안녕하세요. 이승훈님
아래의 내용을 참조하시기 바랍니다.
1. 철근콘크리트의 재료특성
철근콘크리트 구조체를 이루는 주요재료는 콘크리트와 철근으로 콘크리트는 압축에 강하나 인장에는 약하며 구조용 강재나 철근은 인장과 압축에 모두 강하나 압축력에 대해서는 부재의 세장성으로 좌굴의 우려가 있어 인장력 저항에 보다 유리하기 때문에 이 두 재료를 결합하여 취약점들이 서로 보완되어 구조성능을 높일 수 있다.
가. 콘크리트의 구성재료
시멘트와 물이 혼합된 시멘트페이스트에 골재가 결합된 것으로 혼합된 물과 시멘트 사이에 수화반응을 하면서 골재와 강한 접착력을 나타내어 구조재료를 형성하게 된다.
나. 콘크리트의 압축강도
콘크리트의 압축응력은 공시체에 작용하는 압축력을 공시체의 가압면적으로 나눈 값으로 정의되며, 파괴될 때까지의 최대응력을 압축강도로 하고 있다. 공시체의 제작 공시체는 지름의 두 배 높이를 가진 원주형으로 하되 굵은 골재의 최대 치수가 50mm 이하인 경우 - 지름 15, 높이 30cm (표준공시체) 현장 또는 실험실에서는 지름 10, 높이 20cm 의 공시체도 많이 사용된다.
이 경우 표준공시체에 비하여 압축강도가 약 3 % 더 높게 나타나는 것으로 알려져 있다.
압축강도시험은 가력할 경우 충격을 주지 않으면서 1.5 - 3.5 kg/cm^2 의 속도로 연속적으로 가력하여야 한다.
가력속도는 압축강도에 크게 영향을 끼치는데 매우빠른 속도로 가력하면, 더 높게 강도가 나타나나 가력을 천천히 하는 경우 크리프 현상에 의하여 강도가 낮아지는 것으로 연구되어 있다.
따라서 2분 정도의 짧은 시간에 측정한 압축강도를 장기강도로 하는 경우, 강도설계법에서는 강도를 설계압축강도의 85 % 로 하고 있다.
압축변형률은 압축력 작용방향의 변형을 공시체의 표점거리로 나눈 값으로 한다.
다. 콘크리트의 탄성계수
응력-변형률 곡선에서 초기 선형상태의 기울기를 초기접선탄성계수(Initial Tangent Modulus), 임의의 응력상태를 잇는 직선의 기울기를 할선탄성계수(Secant Modulus)라 하며
0.5 fck 또는 0.25 fck 에 대한 할선탄성계수를 콘크리트의 탄성계수 Ec 로 하고 있다.
콘크리트의 탄성계수는 콘크리트의 무게와 강도의 함수로 나타낼 수 있으며,
설계기준에서는 압축강도 fck <= 300, 단위중량 1.45 - 2.5 t / m^3 의 범위에서
Ec = 4270 w^1.5 sqr(fck) kg / cm^2
압축강도 fck > 300, 단위중량 1.45 - 2.5 t / m^3 의 범위에서
Ec = 3000 w^1.5 sqr(fck) + 70000 kg / cm^2
위식은 골재의 무게만 고려되어 있고, 골재의 강도는 무시되어 있기 때문에 실험결과와 비교해 산포도가 큰 편이나, 응력해석에서 큰 오차없이 사용되고 있다.
라. 철근의 탄성계수
탄성범위안에서의 응력-변형률 곡선의 기울기로 철근의 강도에 관계없이
Es = 2.0 x 10^6 kg / cm^2
참고문헌:철근콘크리트구조설계 - 김상식 - 2판 문운당
2. 강구조의 특성
강구조는 구조재로 널리 사용되는 철근콘크리트 구조에 비교하여 강재라는 구조재료적 특성과 조립구조법이라는 특성에서 많은 장점을 갖고 있다. 그러나 건물의 용도 규모 형태별로, 또한 특수한 여건 등에 따라 달라질 수 있으므로 장점을 극대화하고 단점을 대비할 필요가 있다. 강구조의 장단점은 다음과 같다.
(1) 장점
가) 고강도(high strength)이다.
단위중량에 비해 고강도임으로 구조체의 경량화에 의해 고층구조 및 장스팬구조에 적합하다.
나) 인성(ductility)이 커서 소성변형능력이 우수하다.
강재는 많은 양의 변형에너지를 흡수할 수 있는 연성을 갖고 있다. 따라서 강구조는 부분적으로 항복응력에 도달하더라도 파괴되지 않고 탄성한도에 도달했을 때의 하중보다 큰하중을 지지할 수 있으며, 취성파괴의 위험이 적어 안전성이 높은 구조이다. 또한 강재는 인성이 커서 철근콘크리트보다 큰 내진성 및 내충격성을 갖고 있다.
다) 재료가 균질하다.
강재는 공장생산되어 재료의 균질성이 매우 좋으므로 설계의 신뢰성이 높고 구조이론을 쉽게 적용할 수 있다.
라) 공사기간이 빠르다.
건식공법으로 전전후 공사가 가능하고, 공장에서의 제작작업과 현장에서 조립작업으로 시공효률이 매우 높으며, 철근콘크리트구조부분과 분리작업이 가능하여 공기를 단축시킨다.
마) 기존건축물의 증축, 보수가 용이하다.
강구조의 용도변경, 구조체의 열화 등에 따른 보수, 보강 및 증개축이 용이하다.
바) 품질관리가 용이하다.
현장공사 위주의 철근콘크리트구조는 기능인력의 숙련도 및 수준, 자재의 선택 등에 따라 품질저하 및 하자발생의 우려가 있으나, 강재는 재료의 균질성이 있어 공사시 품질의 신뢰성을 높일 수 있다.
사) 환경친화적인 재료이다.
파쇄기 또는 폭파해체에 의한 노후된 철근콘크리트구조물의 철거는 소음과 분진 등을 발생시키고, 이에 따른 폐기물은 환경을 오염시킨다. 그러나 강재는 건축자재로써 우수한 기능과 훌륭한 조형미를 제공할 뿐만아니라 강구조물의 해체후에는 재활용도가 매우 높아 환경친화적인 재료로 각광을 받고 있다.
아) 하이테크 건축재료이다.
(2) 단점
가) 내화성이 낮다.
강재는 고온에 대하여 취약성을 갖고 있어 300℃이상에서는 인장강도가 크게 저하되므로 내화설계에 의한 내화피복을 해야 한다. 내화성능을 향상시키기 위하여 합금첨가에 의해 약 600℃정도까지도 고강도를 유지하여 내화피복사용을 크게 감소시킬 수 있는 내화강이 개발되었다.
나) 유지관리가 필요하다.
건축물 외관의 미적요소로 사용된 강재 또는 교량의 경우에는 공기중에 노출되어 유지관리가 필수적이다. 그러나 새로운 도장기술과 무도장 내후성강을 사용함으로써 유지관리비용을 절감할 수 있다.
다) 좌굴의 영향이 크다.
강재는 강도가 크기 때문에 자연히 부재의 단면이 얇아지게 되고 세장하게 되어 압축재나 휨재는 좌굴의 위험성이 높다. 이를 방지하기 위한 보강이 필요하여 비경제적인 경우가 있다.
라) 처짐 및 진동을 고려해야 한다.
마) 접합부의 신중한 설계와 용접부의 검사가 필요하다.
바) 응력반복에 따른 피로에 의해 강도저하가 심하다.
강구조는 많은 장점을 갖고 있는 구조형식이나 충격적인 실패가 강교에서 발생했었다. 1879년 영국 스코트란드에 건설된 테이교가 바람에 의한 횡하중의 무시와 재료의 결함에 의해 붕괴되었으며, 1940년 미국 워싱톤주에 세워진 당시 세계 세번째로 긴 현수교(853m)였던 타코마 내로우교가 바람에 의한 동적효과에 의해 단지 19m/sec의 풍속에서 비틀림붕괴를 일으켰다. 우리나라에서도 1994년 11월 성수대교 붕괴사고와 1998년 부실시공된 당산철교의 철거가 큰 교훈을 주고 있다.
그럼 다음에 또 뵙겠습니다.
┼ 철근콘크리트와 강재의 재료적 특성??: 이승훈(heartto@daum.net) ┼
┼ 초보토목인 입니다. 철근콘크리트와 강재의 재료적 특성을 알고 싶으서요 상세하게 갈켜 주시면 고맙구여 아시는 분 있으시면 좀 주세용 부탁드립니데이!! 좋은 하루 보내세요 ┼
아래의 내용을 참조하시기 바랍니다.
1. 철근콘크리트의 재료특성
철근콘크리트 구조체를 이루는 주요재료는 콘크리트와 철근으로 콘크리트는 압축에 강하나 인장에는 약하며 구조용 강재나 철근은 인장과 압축에 모두 강하나 압축력에 대해서는 부재의 세장성으로 좌굴의 우려가 있어 인장력 저항에 보다 유리하기 때문에 이 두 재료를 결합하여 취약점들이 서로 보완되어 구조성능을 높일 수 있다.
가. 콘크리트의 구성재료
시멘트와 물이 혼합된 시멘트페이스트에 골재가 결합된 것으로 혼합된 물과 시멘트 사이에 수화반응을 하면서 골재와 강한 접착력을 나타내어 구조재료를 형성하게 된다.
나. 콘크리트의 압축강도
콘크리트의 압축응력은 공시체에 작용하는 압축력을 공시체의 가압면적으로 나눈 값으로 정의되며, 파괴될 때까지의 최대응력을 압축강도로 하고 있다. 공시체의 제작 공시체는 지름의 두 배 높이를 가진 원주형으로 하되 굵은 골재의 최대 치수가 50mm 이하인 경우 - 지름 15, 높이 30cm (표준공시체) 현장 또는 실험실에서는 지름 10, 높이 20cm 의 공시체도 많이 사용된다.
이 경우 표준공시체에 비하여 압축강도가 약 3 % 더 높게 나타나는 것으로 알려져 있다.
압축강도시험은 가력할 경우 충격을 주지 않으면서 1.5 - 3.5 kg/cm^2 의 속도로 연속적으로 가력하여야 한다.
가력속도는 압축강도에 크게 영향을 끼치는데 매우빠른 속도로 가력하면, 더 높게 강도가 나타나나 가력을 천천히 하는 경우 크리프 현상에 의하여 강도가 낮아지는 것으로 연구되어 있다.
따라서 2분 정도의 짧은 시간에 측정한 압축강도를 장기강도로 하는 경우, 강도설계법에서는 강도를 설계압축강도의 85 % 로 하고 있다.
압축변형률은 압축력 작용방향의 변형을 공시체의 표점거리로 나눈 값으로 한다.
다. 콘크리트의 탄성계수
응력-변형률 곡선에서 초기 선형상태의 기울기를 초기접선탄성계수(Initial Tangent Modulus), 임의의 응력상태를 잇는 직선의 기울기를 할선탄성계수(Secant Modulus)라 하며
0.5 fck 또는 0.25 fck 에 대한 할선탄성계수를 콘크리트의 탄성계수 Ec 로 하고 있다.
콘크리트의 탄성계수는 콘크리트의 무게와 강도의 함수로 나타낼 수 있으며,
설계기준에서는 압축강도 fck <= 300, 단위중량 1.45 - 2.5 t / m^3 의 범위에서
Ec = 4270 w^1.5 sqr(fck) kg / cm^2
압축강도 fck > 300, 단위중량 1.45 - 2.5 t / m^3 의 범위에서
Ec = 3000 w^1.5 sqr(fck) + 70000 kg / cm^2
위식은 골재의 무게만 고려되어 있고, 골재의 강도는 무시되어 있기 때문에 실험결과와 비교해 산포도가 큰 편이나, 응력해석에서 큰 오차없이 사용되고 있다.
라. 철근의 탄성계수
탄성범위안에서의 응력-변형률 곡선의 기울기로 철근의 강도에 관계없이
Es = 2.0 x 10^6 kg / cm^2
참고문헌:철근콘크리트구조설계 - 김상식 - 2판 문운당
2. 강구조의 특성
강구조는 구조재로 널리 사용되는 철근콘크리트 구조에 비교하여 강재라는 구조재료적 특성과 조립구조법이라는 특성에서 많은 장점을 갖고 있다. 그러나 건물의 용도 규모 형태별로, 또한 특수한 여건 등에 따라 달라질 수 있으므로 장점을 극대화하고 단점을 대비할 필요가 있다. 강구조의 장단점은 다음과 같다.
(1) 장점
가) 고강도(high strength)이다.
단위중량에 비해 고강도임으로 구조체의 경량화에 의해 고층구조 및 장스팬구조에 적합하다.
나) 인성(ductility)이 커서 소성변형능력이 우수하다.
강재는 많은 양의 변형에너지를 흡수할 수 있는 연성을 갖고 있다. 따라서 강구조는 부분적으로 항복응력에 도달하더라도 파괴되지 않고 탄성한도에 도달했을 때의 하중보다 큰하중을 지지할 수 있으며, 취성파괴의 위험이 적어 안전성이 높은 구조이다. 또한 강재는 인성이 커서 철근콘크리트보다 큰 내진성 및 내충격성을 갖고 있다.
다) 재료가 균질하다.
강재는 공장생산되어 재료의 균질성이 매우 좋으므로 설계의 신뢰성이 높고 구조이론을 쉽게 적용할 수 있다.
라) 공사기간이 빠르다.
건식공법으로 전전후 공사가 가능하고, 공장에서의 제작작업과 현장에서 조립작업으로 시공효률이 매우 높으며, 철근콘크리트구조부분과 분리작업이 가능하여 공기를 단축시킨다.
마) 기존건축물의 증축, 보수가 용이하다.
강구조의 용도변경, 구조체의 열화 등에 따른 보수, 보강 및 증개축이 용이하다.
바) 품질관리가 용이하다.
현장공사 위주의 철근콘크리트구조는 기능인력의 숙련도 및 수준, 자재의 선택 등에 따라 품질저하 및 하자발생의 우려가 있으나, 강재는 재료의 균질성이 있어 공사시 품질의 신뢰성을 높일 수 있다.
사) 환경친화적인 재료이다.
파쇄기 또는 폭파해체에 의한 노후된 철근콘크리트구조물의 철거는 소음과 분진 등을 발생시키고, 이에 따른 폐기물은 환경을 오염시킨다. 그러나 강재는 건축자재로써 우수한 기능과 훌륭한 조형미를 제공할 뿐만아니라 강구조물의 해체후에는 재활용도가 매우 높아 환경친화적인 재료로 각광을 받고 있다.
아) 하이테크 건축재료이다.
(2) 단점
가) 내화성이 낮다.
강재는 고온에 대하여 취약성을 갖고 있어 300℃이상에서는 인장강도가 크게 저하되므로 내화설계에 의한 내화피복을 해야 한다. 내화성능을 향상시키기 위하여 합금첨가에 의해 약 600℃정도까지도 고강도를 유지하여 내화피복사용을 크게 감소시킬 수 있는 내화강이 개발되었다.
나) 유지관리가 필요하다.
건축물 외관의 미적요소로 사용된 강재 또는 교량의 경우에는 공기중에 노출되어 유지관리가 필수적이다. 그러나 새로운 도장기술과 무도장 내후성강을 사용함으로써 유지관리비용을 절감할 수 있다.
다) 좌굴의 영향이 크다.
강재는 강도가 크기 때문에 자연히 부재의 단면이 얇아지게 되고 세장하게 되어 압축재나 휨재는 좌굴의 위험성이 높다. 이를 방지하기 위한 보강이 필요하여 비경제적인 경우가 있다.
라) 처짐 및 진동을 고려해야 한다.
마) 접합부의 신중한 설계와 용접부의 검사가 필요하다.
바) 응력반복에 따른 피로에 의해 강도저하가 심하다.
강구조는 많은 장점을 갖고 있는 구조형식이나 충격적인 실패가 강교에서 발생했었다. 1879년 영국 스코트란드에 건설된 테이교가 바람에 의한 횡하중의 무시와 재료의 결함에 의해 붕괴되었으며, 1940년 미국 워싱톤주에 세워진 당시 세계 세번째로 긴 현수교(853m)였던 타코마 내로우교가 바람에 의한 동적효과에 의해 단지 19m/sec의 풍속에서 비틀림붕괴를 일으켰다. 우리나라에서도 1994년 11월 성수대교 붕괴사고와 1998년 부실시공된 당산철교의 철거가 큰 교훈을 주고 있다.
그럼 다음에 또 뵙겠습니다.
┼ 철근콘크리트와 강재의 재료적 특성??: 이승훈(heartto@daum.net) ┼
┼ 초보토목인 입니다. 철근콘크리트와 강재의 재료적 특성을 알고 싶으서요 상세하게 갈켜 주시면 고맙구여 아시는 분 있으시면 좀 주세용 부탁드립니데이!! 좋은 하루 보내세요 ┼
