철근콘크리트 축력분담

한 줄 정의

철근콘크리트 축력분담은 축하중을 콘크리트와 철근이 나눠 지지하는 현상이다.

두 재료는 부착되어 함께 변형하므로 같은 축방향 변형률을 가진다.

이것이 변형률 적합 조건이다.

응력과 힘의 평형

변형률이 같으므로 두 재료 응력의 비는 탄성계수의 비와 같아진다.

이 탄성계수비를 n이라 하며, n은 철근 탄성계수 Es를 콘크리트 Ec로 나눈 값이다.

힘의 평형식에 대입하면 철근 면적을 n배 하여 콘크리트 면적에 더한 환산단면적이 나온다.

이 식이 축력분담 계산의 출발점이다.

하중분담률 계산

철근 분담률은 철근 면적에 n을 곱한 값을 환산단면적으로 나눈 것이다.

콘크리트 분담률은 콘크리트 면적을 같은 환산단면적으로 나눈 것이다.

두 분담률의 합이 얼마인지 스스로 확인해 보자.

두 분담률을 더하면 전체 하중 P와 맞아떨어지는지 판단해야 한다.

장기하중과 크리프

지속하중을 받으면 콘크리트는 크리프로 변형이 늘어나 응력이 줄어든다.

철근은 크리프가 거의 없어 응력이 유지되거나 늘어나고, 하중이 철근으로 옮겨 간다.

이 현상이 크리프에 의한 축력 재분배이며 장기하중 검토의 근거가 된다.

직접 확인해 보자.

예제 계산

단면적비 r과 탄성계수비 n이 주어지면 분담비를 바로 계산할 수 있다.

변형률이 같으므로 응력비는 n이고, 철근과 콘크리트 하중의 비는 nr이 된다.

전체 하중 P에 대해 콘크리트 분담비는 1/(1+nr), 철근 분담비는 nr/(1+nr)이다.

두 분담비를 더하면 1이 되므로 계산 결과를 검산할 수 있다.

헷갈리는 실수

시험에서 자주 틀리는 부분을 짚고 넘어간다.

n은 Es를 Ec로 나눈 값이며, 뒤집어 쓰는 실수가 많다.

응력은 콘크리트 Ac와 철근 As로 나눠 계산해야 하며, 전체 면적으로 계산하면 틀린다.

크리프 설명에서는 콘크리트 응력 감소와 철근 응력 증가를 함께 써야 한다.

철근이 항복하면 탄성 분담식을 쓸 수 없으므로 항복강도를 먼저 확인한다.

정리와 시험 포인트

마지막으로 축력분담의 핵심 식을 정리한다.

변형률 적합, 힘의 평형, 탄성계수비 순서로 풀면 분담비가 나온다.

시험에서는 1교시 계산형과 2~4교시 논술형으로 함께 출제된다.