콘크리트의 한계상태설계법 두 번째

한편, 전통적 개념의 한계상태설계법을 채택하고 있는 유로코드 등에서는 저항계수(강도감소계수 또는 부분안전계수)를 재료별로 달리 적용하는 방법을 채택하고 있습니다. 즉 유럽연합의 콘크리트 구조기준인 유로코드2에서는 1보다 큰 값의 재료부분안전계수로 설계기준강도를 나누어 단면의 설계강도를 계산하는데, 유럽의 국가별 기준에서 달리 규정하지 않는다면 콘크리트에서는 1.5를 적용하고 철근에는 1.15를 적용하는 것이 기본이라고 합니다. 전통적 개념의 한계상태설계법을 채택하고 있는 도로교설계기준(한계상태설계법)에서는 1보다 작은 값의 재료저항계수를 각 재료의 설계기준강도에 곱하여 단면의 설계강도를 계한하는데, 콘크리트에는 0.65를 적용하고 철근과 프리스트레싱 강재에는 0.90을 적용합니다.

 

이러한 재료계수는 재료별 강도의 분포를 고려한다는 의미도 있지만, 콘크리트구조물에서 목표설계수명 동안 발생할 수 있는 최악의 경우를 대비하는 것으로도 볼 수 있습니다. 즉, 정상적으로 설계되고 시공된 콘크리트구조물이 오랜 기간 동안 노화가 진행되더라도, 콘크리트의 강도는 최소한 설계기준압축강도의 0.65배 이상이 되고, 철근의 부식이 진행되더라도 철근이 받을 수 있는 인장력은 설계기준항복강도와 철근 단면적을 곱한 값의 0.9배 이상이 된다는 의미가 있습니다.

 

 

한편, 초기에 허용응력설계법을 사용하던 미국의 ACI 318코드는 1956년에 강도설계법을 부록에 채택하였고, 1963년에 강도설계법과 허용응력설계법을 모두 기준의 본문에 규정하였으며, 1971년에 강도설계법을 본문에 두고 허용응력설계법을 부록에 수록하였습니다. 강도설계법을 도입한 초창기에는 ACI 318코드에서 강도설계법의 개념에 충실하게 강도만을 중심으로 설계하도록 하였습니다. 그러나 강도설계법의 채택으로 단면이 감소한 설계결과로서, 사용하중 상태에서 균열과 처짐이 과도하게 발생하는 경우가 종종 있었다고 합니다. 따라서 설계에서 기준이 되는 하중상태를 계수하중 뿐만 아니라 사용하중에도 동등한 중요성을 부여하게 되었고, 두 단계하중에 대한 설계를 하도록 규정하게 되었습니다.

 

물론 이러한 두 단계 하중에 대한 설계는 전통적 개념의 한계상태설계법에서도 동일하게 적용되는 것인데, 미국의 구조공학자들에 의해서 구조물의 기능 또는 안정성을 지배하는 어떤 특별한 상태를 한계상태라고 정의하고 이에 대한 성능을 검토하는 개념이 제시되었습니다.

 

즉 한계상태는 구조물이 한계상태를 넘으면 사용목적에 적합하지 않게 된다는 개념입니다. 물론 이러한 개념은 한계상태라는 용어를 명시적으로 규정하지 않은 채 ACI 318코드에서 적용해 오던 것이었지만, 1986년 미국의 강고주설계기준인 AISC-LRFD초판이 발행되면서 명시적으로 한계상태라는 용어를 사용하였으므로, 이를 한계상태설계법이라고 부르는 경우가 생겼습니다. 이러한 개념을 한계상태설계법이라는 동일한 용어로 부르는 경우, 전통적 개념의 한계상태설계법과 혼돈되는 것입니다.

 

 

한계상태는 일반적으로 다음과 같이 구분이 됩니다.

 

1.극한한계상태

구조물 또는 부재가 파괴되는 상태 또는 파괴에 가까운 상태로서, 구조물로서의 기능을 상실하는 상태이며 사용자의 안전을 보장하지 못하는 위험상태입니다. 즉 이 상태는 구조물의 강도와 안전성에 관련된 한계상태인데, 전통적 개념의 한계상태설계법에서는 단면의 변형능력을 고려한 구조물의 최대내력을 대상으로 하고 있으므로, 극한한계상태라고 규정합니다. 그러나 단면의 변형능력을 고려하지 않고 단면의 강도만을 기본 대상으로 하고 있는 강도설계법 또는 하중저항계수설계법에서는 이 한계상태를 강도한계상태라고 부르고 있습니다.

 

2. 사용한계상태

정상적 사용 중에 구조적 기능, 사용자의 편의 구조물의 외관에 관련된 사용요구성능을 만족시키지 못하는 한계상태입니다. 즉, 처짐, 균열, 진동 등이 과대하게 발생해서 정상적으로 사용하기 어려운 상태를 말합니다.

 

3. 피로한계상태

규칙적으로 반복되는 하중에 의하여 부재를 구성하는 강재나 콘크리트가 파괴되는 상태, 즉 피로파괴가 발생하는 상태를 말합니다.