건축구조 - 철근의 정착과 이음

철근의 정착과 이음

개요

• 철근콘크리트 부재 : 철근과 콘크리트가 일체화되어 부재강도를 발휘
• 철근과 콘크리트는 이종재료 : 일체화를 이루기 위해서는 완전한 부착이 필요

부착작용의 역할

휨을 받는 철근콘크리트 보 : 압축응력 - 콘크리트가 저항, 인장응력 - 인장철근이 저항

인장응력을 철근에 전달하는 작용 - 부착력

• 부착응력 : 철근과 철근을 둘러싼 주위 콘크리트사이의 전단응력
• 부착응력을 초과시 부착파괴가 일어나는데 강도설계법에서는 부착파괴가 발생하기 전에 철근이 항복되는 것을 전제로 하고 있다.
• 고강도 철근의 사용 : 부착 거동이 중요한 설계오소 중에 하나로 작용함

 

 

 

 

부착의 기본

휨에 의한 부착응력

(1) 평균 부착응력

dT = dM/jd, dT = (πdb)u * dx

평균 부착응력 / 부착응력의 분포 / 보의 휨균열에 의한 철근 인장력의 변화

 

쪼갬부착파괴의 유형

• 폭이 좁은 보
• 폭이 넓은 보
• 조밀하게 배근된 보

정착길이

부착강도와 정착길이 

• 콘크리트에 묻혀 있는 철근의 부착응력은 길이에 따라 일정치 않으므로 설계기준에서는 부착응력보다 정착길이 개념이 채택되고 있다.
• 정착길이(Development length): 콘크리트에 묻힌 철근이 뽑히거나 미끄러지지 않고 철근의 인장항복에 이르기까지 응력을 발휘할 수 있는 최소묻힘 길이 l 

철근의 장착

콘트리트에 묻힌 철근의 인장강도 = Ab fy

Abfy = ua *id * π * db
πdb2 / 4 *fy = ua * id * π * db
id  = dbfy / 4ua 

ua : 보의 부착파괴시 극한 부착응력의 평균값이며, 쪼갬 부착파괴시 부착강도는 쪼갬 인장 강도와 관련을 가지고 있어 Ua는 콘크리트 압축강도의 제곱근에 비례한다.

 

 

 

 

철근의 크기와 강도, 콘크리트의 압축강도 등 모든 철근콘크리트 부재가 공통으로 가지고 있는 요소들에 의하여 정하여지는 정착길이를 의미하며, 이를 기본 정착길이 (l db)라고 한다. 기본 정착길이에 이 보정계수를 곱한 것을 철근의 정착길이로 한다.

 

인장을 받는 이형철근의 정착길이

• 인장을 받는 이형철근의 정착길이를 산정하는 방법은 식에 의거하여 기본정착길이 l db에 보정계수를 곱하여 계산되는 값 중 큰 값으로 하되 최소 30cm 이상이어야 한다.

 

철근의 정착과 이음

• α, β, r, λ, Ktr은 다음에 의해 결정된다.
• 1 α : 수평철근의 위치계수
  상부근 (30cm 두께 이상의 콘크리트가 정착철근 아래에 타설된 경우) : 1.3 기타철근 : 1.0
• 2 β : 에폭시 도막계수 : (단 αβ ≤ 1.7)
  3 db미만의 피복 또는 6 db미만의 순 간격으로 배근된 에폭시 도막철근 또는 철선 : 1.5
• 기타 에폭시 도막철근 또는 철선 : 1.2 도막되지 않은 순수철근 : 1.0
• 3 r : 철근 또는 철선의 크기 계수 D19 이하의 철근, 이형철선 : 0.8 D22 이상의 철근 : 1.0
• 4 경량 콘크리트 계수 ㅅ(기준 3.4.4)

• fsp가 주어지지 않은 경우  λ=0.75 : 전경량콘크리트 , λ=0.85 : 모래경량콘크리트
• fsp가 주어진 경우 λ fsp/0.56 루트fck < 1.0

 

 

 

 

Ku : 횡방향 철근지수 Ku = Atr fyt / 10.7sn

• Atr:잠재 쪼갬균열 예상면을 가로지르는 횡방향철근의 전체 단면적
• fyt : 횡방향철근의 설계기준 항복강도
• s : l d 구간내에 있는 횡방향철근의 최대 중심간격
• n: 쪼갬면을 따라 정착되거나 이어지는 철근 또는 철선의 수

 

• 횡방향철근이 배근된 간략한 설계시 Ktr = 0 으로 할 수 있다.
• fck >= 70MPa인 경우 콘크리트의 부착강도가 비례하여 증가하지 않으므로 루트fck <= 8.4MPa로 제한한다.
• c : 철근간격 또는 피복두께에 관련된 치수
• 철근중심에서 피복표면까지의 최단거리
• 정착철근, 철선의 중심간 배근간격의 1/2중 작은 값