제8장 사용성과 내구성 (1)
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8.1 서 론
구조물은 안전성(safety)이 확보되어야 하며, 이와 더불어 사용(serviceability)과 내구성(durability)도 어느 수준 이상으로 만족되어야 구조물로서의 가치가 있게 된다.
(1) 사용성(serviceability) - 처짐, 균열, 진동 등 구조물의 기능에 지장을 초래하는 문제로서, 허용응력설계법에서는 응력의 크기를 제한함으로써 자동 해결되었으 나 강도설계법에서는 따로 검토하여야 한다. 사용하중(service load, unfactored load)으로 검토한다.
(2) 안전성(safety) - 파괴에 대한 안전성을 말하며, 강도설계법에서는 하중계수와 강도감소계수를 이용하여 파괴에 대하여 정해진 안전율 이상을 확보한다. 계수 하중(factored load)으로 검토한다.
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8.2 균열
- 고강도의 철근을 사용함에 따라 휨균열이 문제로 등장.
- 폭이 큰 균열은 철근을 부식하게 하여 내구성에 좋지 않다.
- 폭이 큰 몇 개의 균열보다는 많은 수라도 미세한 균열이 바람직하다.
- 균열 폭을 줄이는 데는 이형철근이 유리하며 철근을 잘 분포시키는 것이 유리하다.
8.2.1 균열발생의 원인
- 재료적 요인 - 수화열, 건조수축, 알칼리 골재반응 등
- 시공상의 요인 - 조기재령에서의 부적절한 양생, 재료의 분리, 콜드조인트(cold joint)형성 등
- 설계, 시공상의 요인 - 콘크리트 덮개 부족, 철근 정착길이 부족 응력 집중부, 기초 부등침하 등
- 환경요인 - 온도 변화, 건습의 반복, 동결융해, 화학작용 등 - 하중관련 균열 - 휨균열, 전단균열, 비틀림균열 등
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8.2.2 균열의 종류와 형태
(1) 하중에 의한 균열의 종류와 형태
참고문헌 : J. G. MacGregor, “Reinforced Concrete”, Prentice Hall
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(2) 수화열로 인한 균열 - 기초를 먼저 타설하고 나중에 벽체를 이어치는 경우 벽체 에 발생. 수화열로 인한 온도의 상승 및 냉각속도를 조절하거나, 벽체를 짧은 길 이로 타설하거나, 수축철근을 충분히 배근하여 제어한다.
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(3) 기타 - 침하, map 균열, 녹에 의한 균열
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8.2.3 균열폭 제어의 중요성
외관, 액체의 누출, 철근의 부식면에서 불리하다
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8.2.4 균열폭에 영향을 미치는 요인
(1) 철근의 종류와 영향 - 이형철근으로 보강하는 경우 폭이 작은 균열을 나타 낸다.
(2) 철근 응력의 영향 - 연구결과 균열폭이 (𝑓𝑠)𝑛에 비례한다.
𝑓𝑠 : 철근의 응력, 𝑛 = 1.0~1.4
(3) 피복두께의 영향 – 피복두께의 증가는 균열 폭을 증가시키므로, 작은 지름 의 철근을 많이 사용하는 것이 유리하다.
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8.2.5 균열 폭 제어를 위한 설계기준의 규정• 콘크리트구조설계기준(2012) 본문의 규정 : 𝒔 ≤ 𝒔𝒂
• 철근을 인장영역에 고르게 분산 배치함으로서 휨 균열을 제어하는 방법 채택.
• - 콘기준 [6.3.3 보 및 1방향 슬래브의 휨철근 배치]
6.3.3 (4) 콘크리트 인장연단에 가장 가까이에 배치되는 철근의 중심간격 𝒔는 식 (6.3.3)과 식 (6.3.4)에 의해 계산된 값 중에 서 작은 값 이하로 하여야 한다. 부록 III에 따라 균열을 검증하는 경우에는 이 규정을 따르지 않을 수 있다.
𝒔 = 𝟑𝟑𝟑 𝜿𝒇𝒄𝒄
𝒔 − 𝟐. 𝟑𝑪𝒄 (6.3.3) 𝒔 = 𝟑𝟑𝟑 𝜿𝒇𝒄𝒄
𝒔 (6.3.4)
여기서, 𝜿𝒄𝒄 은 부록 III에 정의된 건조환경에 노출되는 경우에는 280이고, 그 외의 환경에 노출되는 경우에는 210이다. 𝑪𝒄 는 인장철근이나 긴장재의 표면과 콘크리트 표면 사이의 최소 두께이다. 철근이 하나만 배치된 경우에는 인장연단의 폭을 𝒔 로 하며, 𝒇𝒔는 사용하중 상태에서 인장연단에서 가장 가까이에 위치한 철근의 응력이다. 다만, 간단한 방법으로 균열을 검증 하고자 할 때는 𝒇𝒔는 𝒇𝒚의 2/3를 근사적으로 사용할 수 있다.
• 보의 높이 h가 900mm를 초과할 경우, 보의 양쪽 측면에 h/2의 높이까지 종방향 표피철근 (longitudinal skin reinforcement)를 배치하여야 한다.
예제 8-1, 8-2 : 교재 참조
