압축·인장지배단면

한 줄 정의

압축·인장지배단면은 최외단 인장철근의 순인장변형률 εt로 구분하는 단면이다.

압축지배단면은 콘크리트가 먼저 파괴되는 취성 거동이다. 강도감소계수 φ를 작게 둔다.

두 한계 사이의 변화구간은 φ를 선형보간으로 구한다.

인장지배단면은 철근이 늘어난 뒤 파괴되므로 φ를 크게 둔다.

순인장변형률 계산

변형률 분포는 평면 유지 가정으로 중립축 거리에 비례한다.

닮은꼴 관계로 εt는 0.003에 (d−c)/c를 곱해 구한다.

여기서 0.003은 콘크리트 압축연단의 극한변형률이다. d와 c는 mm 단위 거리다.

철근 항복변형률은 훅의 법칙으로 구한다. fy를 Es로 나눈 값이다.

Es를 200,000MPa로 보므로 εty는 fy를 200,000으로 나눈 값이 된다.

계산 예제 비교

b 400mm, d 600mm, fck 24MPa 단면에서 철근량 두 경우를 비교한다.

철근량이 2,000에서 5,000mm²로 늘면 c가 115.3에서 288.4mm로 커진다.

그 결과 εt는 0.0126에서 0.00324로 줄어든다. φ도 낮아지는 방향이다.

Mn은 441에서 955kN·m로 커지지만, 연성은 줄어든다는 점을 기억한다.

철근량을 늘리면 강도는 커지고 연성은 줄어든다.

헷갈리는 점과 직접 풀기

순인장변형률은 철근 변형률에서 프리스트레스 등으로 미리 생긴 변형을 제외한 값이다.

전체 인장변형률과 혼동하지 않도록 철근 쪽 값만 쓴다.

fy가 400MPa를 넘는 철근은 항복변형률을 먼저 구해 한계를 다시 정한다.

변화구간은 φ를 고정값으로 쓰지 않고 선형보간 식을 반드시 보여 준다.

마지막으로 직접 풀어 보자.

정리

마지막으로 핵심을 정리한다.

지배단면은 최외단 인장철근의 순인장변형률 εt로 나눈다.

압축지배는 φ가 작고, 인장지배는 φ가 크며, 변화구간은 둘 사이를 보간한다.

고강도 철근은 항복강도 조건을 함께 확인한다. 그래야 φ를 과대 적용하지 않는다.