개념 한 쪽
철근콘크리트와 프리스트레스트콘크리트는 서로 다른 원리로 힘을 견딘다. 철근콘크리트는 두 재료의 부착과 물성 차이를 전제로 성립하고, 프리스트레스트콘크리트는 미리 가한 압축으로 균열을 억제한다. 각 구조의 해석 가정과 장단점을 구분해 두어야 한다.
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출제기준 단원 「일반 사항」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 해석 기본가정 판별 | 1 | 역학적 해석 가정 가운데 성립하지 않는 항목 가리기 |
| 프리스트레스트 장단점 판별 | 1 | 프리스트레스트콘크리트의 장점과 조건부 특성 구분하기 |
| 구조 부재 정의 판별 | 1 | 주각의 정의와 분류 기준을 다른 부재와 구분하기 |
철근콘크리트의 역학적 해석에는 기본 가정이 따른다. 철근과 콘크리트의 변형률이 같다는 가설, 하중 전후로 평면이 평면을 유지한다는 가설이 전제가 된다. 다만 콘크리트는 인장에 약해 사용하중 수준에서도 균열이 발생하므로, 균열이 생기지 않는다는 가정은 성립하지 않는다. 설계법에 따라 콘크리트의 응력-변형률 관계를 다르게 잡지만 균열 발생 자체를 부정하지는 않는다.
철근콘크리트가 성립하는 이유는 재료 사이의 부착력, 콘크리트의 철근 부식 방지, 열팽창 계수의 유사성에 있다. 반면 탄성계수는 철근이 약 200,000MPa, 콘크리트가 약 30,000MPa로 크게 다르다. 이 차이는 성립 조건이 아니라 두 재료의 물성 차이로 이해한다.
부착에 영향을 주는 조건도 정해져 있다. 경미한 녹은 부착을 해치지 않고, 이형 철근이 원형 철근보다 부착강도가 크다. 블리딩 때문에 수평철근은 연직철근보다 부착강도가 낮다. 같은 철근비라면 가는 철근을 여러 개 쓰는 쪽이 표면적이 커져 부착에 유리하다.
프리스트레스트콘크리트는 균열 방지로 내구성과 충격 저항을 높이고 경간을 길게 할 수 있다. 다만 강성은 부재 형상과 프리스트레스 도입량에 따라 달라지는 조건부 특성이라 절대적 우위로 보지 않는다. 고강도 강선을 쓰므로 피복두께가 두꺼워지고, 강선이 온도에 민감해 내화성은 일반 철근콘크리트보다 낮을 수 있다. 크리프와 건조수축으로 부재 길이가 줄면 도입한 프리스트레스는 감소한다.
구조 부재의 정의도 구분한다. 주각은 압축 부재로서 높이와 최소 단면 치수의 비가 3 이하인 부재이고, 이 비가 3을 넘으면 기둥으로 분류한다. 보의 전단보강재인 스터럽과 굽힘철근은 전단력이 만드는 사인장 균열을 제어하는 것이 주된 목적이며, 과도하게 배근하면 오히려 취성 파괴를 유발할 수 있어 적정량 설계가 필요하다.
이 개념은 가정과 장단점을 뒤집는 선지를 노린다. 콘크리트에 균열이 생기지 않는다고 하거나, 철근과 콘크리트의 탄성계수가 같다고 하면 틀린다. 프리스트레스트콘크리트의 내화성이 우수하다거나 강성이 절대적으로 크다고 단정하는 설명도 함정이다. 크리프와 건조수축으로 프리스트레스가 증가한다고 하면 인과가 어긋난다. 주각의 높이와 최소 단면 치수 비를 3 초과로 잡거나, 전단철근을 많을수록 좋다고 서술하는 선지도 경계 대상이다.
프리스트레스트 콘크리트 구조의 장점에 대한 설명으로 틀린 것은?
정답 ① · 프리스트레스트 콘크리트 구조의 장점이 아닌 것을 고르는 문제이다. 프리스트레스트 콘크리트는 설계 하중 하에서 인장응력을 미리 압축응력으로 상쇄시켜 균열이 발생하지 않으므로 내구성이 크고, 고강도 재료를 사용해 부재 단면이 작아 경량이며, 하중 제거 시 처짐이 회복되는 복원성이 우수하고 강도와 안전율의 확보가 가능하다.
프리스트레스트 콘크리트는 고강도 강선을 사용하므로 피복두께가 두껍고, 이로 인해 내화성이 일반 철근콘크리트보다 낮을 수 있어 ①은 틀린 설명이다.
PS 콘크리트 구조의 장점이 아닌 것은?
정답 ③ · 프리스트레스(PS) 콘크리트 구조의 장점은 균열 발생을 지연시켜 내구성을 높이고, 경간을 길게 할 수 있으며, 충격하중 등에 대한 저항력이 우수하고 전단면을 유효하게 이용할 수 있다는 점입니다. 하지만 PS 콘크리트는 일반적인 RC 부재에 비해 강성이 크다고 단정 지을 수 없으며, 부재의 변형이나 진동 특성은 프리스트레스 도입량과 단면의 휨 강성(EI)에 의해 결정되는 것이지 단순히 PS라고 해서 항상 강성이 커서 진동이 작아지는 것은 아닙니다.
PS 콘크리트는 균열 지연과 경간 확장에 유리하지만, 강성 증대는 부재 형상과 프리스트레스량에 의존하므로 절대적 장점이 아니다.
다음 중 주각(pedestal)에 대한 설명으로 옳은 것은?
정답 ① · 구조 부재 중 주각의 정의를 묻는 문제이다. 주각은 기초 위에 돌출된 압축부재로서, 높이에 대한 단면의 평균 최소치수의 비율이 3 이하인 부재를 말한다.
주각은 압축 부재로, 높이와 최소 단면 치수의 비가 3 이하인 부재를 지칭하는 구조 용어이다.
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