보, 휨부재 설계시 전단위험단면 을 정리했습니다. 보 부재 설계 시, 전단위험단면은 반드시 고려해야 합니다. 전단강도이 부족한 경우, 분쇄파괴로 이어지기 때문에 유의해야 하는데요, 전단위험단면은 하중 위치, 응력 상태에 따라 다릅니다.
보 전단위험단면 고려시, 전단위험단면 정의, 보강방법, 파괴위험, 유효깊이 고려하는 이유, 예외조건 등에 대해 상세히 정리했습니다. 보 전단위험단면에 대한 충분한 내용을 다뤘으니 확인하시고 도움되시기를 바랍니다.
< 목차 >
1️⃣ 전단위험단면이란 (이유, 보강, 방법)
2️⃣ 계수전단위험단면 (위치, 이유, 목적)
3️⃣ 전단위험단면 예외조건 4가지
전단위험단면이란
철근 콘크리트 부재 설계시, 부재 단면 중 전단하중이 가장 크게 발생하여 파괴에 취약한 단면을 전단위험단면이라고 한다. 전단위험단면 목적, 보강방법에 대해 정리하였다.
1) 전단위험단면을 고려하는 이유
전단파괴는 다른 파괴(휨, 축방향 파괴)와 다르게 갑자기 파괴되는 특징이 있다. 이런 특징을 취성적 파괴라고 한다. 취성파괴시 전조증상이 거의 발생하지 않고 파괴로 이어지기 때문에, 설계시 반드시 전단위험단면을 고려한다.
2) 전단위험단면 보강하는 방법
철근 콘크리트 부재의 경우, 크게 두가지 방법이 있다. 콘크리트 강도 및 두께를 키우거나 전단철근을 보강하여 전단하중에 저항할 수 있는 강도를 키운다.
단, 보 부재의 경우 콘크리트 강도로 전단강도를 키울 수 있는 한계가 있고 콘크리트 강도가 충분하더라도 최소전단철근이 필요한 경우가 있어, 전단철근보강을 하는 경우가 많다.
보 부재 계수전단 위험단면
일반적인 철근 콘크리트 보의 전단위험단면은 보의 유효깊이 거리를 이용하여 구할 수 있다. 단, 보에 작용하는 하중의 위치에 따라 예외사항도 있으므로 주의가 필요하다
1) 전단위험단면 위치
보가 기둥과 닫는 면으로부터 보의 유효깊이 d 만큼 떨어진 거리가 전단위험단면이 된다. 이때 보에 발생하는 최대 계수전단력은 전단위험단면에 발생하는 계수전단력이 되겠다. 만약, 보와 기둥 사이에 받침부가 별도로 있다면, 보 받침부 단부에서 유효깊이 d 만큼 떨어진 거리가 전단위험단면이다.
보 유효깊이 d 는 보 깊이 h 에서 콘크리트 피복 두께를 뺀 값인데, d 값 선정이 모호한 경우 0.9h 값으로 취해도 무리가 없다.
2) 유효깊이 d만큼 떨어진 거리가 전단위험단면이 되는 이유
전단위험단면이 받침부 상단이 되지 않고, 받침부 면에서 유효깊이 d만큼 떨어진 거리가 되는 이유가 무엇일까, 그 이유는 받침부로부터 유효깊이 이내에 작용하는 하중은 압축장이 형성되어 받침부로 전달되는데, 이 압축력이 전단하중을 상쇄시키는 역할을 하기 때문이다.
단, 전단위험단면 예외조건을 반드시 확인하고 받침부 단면에 고려해야할 사항인지 짚고 넘거가야한다.
3) 전단위험단면의 전단력도 SFD 확인
유효깊이만큼 들어간 전단위험단면의 전단력도를 그려보면 아래와 같다. 최대 계수전단력 구하는 방법과 발생 위치를 확인할 수 있다.
전단위험단면 예외조건
전단위험단면 예외조건에 해당하는 경우, 위와 같이 보 유효단면 깊이 거리만큼 떨어진 거리가 아니라 안쪽면까지 고려해주어야 한다. 전단위험단면은 붉은색 점선으로 표기하였고, 예외사항들은 아래와 같다.
1) 보가 인장부재와 연결되어 있는 경우
보와 연결된 부재가 인장부재로 인장응력이 발생하는 경우, 연결된 보의 전단위험단면은 인장부재와 닿는 면까지 고려해주어야 한다
2) 집중하중이 보의 유효깊이 이내에 작용하는 경우
집중하중이 보와 받침부 사이에 발생하고 그 거리가 유효깊이 이내인 경우, 전단위험단면의 위치를 받침부 면까지 고려해주어야 한다. 말뚝머리판 부재의 경우도 이에 해당된다.
3) 외부 하중이 부재 윗면에 작용하지 않는 경우
외부 하중이 보 상단이 아니라 아래쪽에 작용하거나 아래의 인장 플랜지에 하중이 작용하는 경우, 전단위험단면은 받침부 면으로 지정해야 한다.
4) 프리스트레스 콘크리트의 경우
프리스트레스의 경우, 전단위험단면을 보의 유효깊이 d가 아닌 보의 깊이 h/2으로 고려하여 선정한다
이유는 프리스트레스 보는 프리스트레스력과 외력의 변화로 유효깊이가 변하기 때문이다.
이상으로 보부재의 전단위험단면에 대해 정리해봤습니다. 전단은 분쇄파괴, 취성파괴로 이어질 수 있는 위험이 있으니 주의가 필요합니다. 도움이 되셨기를 바랍니다. 감사합니다.