한계상태설계법

한계상태설계법이란

한계상태설계법은 구조물이 목적에 맞지 않게 되는 상태를 기준으로 설계하는 방법이다.

확률과 통계에 기초해 한계상태를 정하고, 각 상태에 하중계수와 저항계수를 적용한다.

현행 도로교 설계기준의 기본 틀이 되는 설계법이다.

한계상태의 두 종류

구조물의 한계상태는 강도한계상태와 사용한계상태로 크게 나뉜다.

강도한계상태는 붕괴와 관련되므로 발생확률을 매우 낮게 잡아야 한다.

사용한계상태는 기능 저하와 관련되므로 더 큰 발생확률을 허용할 수 있다.

두 한계상태의 목표 안전도가 다르다는 점이 핵심이다.

설계식의 구조

설계식은 저항계수를 곱한 공칭저항이 하중 효과의 합 이상이어야 한다는 형태다.

φ는 저항계수, Rn은 공칭저항, γi는 하중계수, Qi는 하중 효과다.

하중은 키우고 저항은 줄여 안전 여유를 계수로 명시한다.

설계는 지배 한계상태를 기준으로 단면을 결정한다.

계산 예제

콘크리트의 설계강도는 설계기준강도에 재료저항계수를 곱해 구한다.

단위는 MPa로 정리되며, 결과는 설계기준강도보다 작다.

이 계산 예제는 개념 이해용이다.

실제 부재 설계는 하중조합과 부재별 저항식을 함께 적용한다.

헷갈리는 비교

앞 문제의 정답은 '작아진다'다. 이제 헷갈리기 쉬운 비교를 정리한다.

강도설계법은 단면이 공칭강도에 도달하면 파괴로 본다.

한계상태설계법은 구조계가 붕괴하는 상태를 기준으로 한다.

재료 계수를 곱하는지 나누는지도 방향을 구분해야 한다.

정리

한계상태설계법은 강도와 사용 한계상태를 확률 기준으로 검토하는 설계법이다.

하중계수와 저항계수를 적용하고, 지배 한계상태로 단면을 정한다.

장점은 일관된 신뢰도, 단점은 개정 비용과 이론의 난해함이다.