콘크리트의 한계상태설계법 첫번째

한계상태설계법은 동일하지 않은 두 가지 개념의 설계법을 지칭하는 용어이므로 혼동을 피하기 위해서는 매우 명확한 이해가 필요한 설계법입니다.

 

원래의 한계상태설계법은 유럽의 구조공학자들에 의해 연구되어 1964년에 유럽콘크리트위원회가 추천한 설계법으로, 1972년에는 영구의 콘크리트구조설계기준 BS 8110의 전신인 BSCP-110에 처음 채택되었다고 합니다. 이를 전통적 개념의 한계상태설계법이라고 할 수 있는데, 구조물이 보유하고 있는 궁극적인 파괴거동을 설계에 반영하는 설계법입니다. 예를 들어, 연속보와 같은 부정정구조물은 최대 휨모멘트가 작용하는 위치의 단면이 충분한 소성변형능력을 보유하고 있으면, 그 위치에 작용하는 휨모멘트가 단면의 휨강도에 도달하더라도 구조물이 파괴되지 않고 더 큰 하중을 견딜 수 있습니다.

 

철근콘크리트 단면의 소성변형능력이란 인장철근이 항복한 후 콘크리트가 파괴될 때까지 휨강도를 유지하면서 보이는 회전 변형능력을 의미합니다. 지점의 단면이 충분한 소성변형능력을 가지고 있는 연속보는 그 단면의 인장철근이 항복한 후 단면이 소성힌지로 작용하여, 부정정구조인 연속보가 단순보의 연속인 정정구조로 구조계가 변화하고, 그 단순보의 중앙부 정모멘트로 인하여 단면의 파괴가 발생할 때까지 하중을 더 지지할 수 있게 됩니다. 전통적 개념의 한계상태설계법은 이러한 구조물의 파괴상태, 즉 붕괴상태를 대상으로 설계하는 것입니다.

 

 

이것이 강도설계법과의 차이로서, 강도설계법은 최대 부모멘트 또는 최대 정모멘트가 작용하는 단면들 중 어느 하나라도 공칭강도에 도달하면 그 하중을 파괴하중으로 간주하는데 비해서, 전통적 개념의 한계상태설계법은 구조시스템이 궁극적으로 붕괴되는 상태의 하중을 파괴하중으로 간주하는 차이점이 있습니다. 즉 강도설계법에서의 극한상태는 단면의 파괴를 의미하지만, 전통적 개념의 한계상태설계법에서는 구조시스템의 붕괴를 의미한다고 할 수 있습니다.

 

따라서 강도설계법에서는 구조해석으로 선형탄성 구조해석을 기본으로 하고 있고, 한계상태설계법에서는 비탄성, 비선형 구조해석, 소성해석, 또는 탄성해석 후의 휨모멘트 재분배 기법을 기본으로 하고 있습니다. 그러나 한계상태설계법에서도 모든 구조요소의 설계에 항상 비탄성비선형 구조해석, 소성해석, 또는 탄성해석 후의 휨모멘트 재분배 기법을 적용하는 것은 아니며, 구조물 전체의 안정과 안전을 위하여 연속보나 연속 슬래브에 대해서만 이를 적용하고 있습니다. 골조에서도 연속보나 연속 슬래브에 대해서만 이를 적용하고 기둥에서는 적용하지 않으며, 물론 정정구조물에도 적용하지 않는다고 합니다.

 

 

허용응력설계법에서는 두 가지 해석에 모두 선형탄성해석을 적용하므로, 콘크리트구조물의 실제 거동을 반영한다고는 할 수 없습니다. 강도설계법에서는 단면해석에는 비선형, 비탄성해석을 수행함으로써 콘크리트 구조물의 실제 거동을 반영하고 있지만, 구조해석은 선형탄성해석을 기본해석법으로 하고 있으므로 콘크리트구조물의 실제 거동을 반영한다고 할 수 없습니다.

 

물론 강도설계법을 채택한 근래의 설계기준에서는 비선형, 비탄성해석 또는 탄성해석 후의 휨모멘트 재분배 기법을 수행할 수 있도록 하고 있으나, 실제의 설계에서 이를 수행하는 경우는 많지 않습니다. 전통적 개념의 한계상태 설계법에서는 단면해석과 구조해석에 모두 비탄성, 비선형 구조해석을 기본으로 하고 있으므로, 콘크리트구조물의 실제 거동을 가장 잘 반영한다고 할 수 있습니다.