큰 콘크리트 피복을 가진 단면의 균열 폭 검토

EN 1992-1-1, 7.3.4절에 따른 균열 폭 계산을 위해서는 유효 인장 영역의 깊이 h_c,eff와 철근비 ρ_c,eff를 산정해야 합니다. 깊이 h_c,eff는 다음 식에 따라 결정됩니다:

단면이 휨 모멘트와 압축 축력을 동시에 받으면서 큰 철근 피복이 설계된 경우가 있습니다. 이러한 상황은 주로 교량 하부구조, 교각 등에서 발생합니다. 이 경우, 큰 콘크리트 피복으로 인해 유효 인장 영역의 깊이가 0이 됩니다:

인장 영역에서 철근이 발견되지 않아 유로코드 방법론을 적용할 수 없었습니다. 인장 영역에 철근이 없으면 균열 폭 검토도 불가능합니다. 그러나 엔지니어는 이 검토를 수행해야 합니다. 엔지니어의 요구와 규정 요건을 모두 충족하기 위해 어떻게 대처했을까요?

지난 네 번의 릴리스에 걸쳐 균열 폭 검토에 여러 개선 사항이 적용되었으므로, 이러한 특정 개선 사항들을 다시 살펴보고 최신 내용을 소개하겠습니다.

버전 20.0 및 이전 버전

버전 20.0까지는 A_c,eff 영역에 철근이 없는 경우, 콘크리트와 철근의 상대 변형률 차이를 계산하기 위해 식 (7.3.4)의 우변을 사용하는 방식으로 해결하였습니다:

여기서 가장 많이 인장된 철근의 응력이 대입되었습니다.

최대 균열 간격은 식 7.14에 따라 계산되었습니다, 즉:

인장 영역에 철근이 없는 문제가 발생한 경우, 위에서 언급한 우회 방법이 적용되었습니다.

버전 20.1

버전 20.0 및 이전 버전에서 사용된 계산 방법은 인장 코드 모델(콘크리트에 매입된 철근)의 기본 가정을 충족하지 않으므로, 버전 20.0 및 이전 버전에서 구현된 우회 방법을 사용하지 않기로 결정하였습니다. 철근이 인장 영역 밖에 있는 경우, 사용자에게 다음과 같은 부적합 사항이 경고로 표시되었습니다:

단면의 인장 영역에서 인장 철근이 발견되지 않았습니다. 따라서 인장 철근을 결정할 수 없으며, 7.3.4절에 따른 균열 폭을 계산할 수 없습니다.

버전 21.0

버전 20.1과의 유일한 변경 사항은 계산 가능한 모든 값을 표시하기 시작했으며, 동시에 장면에서 콘크리트의 유효 인장 영역을 표시하기 시작했다는 점입니다. 이를 통해 사용자는 모든 철근이 A_c,eff 영역 밖에 있음을 확인할 수 있습니다. 철근을 매입 철근으로 간주하려면 철근의 무게 중심이 인장 영역 내에 있어야 합니다. 동시에 다음과 같은 부적합 사항이 표시되었습니다:

단면의 인장 영역에서 인장 철근이 발견되지 않았습니다. 따라서 인장 철근을 결정할 수 없으며, 7.3.4절에 따른 균열 폭을 계산할 수 없습니다.

버전 21.1

유효 인장 영역을 결정할 때, 각 균열 폭 계산 경우에 대해 다음과 같이 계산이 수행됩니다:

• 1단계 – 일반 계산이 수행되며, 높이 h_c,ef는 다음과 같이 결정됩니다:

• 2단계 – 유효 깊이 h_c,eff가 너무 작아 모든 철근이 이 영역 밖에 위치하는 경우, 깊이는 3단계에서 설명된 방법으로 결정됩니다.
• 3단계 – 임계 조건을 제외한 h_c,eff 계산은 다음과 같이 결정됩니다:

동시에 다음과 같은 부적합 사항이 표시됩니다:

깊이 h_c,eff의 철근 또는 프리스트레싱 텐던을 둘러싸는 인장 콘크리트의 유효 면적으로, h_c,eff는 2.5(h – d) 또는 h/2 중 작은 값입니다. (h – x)/3 값을 고려하는 경우, 철근이 콘크리트 인장 유효 면적 밖에 있으므로 7.3.4절에 따른 균열 폭 계산이 불가능합니다.

이 개선 사항은 버전 21.0의 패치, 즉 21.0.4에서 이미 릴리스되었음을 참고하시기 바랍니다.

이 개선 사항은 규정의 제한에도 불구하고 IDEA StatiCa RCS에서 균열 계산 결과의 일관성을 높이는 데 기여할 것입니다.

큰 콘크리트 피복을 가진 철근 콘크리트 단면의 균열 폭 검토는 IDEA StatiCa의 Concrete Expert, Concrete Enhanced, Prestressing Expert 및 Prestressing Enhanced 에디션에서 사용 가능합니다.