오늘은 초기단계 균열과 Main Crack의 응력 분포와 미국 Gergely-Lutz의 균열폭 계산식[KBC 2005]과 콘크리트 인장강성효과에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.
초기단계 균열과 Main Crack의 응력 분포
초기단계 균열(Secondary Crack)
Shrinkage Crack(건조수축균열)
- 균열형태에 영향을 미침
- 제어하기가 어려움
Secondary Flexural Crack(초기휨균열)
- 인장응력이 콘크리트 파괴계수를 초과할 때 생기는 초기균열
- 폭 : 0.0256mm, 철근응력 : 40~50MPa
- 재료의 특성상 균질이 아니고, 등방성재료가 아니기 때문에 예측이 어렵습니다.
Corrosion Secondary Crack(부식균열)
적절한 시공법과 고강도 콘크리트의 사용으로 막을 수 있는 균열
Main Crack
원인 : 같은 위치의 철근과 콘크리트의 변형률이 서로 다르기 때문에 발생합니다.
미국 Gergely - Lutz의 균열폭 계산식[KBC 2005]
균열폭 실험결과
균열폭 -> 주의깊은 실험 -> 분산이 큼 -> 정밀도 감소
보와 축인장을 받는 부재의 균열폭 실험결과
- 철근의 응력과 지름에 비례
- 철근비에 반비례
주요변수
- 콘크리트의 피복두께
- 최대인장력에서 각 철근을 둘러싸고 있는 콘크리트의 면적
균열억제 계산의 목적
합리적인 배근 상세를 얻기 위해
=> 최선책 : 철근을 콘크리트 최대 인장력에 고르게 배근
균열폭의 계산식(Gergely - Lutz 식)
ω = 1.08βc fs (³√dc A) x 10-5 (mm) ≤ ωa(허용균열폭)
철근콘크리트의 인장강성 효과
콘크리트의 인장강성효과 정의
인장을 받는 철근콘크리트 구조부재에 균열이 발생하면 일반적으로 구조계산이나 설계시 인장측 콘크리트는 무시됩니다. 그러나 실제로는 균열위치에서 모든 인장력이 철근에 의해서만 전달되지만 균열과 균열 사이에서는 부착에 의해 인장력이 철근으로부터 콘크리트로 전달됩니다.
이러한 결과로 균열단면 2차모멘트에 비해 휨강성이 증가하는 효과가 발생하게 되는데, 콘크리트가 철근의 인장강성을 증가시키는 데 기여하는 효과를 인장강성효과(Tension Stiffening Effect)라고 합니다.
인장강성효과에 영향을 미치는 변수
- 콘크리트의 강도
- 콘크리트 피복두께
- 철근비
- 철근직경
- 철근강도 등
균열발생 Mechanism
외부응력이 콘크리트 인장강도
초과불연속적인 간격으로 균열발생
균열된 단면 - 모든 인장력이 철근에 의해서 전달
균열 사이 - 부착응력에 의해 철근에서 콘크리트로 약간의 인장력이 전달 => 콘크리트에 인장응력 발생
부가적인 균열발생
균열 사이의 인장응력이 콘크리트의 인장강도를 초과할 경우 발생
Main Crack 발생
최종 균열 간격은 두 개의 기존하는 균열 사이에 부가적인 균열을 형성하기 위한 충분한 양의 인장력이 더 이상 철근으로부터 콘크리트로 부착에 의해 전달되지 않을 때 도달됩니다.
*유효단면 2차 모멘트 필요성
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