한계상태와 한계상태설계법

한계상태의 정의

한계상태는 구조물이 요구 성능을 더 이상 만족하지 못하는 경계 상태다.

이 선을 넘으면 구조가 제 역할을 할 수 없게 된다.

붕괴 직전뿐 아니라 처짐이 과해 사용에 지장을 주는 상태도 포함된다.

검증식과 계수

검증식은 저항이 하중 효과보다 커야 한다는 조건으로 표현된다.

좌변은 저항계수를 곱한 설계 저항이고, 우변은 하중계수를 곱한 설계 하중이다.

하중은 크게, 저항은 작게 잡아 불확실성을 나눠 반영한다.

계수를 둘로 나눠 두어 하중 종류별, 재료별로 다른 신뢰도를 줄 수 있다.

한계상태의 세 가지 분류

한계상태는 구조물이 요구 기능을 잃는 상태를 기준으로 세 가지로 나눈다.

최종한계상태는 최대 하중을 견디는 능력과 좌굴, 소성붕괴를 본다.

피로한계상태는 반복 하중에 따른 누적 손상, 사고한계상태는 충돌이나 화재 같은 사고 시 능력을 본다.

분류마다 파괴 원인이 다르므로 검토 대상도 다르다.

허용응력설계법과 비교

허용응력설계법은 탄성 해석으로 구한 응력을 허용응력과 비교한다.

안전율 하나로 고정하중과 활하중을 같은 비율로 다루는 것이 한계다.

한계상태설계법은 하중 종류별, 재료별로 계수를 달리 두고, 파괴모드마다 검토한다.

검토 절차와 최소 한계하중

한계상태설계법의 절차는 설계조건과 파괴모드를 식별하는 것에서 시작한다.

각 파괴모드에 관련된 한계상태를 정하고, 하중조합에 하중계수를 곱한다.

공칭 저항에 저항계수를 곱해 설계 저항을 구한다.

모든 한계상태에서 검증식을 만족해야 하며, 가장 불리한 결과가 설계를 지배한다.

가상 예제 강도 검토

가상의 값으로 강도 검토를 계산해 본다. 공칭 저항은 1,000kN이다.

요구 측은 하중계수를 곱한 하중 효과의 합이고, 저항 측은 저항계수를 곱한 값이다.

계수 값은 적용 기준의 값을 써야 하며, 이 예에서는 정하지 않는다.

이제 저항계수가 설계저항을 어떻게 바꾸는지 직접 확인해 보자.

정리와 시험 포인트

정답은 예다. 저항계수는 1 이하이므로 곱하면 설계저항이 줄어든다.

한계상태는 규정을 더 이상 만족하지 못하는 상태이고, 검토는 파괴모드별로 한다.

최소 한계하중은 모든 관련 한계상태 중 최소값으로 정한다.

답안에는 적용 기준 이름을 먼저 밝히고, 우발 하중 검토 여부도 확인하자.