안에 있을 때

 

(1.5-3)

 

여기서,  η = 탄성해석으로 구한 휨모멘트에서 재분배할 수 있는 휨모멘트의 비율

             (η = 1 - δ , 4.6.2.1(3) 참조)

              c = 극한한계상태에서의 중립축의 깊이

              d = 단면의 유효깊이

              ε_cu= 3.1.2.5에 따른 단면의 극한한계변형률

 

 

4.6.2.1  주철근

(3) 극한한계상태에서 중립축의 깊이가 식 (4.6-3) 으로 결정되는 최대 중립축 깊이 이하가 되도록 인장철근 단면적 또는 긴장재 단면적을 제한하거나 압축철근 단면적을 증가시켜야 한다.

 

(5.12.3)

 

 

여기서,  c_max = 극한한계상태에서의 최대 중립축 깊이

              δ  = 모멘트 재분배 후의 계수휨모멘트/탄성휨모멘트 비율, 모멘트를 재분배하지 않는 경우에는 δ  = 1

              d = 단면의 유효깊이

              ε_cu= 표 3.1-3에 따른 단면의 극한한계변형률

 

다음은 도로교 설계기준(한계상태설계법) 해설 2015의 내용이다.

(3) 극한한계상태에서 중립축의 깊이를 식(5.12.3)의 최대 중립축 깊이 이하로 제한하는 것은 휨부재의 연성파괴를 보장하기 위한 것이다. 단면적이 작은 부재로 큰 계수휨모멘트에 저항하려면 인장철근의 양을 증가시켜야 하는데, 너무 많은 양의 인장철근을 배치하면 콘크리트 압축연단이 극한변형률에 도달했을 때 철근이 항복하지 않거나 항복하더라도 충분한 변형률을 나타내지 못하여 연성이 확보되지 않는다. 따라서 이러한 경우에는 콘크리트 단면적을 증가시켜야 한다. 콘크리트 단면적을 증가시키지 않고 단면적을 유지하고자 할 때에는 압축철근을 배치하여야 한다. 압축철근이 추가되면 단면의 연성이 증가되므로, 최대 인장철근 단면적을 배치하여도 휨강도를 만족하지 못하는 경우에는 압축철근을 추가하고 압축철근과 동일한 단면적을 인장철근에 추가하여 연성과 휨강도를 확보할 수 있다. 이때 압축철근은 5.12.2.6(9)의 규정에 따라 압축철근 지름의 15배 이하의 간격을 갖는 전단철근으로 둘러싸인 경우에만 휨강도 해석에 포함하여야 한다. 식(5.12.3)의 최대 중립축깊이는 5.6.3(3)의 휨모멘트 재분배 비율을 규정하는 식 (5.6.3)에서 η를 1-δ으로 하고, 식을 변환한 것이다. δ를 1로 했을 때 식(5.12.3)으로 계산된 최대 중립축 깊이가 극한한계상태에서의 중립축 깊이와 같은 때에는 휨모멘트 재분배를 하지 못한다는 뜻이다. 따라서 휨모멘트 재분배 비율을 규정하는 5.6.3(3)이 실질적으로 최대 인장철근 단면적을 규정하는 역할을 하므로, 5.12.2.1(3)의 이 규정이 꼭 필요한 것은 아니지만, 강도설계법의 설계기준에서 최대 인장철근비나 철근의 순인장변형률 제한 규정에 익숙하였던 현실을 반영하여 이 규정을 추가하였다. 이 규정에 따른 최대 인장철근비는 강도설계법의 콘크리트구조기준이나 도로교설계기준의 최대 인장철근비에 비하여 작은 값이다. 이것은 교량에 좀 더 보수적으로 적용하여, 더 큰 연성과 재료비 차원의 경제성을 확보하려고 한 것이다.

 

 

철근콘크리트 휨부재 설계를 위한 도로교설계기준(한계상태설계법)의. 철근비 규정 검토

https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO201714942385180.pdf