철근의 역학적 성질에 대해

철근의 성질은 항복점과 탄성계수로 대표됩니다. 철근의 항복점은 인장이나 압축이나 거의 동일합니다. 탄성계수는 모든 철근이 거의 비슷한 값을 나타내며 200~220GPa 범위에 있습니다. 설계기준에서는 철근의 탄성계수로 200000MPa로 규정하고 있습니다.

 

철근의 인장시험은 KS B 0802에 따라 실시하며 KS B 0801에 규정된 시험편을 사용합니다. 철근의 응력변형률 곡선의 모양, 특히 처음 부분은 철근콘크리트에 있어서 중요한 의미를 가집니다. 철근의 응력변형률 곡선은 응력과 변형률이 0인 점에서부터 응력과 변형률이 선형으로 비례하는 직선의 모양을 가지며, 항복점에 이른 후에는 응력이 일정한 항복고원이 나타납니다. 철근의 응력 변형률 곡선에서 항복점 이전의 직선부분은 탄성영역이라고 하며, 항복점 이후는 소성영역이라고 합니다. 항복고원 이후에는 변형률의 증가에 따라 응력이 다시 증가하기 시작하는 변형률 경화 현상이 나타납니다. 변형률 경화로 응력이 증가하였다가 최대값인 인장강도에 도달한 후에는 철근이 파단 될 때까지 곡선이 하강합니다.

 

 

철근의 강도가 높을수록 항복고원이 짧아지며, 경우에 따라서는 뚜렷한 항복점이 나타나지 않는 상태에서 변형률 경화에 들어가기도 합니다. 일반적으로 고강도 강은 항복고원을 거의 나타내지 않고, 항복하기 시작한 상태에서 즉시 변형률 경화에 들어갑니다. 또 철근의 강도가 높을수록 항복강도에 대한 인장강도의 비율이 낮아지는 경향이 있습니다. 교량과 같이 하중이 반복적으로 작용하는 구조물은 피로에 의한 손상이 발생할 수 있습니다.

 

금속재료는 반복응력이 작용하는 경우, 극히 미세한 균열인 피로균열이 발생할 수 있습니다. 피로균열은 응력이 집중되는 부분이나 흠이 있는 부분에서 발생하며, 응력의 반복횟수의 증가에 따라 점차적으로 증가하게 됩니다. 이 피로균열에 의한 손상으로 외력에 견딜 수 없을 정도까지 단면이 감소하면 철근이 취성으로 파괴되는 피로파괴가 발생합니다. 철근이 피로를 받게 되는 곳에서는 용접이나 철근 구부리기 등을 하지 않는 것이 좋습니다.

 

 

철근의 표준규격

KS D 3504와 KS D 3688에서는 철근의 종류와 항복점 및 인장강도를 규정하고 있습니다. KS D 3504는 일반 이형철근과 용접용 이형철근에 대한 표준이며, KS D 3688은 내진용 철근인 고성능 이형철근에 대한 표준입니다. KS D 3504와 KS D　3688에는 이형철근의 공칭치수도 표현되어 있습니다. 이밖에도 이형철근의 공칭지름, 공칭 단면적, 공칭둘레는 동일한 길이, 동일한 중량의 원형철근으로 지름, 단면적, 둘레를 환산한 값으로서 설계에 적용되는 값입니다. 강의 비중은 7.85로 보고 있습니다.

 

 

철근 중에는 D10미만의 철근은 실질적으로 생산되고 있지는 않는다고 합니다. D43과 D57은 원자력발전소용으로 제정된 규격으로, 우리나라에서는 원전 외의 일반구조물에서는 자주 사용되지 않습니다. 철근의 공칭지름은 호칭지름과 완전히 일치하지는 않습니다. 예를 들어 D25의 공칭지름은 25.4mm로서 호칭지름은 25mm와 동일하지 않습니다. 이것은 KS표준에 미국의 철근 규격을 반영하였기 때문이라고 합니다. 미국에서는 이형철근의 표준규격을 정할 때 인치 단위로서 지름을 8분율로 증가하도록 하였습니다. 즉 미국의 철근 표준은 철근 지름을 3/8인치, 4/8인치, 5/8인치 등으로 증가하도록 정하고, 분자의 숫자로 철근의 호칭번호를 부여하는 부여체계를 가지고 있다고 합니다.