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RCS에서 프리스트레스트 합성 단면 설계

Concrete

RCS

EN (Eurocode)

Composite beam

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IDEA StatiCa RCS 애플리케이션(Beam)은 다양한 유형의 콘크리트 단면에 대한 규정 검토를 수행합니다. 이 문서는 두 가지 서로 다른 콘크리트 등급(두 개의 서로 다른 시공 단계에서 타설)으로 구성된 프리스트레스트 합성 단면의 규정 검토에 초점을 맞춥니다.

새 프로젝트 만들기

먼저, 새 프로젝트를 1D 단계별/프리스트레스트/합성 부재로 설정하는 것이 필요합니다.

설계 부재

단면 형상과 철근 배치를 정의한 후, 시공 단계 탭에서 타임라인을 정의합니다. 시공 중 모든 중요한 시점(예: 프리캐스트 빔 단면의 첫 번째 부분 타설, 프리스트레싱, 합성 슬래브 단면의 두 번째 부분 타설, 추가 고정 하중, 설계 공용 수명 시점 등)이 정의됩니다. 정의된 시공 단계는 하중 단계 탭에 자동으로 반영됩니다.

하중 단계

합성 단면의 규정 검토 관점에서 하중 단계 탭이 가장 중요합니다. 시간 의존 해석(TDA)으로 계산된 단면의 초기 응력 상태를 정의하는 것이 중요한데, 두 가지 서로 다른 콘크리트 사이의 경계면에서 응력의 불연속성(변형률 평면의 이동)이 한계 상태에서의 파괴 메커니즘을 결정할 수 있기 때문입니다.

단면의 초기 상태

합성 단면의 초기 상태는 "단면 구성 요소의 효과" 표에서 설정합니다. 초기 상태를 정의하는 두 가지 옵션을 선택할 수 있습니다 – 내력과 변형률 평면. 제3자 소프트웨어(Midas, SCIA 등)로 계산된 TDA에서 얻은 내력을 정의하는 것이 훨씬 더 간편합니다.

"단면 구성 요소의 효과" 표에는 다음의 합산으로 나타낸 내력이 포함됩니다:

고려된 시공 단계에서 작용하는 모든 영구 하중
프리스트레싱의 총 효과(부착 및 비부착 내부 텐던의 1차 및 2차 효과, 외부 텐던의 1차 및 2차 효과)
레올로지(크리프, 건조 수축)

대부분의 제3자 소프트웨어(Midas, SCIA 등)는 합성 단면의 각 부분에 대한 내력을 해당 단면 부분의 무게 중심을 기준으로 나타냅니다(예: 프리캐스트 빔의 휨 모멘트는 프리캐스트 빔의 무게 중심 C_g,1을 기준으로 함). RCS 애플리케이션은 내력을 실제 단면의 무게 중심(리본의 "실제" 버튼) 또는 최종 합성 단면의 무게 중심 C_g,i(리본의 "전체" 버튼)를 기준으로 나타냅니다. 제3자 소프트웨어에서 얻은 내력을 RCS로 변환하는 것은 다음 공식에 따라 수행할 수 있습니다:

\[N_{i}^{T} = N_{i}\]

\[M_{i}^{T} = M_{i}-N_{i}\times e_{i}\]

N_i^T . . . . 이상화된 최종 합성 단면의 무게 중심으로 변환된 합성 단면의 해당 부분에서의 축력

M_i^T . . . . 이상화된 최종 합성 단면의 무게 중심으로 변환된 합성 단면의 해당 부분에서의 휨 모멘트

N_i. . . . 해당 단면 부분의 무게 중심을 기준으로 한 합성 단면의 해당 부분에서의 축력

M_i . . . . 해당 단면 부분의 무게 중심을 기준으로 한 합성 단면의 해당 부분에서의 휨 모멘트

참고: 내력을 재계산할 때 아래 그림에 제시된 부호 규약을 유지하는 것이 중요합니다.

C_g,i . . . . 이상화된 합성 단면의 무게 중심(E_cm(28) 적용)

C_g,1 . . . . 1번 부분의 무게 중심 – 프리캐스트 빔(밝은 회색 부분)

C_g,2 . . . . 2번 부분의 무게 중심 – 합성 슬래브(어두운 회색 부분)

e_y,1 . . . . C_g,1에서 C_g,i까지의 거리

e_y,2 . . . . C_g,2에서 C_g,i까지의 거리

e_p . . . . 프리스트레싱 철근의 무게 중심에서 C_g,i까지의 거리

내력 N1, My,1, N2 및 My,2는 제3자 소프트웨어에서 모델링된 합성 구조에 수직 방향으로 하중이 작용하는 경우에 대해 얻어집니다. RCS 앱에 내력을 올바르게 입력하기 위해서는 다음과 같이 재계산을 수행해야 합니다:

1번 부분 (프리캐스트 빔)

\[N_{1}^{T} = N_{1}\]

\[M_{y}^{T},_{1} = M_{y},_{1}-N_{1}\times e_{y},_{1}\]

N₁^T . . . . 이상화된 최종 합성 단면의 무게 중심 C_g,I으로 변환된 프리캐스트 빔의 축력(압축력의 경우 음수 값)

M_y,1^T . . . 이상화된 최종 합성 단면의 무게 중심 C_g,i으로 변환된 프리캐스트 빔의 휨 모멘트

N₁. . . . 프리캐스트 빔의 무게 중심 C_g,1을 기준으로 한 프리캐스트 빔의 축력

M_y,1 . . . 프리캐스트 빔의 무게 중심 C_g,1을 기준으로 한 프리캐스트 빔의 휨 모멘트

e_y,1 . . . . 이상화된 최종 합성 단면의 무게 중심 C_g,i로부터 프리캐스트 빔의 무게 중심 C_g,1까지의 거리(이 경우 편심의 음수 값 적용)

2번 부분 (합성 슬래브)

\[N_{2}^{T} = N_{2}\]

\[M_{y}^{T},_{2} = M_{y},_{2}-N_{2}\times e_{y},_{2}\]

N₂^T . . . . 이상화된 최종 합성 단면의 무게 중심 C_g,i으로 변환된 합성 슬래브의 축력

M_y,2^T . . . 이상화된 최종 합성 단면의 무게 중심 C_g,i으로 변환된 합성 슬래브의 휨 모멘트

N₂. . . . 합성 슬래브의 무게 중심 C_g,2를 기준으로 한 합성 슬래브의 축력

M_y,2 . . . 합성 슬래브의 무게 중심 C_g,2를 기준으로 한 합성 슬래브의 휨 모멘트

e_y,2 . . . . 이상화된 최종 합성 단면의 무게 중심 C_g,i로부터 합성 슬래브의 무게 중심 C_g,2까지의 거리(이 경우 편심의 양수 값 적용)

이 변환을 통해 합성 단면의 총 내력을 결정할 수 있습니다.

\[N=N_{1}^{T}+N_{2}^{T}\]

\[M_{y}=M_{y}^{T},_{1}+M_{y}^{T},_{2}\]

참고: 수평 방향으로 작용하는 내력의 변환 과정은 위에서 설명한 것과 동일합니다.

철근의 응력

다음으로 중요한 단계는 철근 및 프리스트레싱 텐던의 초기 응력을 결정하는 것입니다. RCS 애플리케이션은 철근의 응력을 자동으로 계산할 수 있으므로, "구성 요소 초기값 기반" 설정을 유지하는 것을 권장합니다.

프리스트레싱 철근이 설계된 경우, 모든 기존 시공 단계에 대해 각 텐던의 응력을 정의해야 합니다(2장 참조). RCS 애플리케이션은 TDA로 계산된 장기 손실 후 텐던의 응력 값("장기 손실 후 응력") 또는 단기 및 장기 손실의 추정값("프리스트레싱 손실 추정")을 정의할 수 있습니다.

프리스트레싱의 총 효과

RCS 애플리케이션은 두 가지 유형의 프리스트레싱 효과를 인식합니다 – 프리스트레싱의 1차 및 2차 효과. 두 유형 모두 최종 합성 단면에 작용하는 것으로 가정합니다. 프리스트레싱 효과는 장기 프리스트레싱 손실을 반영하기 위해 각 시공 단계별로 정의됩니다. 프리스트레싱의 1차 효과는 텐던 특성(단면 내 위치, 텐던 면적, 고려된 시공 단계에서의 텐던 응력)에 따라 자동으로 계산됩니다. 10일 시점에서 1차 프리스트레싱으로 인한 내력은 다음과 같이 계산됩니다:

\[N_{p}^{P},_{10}=A_{p}\times \sigma_{p},_{10}\]

\[M_{p}^{P},_{10}=A_{p}\times \sigma_{p},_{10}\times e_{p}\]

N_p,10^P . . . 고려된 시점(10일)에서 부착 프리스트레싱 철근의 1차 효과로 인한 단면의 축력

M_p,10^P . . . 고려된 시점(10일)에서 부착 프리스트레싱 철근의 1차 효과로 인한 단면의 휨 모멘트

A_p . . . . 부착 프리스트레싱 철근의 면적

σ_p,10 . . . 고려된 시점(10일)에서 프리스트레싱 철근의 응력

e_p . . . . 프리스트레싱 철근의 무게 중심에서 이상화된 최종 합성 단면의 무게 중심 C_g,i까지의 거리

2차 프리스트레싱 효과는 사용자가 항상 직접 정의합니다. 표에 정의된 내력은 다음으로 구성됩니다:

비부착 또는 외부 프리스트레싱 철근의 총 효과(사용자가 전체 계산 모델에서 이 철근 유형을 정의한 경우).

위에 표시된 표에서 정의된 1차 및 2차 효과의 합산은 "내력" 섹션의 표에 자동으로 복사됩니다. 잘못된 결과를 방지하기 위해 프리스트레싱을 신중하고 정확하게 정의하는 것이 필요합니다.

내력

합성 단면의 올바른 규정 검토를 위해 몇 가지 마지막 단계를 수행해야 합니다. "단면"에서 규정 검토를 수행해야 하는 각 시점에 대해 "극값"을 정의하는 것이 필요합니다. 정의된 극값의 시점은 "시공 단계"(2장)에서 정의된 시점과 일치해야 합니다. 그러면 단면의 초기 상태 계산을 위한 올바른 내력 값이 "하중 단계" 탭에서 가져와집니다.