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구조물을 설계하는데 있어서 여러가지 방법들이 있습니다. 구조물의 설계는 일반적으로 구조 해석과 단면 계산으로 이루어지는데 작용하는 하중에 의해 구조물에 발생되는 응력과 변형을 알아내고 부재단면의 안전은 검토하에 주어진 하중 작용에 대해 안전하고 경제적인 단면을 결정하는 것이 설계의 가장 기본 개념입니다. 탄성 설계법이란 허용 응력 설계법이라고 하는데 종래 방법으로 콘크리트 설계법의 유일한 방법이었습니다. 강도 설계법은 1960년초 초반부터 부재의 파괴에 가까운 상태에 기초를둔 강도 설계법이 있습니다.
1. 허용응력설계법이란
허용응력설계법은(allowable stress design, service load design) 탄성해석에서 작용하중에 의한 부재 거동은 각 하중을 개별적으로 작용시켜 그 효과를 합친 것과 같은 중첩원리가 성립되므로 그 중 가장 불리한 응력상태가 정하여진 허용응력을 넘지 않게 부재단면을 선정하는 방법입니다. 이 범위 안에는 재료가 탄성거동을 하는 것으로 볼 수 있어서 탄성거동에 기초하여 부재를 설계합니다. 허용응력설계법은 부재가 파괴가 일어날 때까지 안전에 대한 여유치를 제대로 평가하는 것이 어렵습니다.
2. 허용응력설계법의 특징
허용응력설계법은 부재의 강도를 알 수 없으며 파괴에 대한 두 재료의 안전도를 일정하게 하기가 곤란합니다. 또한 각 하중이 미치는 서로 다른 영향을 구별해서 반영하기는 어렵습니다. 또한 콘크리트의 경우는 복합체로 균질하지 못하며 크리프와 건조수축의 영향을 받고 응력이 생기기 전에 미세균열이 콘크리트 내에 존재하며 하중작용시 응력-변형률 곡선은 실제로 선형이 아니며, 콘크리트와 철근의 부착이 완전하지 않고 부분적인 미끄러짐이 있기에 실용적인 방법이 되기는 어렵습니다. 허용응력설계법을 사용하는 탄성역에서의 구조거동에 관련되어 있어 검토에는 허용응력설계법이 사용되고 있습니다.
3. 허용 응력 설계법에서의 가정
1) 변형은 중립축에서부터 거리에 비례합니다.
2) 콘크리트의 탄성계수는 정수입니다.
3) 콘크리트의 휨 인장응력은 무시합니다.
4. 강도설계법이란
철근 콘크리트 부재가 파괴 상태 또는 파괴에 가까운 상태에 기초를 두며 그 때의 부재 강도를 극한 강도라 하고 구조체 부재가 안전하기위해서 강도 결함을 고려한 감소 계수와 작용 하중은 초과 하중을 고려한 하중 계수를 접해 설계하는 것을 강도 설계법이라고 합니다.
5. 강도설계법의 특징
강도설계법을 이용하는 경우 파괴에 대한 안전도의 확보가 확실합니다. 또한 하중계수를 이용해 각 하중의 특징을 반영할 수 있습니다. 하지만 서로 다른 재료의 특성을 반영하기 어려우며 사용성에 대해선 별도의 검토가 필요합니다. 특히나강도설계법에 의해서 설계된 부재는 처짐, 균열, 그리고 피로거동 등 사용성(serviceability)에 관한 검토를 반드시 하도록 규정하고 있다.
6. 강도설계법에서 가정
1) 철근 및 콘크리트 변형률은 중립축으로부터 거리에 비례합니다.
2) 압축측 연단에서 콘크리트 최대 변형률은 0.003으로 가정합니다.
3) 항복 강도이하에서 철근의 응력은 그 변형률의 Es배로 봅니다.
4) 콘크리트 인장 강도는 휨계산에서 무시합니다.
5) 콘크리트 압축 응력이 0.85σck 로 균등하고 이 응력이 압축 연단으로부터 a=ki까지 등분포한다고 가정합니다.
