철근콘크리트 균열폭

균열폭이란

철근콘크리트 부재는 인장 측에 균열이 생기는 것을 전제로 설계한다.

균열폭은 인장 측 콘크리트 표면에서 측정한 균열의 벌어진 너비다.

이 값을 허용균열폭 이하로 제어해 내구성과 사용성을 확보한다.

균열폭을 정하는 세 요인

균열폭을 결정하는 원리는 크게 세 가지다.

첫째, 철근 응력 fs가 클수록 균열폭이 커진다.

둘째, 피복두께가 클수록 최외단 철근에서 표면까지 거리가 길어져 균열폭이 커진다.

셋째, 철근 간격이 좁을수록 균열이 분산되어 균열폭이 작아진다.

따라서 응력을 낮추고, 철근을 분산하고, 피복을 관리한다.

산정식과 검토 절차

균열폭은 철근 응력, 피복두께, 유효 인장 면적의 함수로 산정한다.

이 식은 균열폭 산정의 기본 식인 Gergely-Lutz 식 형태다.

절차는 사용하중 모멘트로 fs를 구하고, 유효 인장 면적 A를 구하는 순서다.

계산한 최대 균열폭 w_max가 허용균열폭 이하인지 확인한다.

정밀식과 약산식의 차이는 철근 응력 fs를 구하는 방법에 있다.

계산 예제: 지속하중 모멘트

지속하중은 장기간 작용해 균열폭을 키우는 하중이다.

문제 조건은 고정하중 모멘트 300 kN·m, 활하중 모멘트 200 kN·m이다.

지속하중은 활하중의 20%만 포함하므로 340 kN·m가 된다.

사용하중 모멘트는 고정하중과 활하중을 더한 500 kN·m다.

지속하중 상태의 fs는 사용하중 상태보다 작아야 하며 균열폭도 줄어든다.

사용하중 전체를 그대로 넣으면 응력이 과대 산정된다는 점에 유의한다.

환경별 허용균열폭

허용균열폭은 강재 부식에 대한 환경조건에 따라 정한다.

기준은 KDS 14 20 30 콘크리트구조 사용성 설계기준에서 정한다.

철근은 건조, 습윤, 부식성, 해수 등 환경조건별로 허용값을 둔다.

긴장재는 부식에 민감하므로 철근보다 엄격하게 제한한다.

수처리 구조물은 누수 방지를 위해 철근 기준보다 엄격한 값을 적용한다.

이제 직접 풀어 보자.

정리와 시험 포인트

앞 문제의 정답을 확인한다. 지속하중 모멘트는 340 kN·m다.

두 번째 문제의 정답은 긴장재다.

허용균열폭은 환경 구분과 철근·긴장재 구분에 따라 정한다.

균열폭 검토는 허용값과 비교해 끝나며, 배근 개선이 함께 제시되어야 완결된다.

시험에서는 환경 구분, 지속하중 비율, 철근 응력 산정을 빠뜨리지 않는다.