강합성보 휨강도

강합성보 휨강도의 정의

강합성보 휨강도는 강재보와 콘크리트 슬래브가 전단연결재로 일체화되어 휨에 저항하는 공칭 휨모멘트다.

기술사 시험에서는 응력 계산과 소성모멘트 계산이 함께 나와 반복해서 출제된다.

먼저 핵심 키워드 여섯 가지를 짚고 넘어가자.

합성 거동의 원리

보 위의 콘크리트 슬래브는 누르는 힘을, 강재는 당기는 힘을 잘 받는다.

두 재료를 전단연결재로 묶으면 미끄러지지 않고 한 덩어리 보처럼 휜다.

전단연결재는 콘크리트와 강재 사이의 수평 전단력을 전달한다.

그래서 강재보만 쓸 때보다 휨저항이 커진다.

완전 합성과 부분 합성

두 재료가 미끄러지지 않는 상태를 완전 합성이라 한다.

설계에서는 보통 완전 합성을 가정하고, 연결재가 부족하면 부분 합성으로 낮춰 계산한다.

유효폭은 보 중심선 양쪽으로 폭 제한을 두어 정하며, 세부 조건은 기준서를 따른다.

소성모멘트와 힘의 평형

소성모멘트는 완전히 항복한 단면이 낼 수 있는 저항모멘트다.

강재 단면만 보면 M_p 는 항복강도 F_y 와 소성단면계수 Z_p 의 곱이다.

콘크리트 압축력 C 는 0.85 f_ck 등가 응력으로, 강재 인장력 T 는 F_y A_s 로 구한다.

두 힘이 평형을 이루도록 중립축 위치를 정한다.

예제: 중립축 위치 판정

정모멘트부 예제로 중립축 위치를 판정해 보자.

콘크리트 최대 압축력은 0.85 f_ck b_e t_c 로 약 8,568kN 이다.

강재 전체 인장력은 F_y A_s 로 약 4,054kN 이다.

C 가 T 보다 크므로 압축 블록은 슬래브 안에 들어간다. a 는 약 71mm 로 슬래브 두께 150mm 보다 작다.

판정 순서와 흔한 실수

앞 문제의 정답은 슬래브 안이다. C 가 T 보다 크기 때문이다.

판정 순서는 연결재 확인, C 와 T 비교, 중립축 확정, Mp 계산이다.

가장 흔한 실수는 중립축 위치를 가정하지 않고 바로 계산하는 것이다.

탄성 응력은 환산단면으로, 소성 강도는 응력 블록 평형으로 구해 섞지 않는다.