3. 설계방법 (Design Method) 철콘강의록 3 - 설계방법 3.1 설계방법의종류 종류허용응력설계법강도설계법극한상태설계법 약칭 ASD, WSD USD, LFD LSD, LRFD Limit State Design Allowable Stress Design Ult

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사희 명
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1 3. 설계방법 (Design Method) 3.1 설계방법의종류 종류허용응력설계법강도설계법극한상태설계법 약칭 ASD, WSD USD, LFD LSD, LRFD Limit State Design Allowable Stress Design Ultimate Strength Design 영문명칭 Load and Resistance Factor Working Stress Design Load Factor Design Design 응력한계선형 ( 비례 ) 탄성응력극한응력극한응력 해석기법선형해석비선형해석비선형해석 변형률분포선형선형 (0.003) 선형 응력분포선형비선형비선형 안전율허용응력강도감소계수와하중계수부분안전계수 적용시기 공통?~ 현재 1960 년대초반 ~ 현재 1983 년부터국내적용 1996 년 ASD 는부록편 콘크리트인장강도무시 1970 년초반 ( 영국 )~ 현재 국내는 1996 년도 도로교표준시방서부록편 보의파괴시까지의거동 - 1 -

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3 보의휨거동 하중 응력 처짐 변형률 허용응력설계법 강도설계법 - 3 -

4 1. 허용응력설계법 (ASD, WSD) - 현행설계기준 (1999년에제정되고 2003년에개정 ) 에서별도설계법 (Alternative Design Method) 으로부록편에수록되어있다. - 강도설계법에대해보완적인설계법이며, 사용성검토등에사용된다. 1) 기본개념 ; 철근콘크리트를탄성체로가정하여탄성이론으로계산한응력이허용응력이하가되도록하는것즉, ( ) ; 콘크리트 안전율 : 2.5 ( ) ; 철근 안전율 : 2.0 2) 해석상의가정 1 베르누이의가정 평면보존의법칙 : 휨을받기전에평면인단면은변형된후에도평면유지 2 Hooke의법칙 : 압축응력은변형률에비례한다. 3 나비에의가정 : 응력은중립축으로부터의거리에비례한다 ( 단계Ⅱ ) 4 변형률은중립축으로부터거리에비례 5 콘크리트의휨인장응력은무시 6 콘크리트의탄성계수는일정한값 3) 탄성계수비 - ( 가장가까운정수사용 ) where, 환산단면적 - 기사책 66~67 참조 - 4 -

5 콘크리트의허용응력 ( 콘크리트구조설계기준 ) 응력부재또는조건허용응력 (MPa) 휨압축휨부재 전단 보, 1방향슬래프확대기초 전단철근이없이콘크리트가부담하는전단응력콘크리트와전단철근이부담하는전단응력 2방향슬래브확대기초 콘크리트가부담하는전단응력 지압 전면적에재하된경우 부분적으로재하될때 휨인장무근의확대기초와벽체 여기서, : 집중하중또는집중반력을받는면적의긴변의짧은변에대한비 : 제 11 장확대기초편참조 철근의허용응력 ( 콘크리트구조설계기준 ) 철근의종류또는조건 허용응력 (MPa) SD SD SD 지간이 4m 미만의 1방향슬래브에배근된지름 10 mm 이하의철근 - 5 -

2. 강도설계법 (USD) or 하중계수설계법 (LFD) 1) 기본개념 ; 철근콘크리트를소성체로보고소성이론에의해그부재의계수강도를알아내어안정성을확보하는설계법즉, ( ) where, : 공칭휨강도, : 설계휨강도, : 계수강도, : 고정하중에의한모멘트, : 활하중에의한모멘트 2) 해석상의가정 1 압축측연단에서콘크리트의최대변형률 : 0.

6 2. 강도설계법 (USD) or 하중계수설계법 (LFD) 1) 기본개념 ; 철근콘크리트를소성체로보고소성이론에의해그부재의계수강도를알아내어안정성을확보하는설계법즉, ( ) where, : 공칭휨강도, : 설계휨강도, : 계수강도, : 고정하중에의한모멘트, : 활하중에의한모멘트 2) 해석상의가정 1 압축측연단에서콘크리트의최대변형률 : 항복강도 이하 : 철근응력은변형률의 배 (Hooke's law, 선형탄성이론 ) 항복강도 이상 : 철근응력은변형률과관계없이일정한응력 유지 (Elastic perfect plastic) 3 철근및콘크리트의변형률은중립축으로부터의거리에비례 4 응력은변형률에비례하지않는다 5 콘크리트의휨인장응력은무시 6 콘크리트의압축응력은 로균등하고, 이응력이 까지등분포한다고가정 (Whitney의등가직사각형응력분포 ) for for 3) 안전성확보 - 강도감소계수 (Strength reduction factor ) : 예기치못한결함발생확률을고려하여공칭휨강도 을적당히감소시켜사용 ( 휨부재 : 0.85) - 하중계수 (Load factor) : 사용하중 ( 실제하중 ) 이아닌계수하중사용 - 6 -

7 강도감소계수 의값 (2007년콘크리트구조설계기준 ) 부재, 단면또는하중 ( 단면력 ) 의종류 강도감소계수 () 인장지배단면 0.85 나선철근부재 0.70 압축지배단면 그이외의부재 0.65 변화구간단면 (0.65~0.85) 교재참조 전단력과비틀림모멘트 0.75 콘크리트의지압력 0.65 무근콘크리트 ) 압축지배단면 - 콘크리트 철 근 압축지배변형률한계 표 where, : 압축측연단의콘크리트변형률 - 취성파괴 - 압축부재 : 최외단인장철근의순인장변형률 ( 크리프, 건조수축, 온도변화, 프리스트레스등에의한변형률을제외한변형률 ) 2) 인장지배단면 - 콘크리트 철 - 연성파괴 - 휨부재 근 인장지배변형률한계 MP a 3) 변화구간 ( 전이구간 ) - - 그림 5-3 4) 최소허용인장변형률 - m in for MPa t m in for MPa - 연성파괴를확보하기위한것 (2003 년설계기준에서는 m ax ) - 표

8 3. 한계상태설계법 (LSD : Limit State Design, 영국 ) 또는 하중 - 저항계수설계법 (LRFD : Load and Resistance Factor Design, 미국 ) 1) 기본개념 - 구조물에작용하는하중과재료의실제값은어떤형태의분포를가지는확률량이다. - 따라서하중작용및재료강도의변동을고려하여확률론적으로구조물의안전성을평가하는것이가장이상적이설계법이다. - 한계상태설계법은안전성의척도를구조물이파괴될확률 ( 파괴확률 ) 또는신뢰성이론에의해구조물이파괴되지않을확률 ( 신뢰성 ) 로나타내는설계법이다. - 즉, 구조물이한계상태로되는확률을구조물의모든부재에대하여일정한값이되도록하려는설계법 - 사용목적에부적합한한계상태에도달되는확률을허용한도이하로설계 가장혹독한한계상태에대해설계 2) 한계상태 - 구조물의기능과안정성을상실하게되는순간의상태 1 극한한계상태 (Ultimate Limit State) : 구조물또는부재가파괴또는파괴에가까운상태가되어기능을상실한상태 2 사용한계상태 (Serviceability Limit State) : 처짐, 균열, 진동등이과대하여정상적인사용상태의필요조건을만족하지않게된상태 3 피로한계상태 (Fatigue Linit State) : 반복하중에의해철근이파단하거나콘크리트가압괴되는피로파괴가발생하는상태 파괴확률과신뢰성이론에근거하여적용하나자료부족으로부분안전계수적용 ( 영국 BS8110, CEB-FIP Model Code, Eurocode(EC 2), 1996년도로교시방서부록편 ) - 8 -

9 4. 각설계법의비교 설계법 가정조건 장단점 장점 ASD - 설계간편변형률 : 중립축으로부터거리에비례단점콘크리트탄성계수일정 - 부재강도계산난해콘크리트휨인장응력무시 - 파괴에대한두재료안전도일정치않음 - 하중종류별영향 : 설계에미고려 변형률 : 중립축으로부터거리에비례콘크리트압축연단변형률 (0.003) 장점 - 파괴에대한안전성확보 USD 항복응력이상철근응력 : 일정 ( 항복응력 ) - 하중계수에의한하중특성고려압축응력 : 응력분포다각형가정단점 압축응력 = 설계기준강도의 85% 콘크리트휨인장응력무시 - 상이한재료특성고려난해 - 사용성확보검토별도로필요 LSD 장점확률론 : 하중과강도계산 - 하중과재료에대한부분안전계수사용파괴확률 : 구조물의파괴확률계산 - 극한상태검토구조물안정성확보신뢰론 : 구조물의안정성평가 - 사용한계검토사용상안전성확보 파괴확률 : 구조물이파괴될확률 신뢰성이론 : 구조물이파괴되지않을확률 파괴? Yield, Fracture, Buckling, Failure, Collapse Mechanism - 9 -

<INPUT DATA & RESULT / 전단벽 > NUM NAME tw Lw Hw 철근 위치 Pu Mu Vu RESULT (mm) (mm) (mm) 방향 개수 직경 간격 (kn) (kn-m)

<INPUT DATA & RESULT / 전단벽 > NUM NAME tw Lw Hw 철근 위치 Pu Mu Vu RESULT (mm) (mm) (mm) 방향 개수 직경 간격 (kn) (kn-m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 NUM NAME tw Lw Hw 철근 위치 Pu Mu Vu RESULT (mm) (mm) (mm) 방향 개수 직경 간격 (kn) (kn-m) (kn) 휨 전단 축력 종합 1 2W1 300 3400 4500 수직 2EA- D13 @150