제5장 설계: 휨, 전단/비틀림, 합성보

5.1 휨 설계

휨 부재 설계 시 강도설계법(USD)에 따라 다음과 같은 기본 가정을 적용합니다.

사용성(균열 및 처짐)을 검토하는 단계로, 하중계수를 곱하지 않은 사용하중을 적용하여 응력을 계산합니다.

$f_c \le f_{ca}$ (사용상태의 콘크리트 압축응력 제한)
$f_{ps} \le f_{pa}$ (긴장재의 허용응력 제한)

구조물의 안전성을 확보하는 단계로, 계수하중에 의한 소요강도가 설계강도보다 작아야 합니다.

$M_u \le \phi M_n$
($M_u$: 계수모멘트, $\phi$: 강도감소계수, $M_n$: 공칭휨강도)

※ PSC의 경우, 극한 상태에서 긴장재의 응력($f_{ps}$)은 인장강도와 유효프리스트레스의 관계식에 의해 결정됩니다.

사용성을 위해 부재의 처짐을 제한합니다. 특히 PSC 부재는 상향력(Camber)과 하중 하향력을 동시에 고려해야 합니다.

전단 설계는 콘크리트가 부담하는 강도와 전단철근(스터럽)이 부담하는 강도의 합으로 계산합니다.

$V_u \le \phi (V_c + V_s)$
($V_c$: 콘크리트 전단강도, $V_s$: 전단철근 전단강도)

PSC 부재는 프리스트레스에 의한 수직 성분($V_p$)이 전단 저항에 기여하는 점이 일반 RC와 다릅니다.

비틀림 모멘트에 대해서는 폐쇄 스터럽과 종방향 철근이 저항하도록 설계합니다.

$T_u \le \phi T_n$
($T_n = \frac{2 A_o A_t f_{yt}}{s} \cot \theta$)

전단력과 비틀림이 동시에 작용할 때, 단면의 크기는 다음 조건을 만족하여 콘크리트의 압축 파괴를 방지해야 합니다.

$\sqrt{(\frac{V_u}{b_w d})^2 + (\frac{T_u p_h}{1.7 A_{oh}^2})^2} \le \phi (\frac{V_c}{b_w d} + 0.66\sqrt{f_{ck}})$

기성 콘크리트 부재(또는 강재)와 현장타설 콘크리트가 일체로 거동하도록 설계된 보를 의미합니다.

서로 다른 시기에 타설된 접합면에서 발생하는 미끄러짐에 저항하는 힘입니다.

$V_{uh} \le \phi V_{nh}$
(접합면의 소요수평전단강도 $\le$ 설계수평전단강도)

접합면의 거칠기 처리 상태와 전단연결재(Shear Connector)의 양에 따라 강도가 결정됩니다.

합성 단계에 따라 하중 지지 주체를 구분하여 설계합니다.

단계	하중 종류	저항 단면
합성 전	기성 부재 자중, 타설 콘크리트 무게	기성 부재 단면만 저항
합성 후	추가 고정하중, 활하중	합성된 전체 단면(전단면) 저항

※ 본 장의 내용은 KDS 14 20 00 (콘크리트구조 설계기준)을 근거로 작성되었습니다.