9급 공무원 토목설계/서론

굵은 골재의 최대치수

굵은 골재의 최대 공칭치수는 다음 값을 초과해선 안 된다.

거푸집 양 측면 사이 최소거리의 1/5
슬래브 두께의 1/3
개별 철근, 다발철근, 긴장재 또는 덕트 사이 최소 순간격의 3/4

최대치수 제한하는 이유는 철근을 적절히 감싸주고 콘크리트가 허니콤(Honey Comb)모양의 공극을 최소화하기 위해.

콘크리트 공시체

압축강도용 공시체는 φ150×300mm를 기준으로 하되, φ100×200mm 공시체를 사용할 경우 강도보정계수 0.97을 쓴다.
조강 콘크리트는 재령 28일 압축강도를 표준으로 함.
보통 콘크리트의 휨강도는 압축강도의 1/5 - 1/7정도
콘크리트 포장에서는 재령 28일 휨강도를 적용.
콘크리트 부착강도는 인발 시험(pull out test)으로 평가.

콘크리트 강도의 종류

설계기준압축강도

f_ck란? 부재설계 시 기준으로 하는 28일 압축강도

평균압축강도

$f_{cu}=f_{ck}+\Delta f$

f_{ck}\leq 40MPa

이면

\Delta f=4MPa

f_{ck}\geq 60MPa

이면

\Delta f=6MPa

이 사이는 직선 보간. f_ck=50MPa 이면 대충

\Delta f=5MPa

배합강도

배합강도 f_cr이란? 배합을 정할 때 목표로 하는 28일 압축강도

♣♣♣

30회 이상 시험기록이 있을 때

$f_{ck}\leq 35MPa$	둘 중 큰 값	$f_{cr}=f_{ck}+1.34s$
		$f_{cr}=(f_{ck}-3.5)+2.33s$
$f_{ck}>35MPa$	둘 중 큰 값	$f_{cr}=f_{ck}+1.34s$
		$f_{cr}=0.9f_{ck}+2.33s$

15회 이상 30회 미만의 시험기록이 있을 때

표준편차에 다음 보정계수를 곱해서 표준편차를 정한다.(중간 시험횟수는 선형보간해서 F 구함)

시험 횟수	F
15	1.16
20	1.08
25	1.03
30 이상	1.00

만약 15회 미만의 시험이 진행되었으면 위에서 말한 두 개의 식 대신 다음 식을 통해 배합강도를 구한다.(단위 : MPa)

설계강도 f_ck	배합강도 f_cr
< 21	f_ck + 7.0
21 - 35	f_ck + 8.5
> 35	1.1f_ck + 5.0

쪼갬인장강도

= 할렬강도(Splitting strength, f_sp) = ${\frac {2P}{\pi Ld}}$

f_sp는 f_ck의 8-10% 정도임.

휨인장강도

= 파괴계수 f_r = ${\frac {M}{I}}y={\frac {{\frac {F}{2}}\times {\frac {L}{3}}}{\frac {bd^{3}}{12}}}\times {\frac {d}{2}}={\frac {FL}{bd^{2}}}$

또는 $f_{r}=0.63\lambda {\sqrt {f_{ck}}}$

탄성계수

$E_{c}=8500{\sqrt[{3}]{f_{cu}}}$

탄성계수비

$n={\frac {E_{s}}{E_{c}}}$

경량 콘크리트

경량 콘크리트 계수

f_sp가 규정되어 있는 경우 $\lambda ={\frac {f_{sp}}{0.56{\sqrt {f_{ck}}}}}\leq 1.0$
f_sp가 규정되어 있지 않은 경우 λ
- 전경량 콘크리트 0.75
- 모래 경량 콘크리트 0.85
- 보통 중량 콘크리트 1.0

여기서 f_sp는 쪼갬 인장강도

콘크리트 배합설계

콘크리트 배합비를 결정하는 데 권장하는 방법은 현장경험이나 실험실의 시험배합 방법이다.
콘크리트의 배합과정 기본 단계
- 표준편차 결정
- 소요평균강도 결정
- 통상적인 시험배합이나 적당한 경험기록을 이용하기
이전의 현장경험 또는 시험배합 자료가 없을 때에는 물-시멘트비에 의한 방법으로 허가를 얻어 사용 가능.

순서

배합강도 결정
물시멘트비 결정
굵은골재 최대치수 결정
슬럼프 결정
잔골재율 결정
단위수량 결정
단위 시멘트량 결정
단위 잔골재량 결정
단위 굵은골재량 결정
단위 혼화재료량 결정
시방배합 결정
현장배합 결정

시방배합표

단위량(kg/m³)
물 W	시멘트 C	잔골재 S	굵은골재 G	혼화재료
물 W	시멘트 C	잔골재 S	굵은골재 G	혼화재	혼화제

레디믹스트콘크리트

주문자가 콘크리트 강도를 검사하기 위한 시험은 반죽된 콘크리트 120m³ 당 1회를 원칙으로 함.^[1]

콘크리트 체적변화

건조수축

물시멘트비가 클수록 건조수축량 커짐
시간 경과할수록 건조수축량은 점점 작아짐
철근이 건조수축에 저항하기 때문에 철근량이 많을수록 건조수축량 작아짐.
건조수축으로 콘크리트는 인장응력, 철근은 압축응력을 받음.
건조수축은 상재하중과 무관.
단위 시멘트량 많을수록 건조수축 큼.
온도가 상승함에 따라 수축에 미치는 영향은 온도가 올라가기 전에 콘크리트의 함수상태, 온도증가 후의 수분손실 등에 따라 크게 변한다.
콘크리트 건조수축은 물시멘트비와 시멘트량이 감소할수록 수축도 감소한다.
습도가 크면 건조수축 변형률은 감소.

크리프

♣♣♣

크리프 : 일정한 응력을 장시간 받았을 때 시간 경과에 따라 변형이 증가하는 현상.
탄성한도 내에서 크리프 변형률은 작용 응력에 비례하고 탄성계수에 반비례
콘크리트 크리프는 물시멘트비와 시멘트량이 감소할수록, 수화율이 증가할수록 감소한다.
콘크리트 크리프는 재령보다 해당 재령에서 수화율에 더 큰 영향을 받는다.
콘크리트 재령이 클수록 크리프 변형률의 증가비율이 감소된다.
압축강도가 클수록 작다.
온도가 높아지면 크리프가 커진다.
습도가 높을수록 크리프는 작아진다.
단면 치수가 작을수록 크리프 변형률은 증가
다짐이 불충분하면 크리프 변형률은 증가.
크리프계수 C_u

옥내	옥외	수중
3.0	2.0	1.0 이하

$\epsilon _{creep}=C_{u}\cdot \epsilon _{i}=C_{u}{\frac {f_{c}}{E_{c}}}$

ε_i : 탄성변형률

철근

배력철근 : 사용이유는 주철근을 조립하고 응력을 분산시키려고. 부가 효과 : 주철근 간격 유지. 콘크리트 건조수축, 온도변화에 의한 수축 감소시킴. 특히 이런 목적으로 배근하는 철근을 수축 및 온도철근이라 함.
현장치기 콘크리트 공사에서 나선철근 지름은 10mm 이상
나선철근 정착은 나선철근 끝에서 추가로 1.5회전 더 확보해야 함.
나선철근은 확대기초판 또는 기초슬래브 윗면에서 그 위에 지지된 부재의 최하단 수평철근까지 연장되어야 함.

철근의 간격

동일 평면에서 평행한 철근 사이 수평순간격은 25mm 이상, 철근 공칭지름 이상, 굵은골재 최대치수 이상^[2]
보의 주철근을 2단 이상 배치할 경우 연직 순간격 25mm 이상
기둥 축방향 철근 순간격은 40mm 이상, 철근 공칭지름의 1.5배 이상. 굵은골재 최대치수의 4/3배 이상.
슬래브 정, 부모멘트 철근 중심간격은 위험단면에서는 슬래브 두께의 2배 이하, 300mm 이하. 기타 단면에서는 슬래브 두께의 3배 이하, 450mm 이하.
나선철근의 순간격은 25mm 이상, 75mm 이하.
벽체 또는 슬래브에서 휨 주철근 간격은 벽체나 슬래브 두께의 3배 이하, 450mm 이하. 콘크리트 장선구조는 제외.
콘크리트 압축강도가 27MPa 이하인 경우, 부재단에서 프리텐셔닝 긴장재 중심간격은 강선의 경우 5d_b, 강연선은 4d_b 이상이어야 한다.
철근을 다발로 사용할 때는 이형철근이어야 하고, 개수는 4개 이하.
각 철근 다발의 철근단은 철근 모두를 받침부에서 끝나게 하지 않는다면 적어도 철근 지름의 40배 길이로 서로 엇갈리게 끝내야 한다.

철근의 피복두께

띠철근 기둥에서 피복두께는 띠철근 표면으로부터 콘크리트 표면까지 최단거리
수직스터럽이 있는 보에서 피복두께는 스터럽 바깥면에서 콘크리트 표면까지 최단거리
나선철근 기둥에서 피복두께는 나선철근 바깥면에서 콘크리트 표면까지 최단거리

현장치기 콘크리트 피복두께

♣♣♣ 전단철근 직경 기준으로 하는 듯...?


종류			피복 두께 (mm)
수중에서 타설하는 콘크리트			100
흙에 접하여 콘크리트를 친 후 영구히 흙에 묻혀 있는 콘크리트			75
흙에 접하거나 옥외의 공기에 직접 노출되는 콘크리트	♣♣♣D29 이상		60
	♣♣♣D25 이하		50
	♣♣♣D16 이하		40
옥외의 공기나 흙에 직접 접하지 않는 콘크리트	슬래브, 벽체, 강선	D35 초과	40
	슬래브, 벽체, 강선	D35 이하	20
	보, 기둥 ( $f_{ck}\geq 40MPa$ 이면 10mm 저감 가능)		40
	쉘(Shell), 절판 부재		20

(KDS 14 20 50 :2018 콘크리트구조 철근상세 설계기준 4.3 최소피복두께)

특수환경에 노출되는 콘크리트 피복두께

현장치기 콘크리트 D16 이하 철근을 사용한 벽체, 슬래브 : 50mm
현장치기 콘크리트 기타 : 80mm
프리캐스트 콘크리트 벽체 슬래브 : 40mm
현장치기 콘크리트 중 수중에서 타설하는 콘크리트 : 100mm

각주

↑ KCS 14 20 10 :2022 일반콘크리트 3.5.3.2 압축강도에 의한 콘크리트의 품질검사
↑ KDS 14 20 50 :2018 콘크리트구조 철근상세 설계기준 4.2.2 간격제한

[1] KCS 14 20 10 :2022 일반콘크리트 3.5.3.2 압축강도에 의한 콘크리트의 품질검사

[2] KDS 14 20 50 :2018 콘크리트구조 철근상세 설계기준 4.2.2 간격제한

[1]

[2]