5.5 사용성 검증

사용성 평가는 응력 제한, 균열 폭 및 처짐 한계에 대해 수행됩니다. 응력은 강도 검토와 유사한 방식으로 ACI 318-19에 따라 콘크리트 및 철근 요소에서 검토됩니다.

응력 제한

사용 하중에서의 허용 콘크리트 압축 응력은 프리스트레스트 부재 Class U 및 T에 대해 검증되어야 합니다. Table R24.5.2.1에 따르면, 균열이 발생한 것으로 가정되는 콘크리트에 대해서는 응력 제한 검토가 필요하지 않습니다. 사용자는 설계 부재 설정에서 프리스트레스트 부재의 등급을 설정해야 합니다.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 53\qquad Prestressed flexural member class selection}}}\]

순간 하중을 받는 부재에 대한 허용 압축 응력은 ACI 318-19 24.5.4.1에 의해 0.6f_c'로 규정됩니다. 0.45f_c'의 압축 응력 한계는 반복 하중에 의한 프리스트레스트 콘크리트 부재의 파괴 확률을 줄이기 위해 설정되었습니다. 이 한계는 또한 과도한 크리프 변형을 방지하기 위해 합리적인 것으로 판단되었습니다. 응력이 높아질수록 크리프 변형률은 적용 응력이 증가함에 따라 더욱 빠르게 증가하는 경향이 있습니다.

압축 상태의 콘크리트 응력은 사용성에 대한 유한요소 해석에서 얻은 최대 주 압축 응력 f_c = σ_c2 와 Table 24.5.4.1에 따라 설정된 한계값의 비율로 평가됩니다.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 54\qquad Concrete compressive stress limits at service loads}}}\]

애플리케이션에서 프리스트레스 + 지속 하중은 장기 조합으로, 프리스트레스 + 전체 하중은 단기 조합으로 처리됩니다.

처짐

선택된 조합 유형(장기 또는 단기)에 따라 장기 또는 단기 처짐이 평가됩니다. 최대 허용 처짐값은 사용자가 결정해야 하며 ACI 138-19 24.2에 따라 고려되어야 합니다. 

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 55\qquad Maximum allowable deflection value}}}\]

애플리케이션에서는 고정 하중 처짐 Δ_DL과 활 하중 처짐 Δ_LL을 별도로 표시할 수 있으며, 변형 형상을 표시하면서 전체 처짐 Δ_Tot (고정+활 하중)도 함께 표시할 수 있습니다.

절단된 단부에서의 처짐은 검토할 수 없습니다.

균열 폭

균열 폭과 균열 방향은 사용성 단기 또는 장기 조합에 대해 계산됩니다. ACI는 균열 폭 한계를 직접 규정하지 않으므로, 사용자가 허용 균열 폭 w_lim을 지정해야 합니다.

검증은 다음과 같이 표시됩니다:

\[\frac{w}{w_{lim}}\]

여기서:

w         유한요소 해석으로 계산된 단기 또는 장기 균열 폭,

w_lim     사용자가 정의한 균열 폭의 한계값.

애플리케이션에서 사용되는 균열 폭 계산 방법은 이 문서에서도 더 자세히 설명되어 있으며, ACI 224R-01에 따릅니다. 따라서 균열 폭의 한계값을 결정하기 위해 ACI 224R-01 Table 4.1을 사용할 수 있습니다.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 56\qquad Reasonable crack widths for reinforced concrete under service load}}}\]

균열 폭을 계산하는 방법에는 두 가지가 있습니다(안정화 균열 및 비안정화 균열). 일반적인 경우(안정화 균열)에서 균열 폭은 철근 1D 요소의 변형률을 적분하여 계산됩니다. 균열 방향은 2D 콘크리트 요소의 적분점 중 주어진 철근 1D 유한요소의 중심에서 가장 가까운 세 개의 적분점으로부터 계산됩니다. 이 균열 방향 계산 방법은 실제 균열 위치와 정확히 일치하지 않을 수 있지만, 철근 위치에서 규정에서 요구하는 균열 폭 값과 비교할 수 있는 균열 폭 결과로 이어지는 대표적인 값을 제공합니다.