깊은 보의 표피 철근

안녕하세요. 윈트입니다.

오늘은 깊은 보의 표피철근에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

깊은 보의 표피 철근 (Skin Reinforcement for Deep Beams)

 실험 결과뿐만 아니라 현장에서도 깊은 보의 중간 높이에서의 최대 균열폭은 균열이 시작되는 인장 연단의 균열폭의 2배에서 3배까지 이르는 것으로 관측되었다([그림 1(a)]참고). 이런 균열은 보의 측면에서 보일 뿐만 아니라 보의 내부를 부식시킬 수 있다. 따라서 구조기준 6.3.3(6)(ACI 10.6.7)에서는 복부의 깊이 h가 900mm를 초과하는 깊은 보인 경우엔 보의 측면에 발생하는 균열을 억제하고자 인장영역에 추가적인 종방향 표피 철근(longitudinal skin reinforcement)을 보의 양쪽 측면에 배치하도록 규정하고 있다.

[그림 1] (a) 표피철근이 없는 깊은 보의 측면에서의 균열, (b) 깊은 보의 표피 철근, (c) 변형률도

  표피 철근이 복부 외부 면의 균열폭을 제한하는 목적으로 배치되므로 인장 부분의 h/2구간에서 양면에 고르게 철근을 배치하도록 규정하고 있다. 표피 철근의 간격 s는 [식 1][구조기준 6.3.3(4), ACI 10.6.4]에 따라 결정되며, 순 피복두께 Cc는 표피 철근의 표면에서 부재 측면까지의 최단 거리이다.

[식 1] 철근 간격 제한

 Frosch는 주어진 피복두께에 대해서 표피 철근을 적절한 간격으로 배치하면 측면에 발생하는 균열을 억제할 수 있으며, [식 1]으로 결정되는 표피 철근의 간격이 균열을 억제하는데 충분하다는 것을 보여주었다. Frosch는 또한 표피 철근이 배치되는 간격이 중요하지 굵기는 별로 중요하지 않다는 것을 보여주어서, 구조기준에서는 표피 철근의 굵기에 대해서 특별히 규정하지 않고 있다. 구조기준 해설에서는 일반적으로 표피 철근으로 D10~D16 철근이나 1m 깊이 당 280mm 이상의 단면적을 갖는 용접철망(welded wire reinforcement)을 배치하면 적당하다고 제안하고 있다.

 비록 표피 철근의 주된 역할이 균열의 폭을 제한하고자 하는 것이지만 이 표피 철근의 휨 강도에 대한 기여를 설계에 포함할 수 있도록 하고 있다. 이 계산을 하기 위해서는 단면의 깊이에 따른 휨 변형률의 변화를 고려하여 철근의 응력을 계산해야 한다([그림 1(c)] 참). 프리스트레스트 보에서는 전 단면이 일반적으로 압축응력 상태에 있으므로 표피 철근의 배치가 필요하지 않다.