제 7 장 철근의 정착과 이음 7.1 철근의 세목 올바른 배근은 부재 내의 힘의 흐름을, 특히 단계Ⅱ에서의 힘의 흐름을 정확히 제 7 장 철근의 정착과 이음 7.1 철근의 세목 올바른 배근은 부재 내의 힘의 흐름을, 특히 단계Ⅱ에서의 힘의 흐름을 정확히 알고, 또한 제작상의 실제적인 세목에 따른 제한 사항들을 고려할 때 가능하다. 어려운 배근으로 세공이 힘들어지고 조립에 대한 흥미를 잃게 된다. 공학자는 배근 기술이 부재의 제작과 같이 중요함을 인식해야 한다. ※) 가장 유리한 배근 부재의 주응력선에 따라 배근하고 인장응력의 크기를 대략 인장 단면의 크기에 비례하여 가는 철근을 분배시킨다면, RC 부재의 거동이 가장 유리하게 될 것이다. 이러한 원칙은 단지 쉘이나 두께가 얇은 판구조에서만 지켜진다. 다른 모든 구조에서는 2방향 내지 3방향으로 배근하거나 끝부분 구속에 따른 비용을 줄이기 위해 매우 간단하게 한다.

7.1.1 표준갈고리 standard hook [5.2.1] a) 반원형 갈고리, 180°갈고리 b), c) 및 d) 직각갈고리, 90°갈고리 e) 예각갈고리, 135°갈고리 ※) a), b) : 주철근의 갈고리 c), d), e) : 스터럽과 띠철근의 갈고리 ※) 표 7-1 표준갈고리의 최소 반지름 철근의 지름 최소 반지름 D10~D25 3 D29~D35 4 D38 이상 5 * 철근의 재질을 손상시키지 않을 한도

7.1.2 철근 구부리기[5.2.3] * 철근의 재질에 손상을 주지 않을 것 * 스터럽이나 띠철근의 구부리는 내면 반지름 : * 스터럽이나 띠철근의 구부리는 내면 반지름 : 철근 지름 이상 탈락 (X) (O)

7.1.3 철근의 간격[5.3.2] ※ 주철근의 수평 순간격 : - 25 mm 이상 - 철근 지름 이상 주철근의 수평 순간격 : - 25 mm 이상 - 철근 지름 이상 - 굵은골재 최대치수의 이상 ※ 주철근을 2단 이상으로 배치 : - 연직 순간격 25 mm 이상 - 상.하철근이 동일 연직면 내 ※ 다발로 사용하는 경우 : - 이형철근 - 4개 이하 - 스터럽이나 띠철근으로 둘러싸야 한다.

7.1.4 철근의 피복두께(cover) [5.4] ※ 철근의 부식 방지 ※ 충분한 부착력 ※ 화재에 의한 손상 방지

7.2 부착과 정착 7.2.1 서 론 ★ 부착(附着,bond) : - 철근과 콘크리트의 경계면에서 활동(slip)에 저항하는 것 ① 시멘트 풀과 철근 표면의 교착(膠着)작용 ② 콘크리트와 철근 표면의 마찰작용 ③ 이형철근 표면의 凹凸에 의한 기계적 작용(interlocking) ★ 철근의 정착(碇着, anchorage) 철근이 그 능력을 충분히 발휘하기 위해서 철근의 끝부분이 콘크리트 속에서 빠져나오지 않도록 고정하는 것 ⇒ 대부분 철근과 콘크리트의 부착에 의해서 달성

7.2.2 부착에 영향을 미치는 요인 ① 철근의 표면 상태 ② 콘크리트의 강도 ③ 철근의 묻힌 위치 및 방향 : bleeding으로 인한 水膜이나 空隙 → 수직철근 > 수평철근 상부수평 < 하부수평 ④ 피복두께 ⑤ 다지기

실제 균열 보에서 보강 철근 및 콘크리트의 응력과 부착응력의 분포

7.2.3 휨 부착 휨모멘트의 변화 → 철근의 인장력 변화 → 철근과 콘크리트 경계면에서는 철근의 축방향으로 부착응력 발생; 휨 부착응력(flexural bond stress) → 인장응력의 변화가 큰 곳 : 연속보의 변곡점, 단순보의 지점 등

같은 지름의 철근을 여러 개 사용한 경우는 ★★ WSD에서는 이 식으로 휨 부착을 검사해 왔으나, 이 식은 이론상의 평균 부착응력이지 실제의 정확한 부착응력을 나타내는 것은 아니며, 또 높은 부착응력으로 인한 局部滑動과 인장철근의 정착 기능이 감소 되었을 때 보의 强度와 상관성이 적다는 이유로 SD에서는 사용되지 않고 있다.

7.2.4 정착부착 보의 모멘트 저항 능력은 철근의 단면적 뿐만 아니라 철근의 양 끝을 잡아줄 매입길이(묻힘길이, embedment length)에도 관계된다. ★ 埋入길이 : 철근의 인장력을 부착력으로 지지하는 데 필요한 최소 길이로서 위험 단면을 지나서 주어진 철근의 묻힘 길이 ★ 정착길이(development length) : 위험단면에서 철근의 전 강도를 발휘하는 데 필요한 철근의 묻힘길이, 즉, 철근이 항복할 때까지 활동하는 일 없이 그 기능을 발휘할 수 있는 최소의 매입길이

7.2.5 附着破壞(bond failure) * 할렬(割裂, splitting) 이형철근의 리브의 쐐기 작용 * stirrup의 사용 → 여러 개의 할렬이 일어날 때까지 부착붕괴 지연 * WSD → 휨부착응력과 정착부착에 대하여 검토 SD → 정착부착에 대해서만 검토 ※ 식(7.2)는 정확한 부착응력을 나타내지 않을 뿐 아 니라, 부착파괴의 거동으 로 보아 휨부착파괴보다는 정착부 근처의 할열이 부착파괴에 보다 더 지배적 이다.

전형적인 찢어짐 파괴 형태 (Splitting failure surface)

단순지지 보의 지지점에서의 부착파괴 형상

7.3 철근의 정착 7.3.1 정착방법 [1] 묻힘길이에 의한 정착 : 이형철근에만 적용, 정착길이 확보 [2] 갈고리에 의한 정착 - 표준갈고리(standard hook) - 원형철근에는 반드시 적용 이형철근이라도 부재의 고정지점, 부재의 접합부, 확대기초, cantilever의 고정단과 자유단 등 - 갈고리의 기계적 작용 + 직선부분의 부착 - 지압부의 콘크리트는 밀실하게 타설 - 압축철근에는 효과가 별로 없어 사용하지 않음 [3] 기타의 방법

7.3.2 묻힘길이에 의한 정착 [8.2.2] - 정착길이 확보 - 비용 저렴 원형철근 등은 불가(철근표면상태 에 의한 부착은 매우 작으며, 이는 진동하중으로 없어질 수 있다.)

[1] 인장철근(이형철근)의 정착길이 1) 기본정착길이 × 보정계수 방법 - 갈고리 없이 매입길이만으로 정착시킬 경우 - 300 mm 이상

[2] 압축철근의 정착길이 [8.2.3] - 200 mm 이상 표 7-4 압축철근의 기본정착길이와 보정계수 기 본 정 착 길 이 필요한 양 이상으로 철근을 사용한 경우 지름 6㎜ 이상이고 피치가 100mm이하인 나선철근, 또는 중심간격 100mm 이하로 시방서 조건에 맞는 D13 띠철근으로 둘러싸인 철근 0.75

7.3.3 표준갈고리에 의한 정착 [8.2.5] 부착만으로 철근의 인장력을 전달할 수 없는 경우 또는 필요한 정착길이를 확보할 수 없는 경우 - 는 표준갈고리를 가지는 인장철근의 정착길이 = 기본정착길이 × 보정계수 - 15 cm 이상

갈고리의 거동 90o 갈고리가 인장을 받을 때의 거동을 보여준다. 철근의 응력은 철근 표면의 부착응력과 갈고리 안쪽의 지압력에 의해서 저항된다. 갈고리의 파괴는 대부분 갈고리 안쪽의 지압력이 콘크리트의 압축강도를 초과하여 나타나는 분쇄파괴로 나타난다.

단순지지 점이나 반곡점에서의 철근의 정착 (Anchorage of steel at simple supports and points of inflection) 단순 지지점이나 반곡점(point of inflection, P.I.)을 넘어서 정착되는 인장철근의 끝이 제대로 정착되어 있지 않아 빠지게 되면 보는 갑작스럽게 완전한 파괴가 일어날 수 있다. 이러한 점들에서 비록 모멘트의 크기는 0 이고 철근의 응력은 낮지만, 부착응력이 휨 모멘트의 절대값의 함수가 아니고 휨 모멘트의 변화에 대한 함수이므로 부착응력은 상대적으로 클 수도 있다. 모멘트의 변화는 전단력에 관련되어 있고, 전단력은 단순지지 보에서 지점에서 최대이고, 종종 반곡점에서 큰 값을 보인다. 기준 8.5.2에서는 이러한 국부적인 부착파괴를 방지하고자 정철근의 지름을 제한하고 있다.

등분포하중이 작용하는 단순지지 보에서 지지점에서의 철근의 정착: (a) 보의 중앙에서 지지점까지의 철근의 길이가 정착길이 ld 와 같은 철근으로 보강된 보, (b) AB와 BC의 자유물체도 B 에서 철근력 ¾ fyAb 로 감소 -> 정착길이 ¾ ld 필요; 부착응력 3배 요구 -> 충족 안되어 뽐힘 파괴가 일어날 가능성이 존재

정철근의 정착

휨 모멘트가 0인 점에서의 정착 공칭 모멘트 강도의 기울기, d (j Mn)/ dx 는 x = 0 에서 요구(계수) 휨 모멘트의 접선, dMu / dx 보다 작아서는 안된다. 공칭 모멘트 강도의 기울기는 j Mn / ld 가 되고, 요구 휨 모멘트 도에서의 기울기는 dMu / dx = Vu 이므로 모멘트 강도의 최소 기울기는 j Mn / ld = Vu 가 된다.

절단점 (Cutoff points) 연속보에서 횡단면의 크기는 절대 최대 휨 모멘트에 의하여 결정되고, 휨 보강 철근의 단면적은 최대 정 모멘트나 최대 부 모멘트 점에서 계산 이러한 점에서 계수하중이 작용할 때 파괴가 일어나기 직전의 상태에서 철근은 항복응력에 도달한다고 가정 만약에 최대 휨 모멘트에 의해서 요구되는 철근의 단면적을 정 모멘트나 부 모멘트 구역에 연속으로 배치하면, 최대 휨 모멘트가 작용하는 부분을 빼놓고는 과설계한 결과 정 모멘트 구역이나 부 모멘트 구역에서 동일한 철근의 단면적을 연속해서 배치하는 것이 안전 측이기는 하지만, 특히 철근이 많이 배근되는 경우에는 휨 모멘트가 상당히 감소되는 부분에서 철근을 자르는 것이 좋다. 휨 모멘트가 작은 부분에서 철근을 자르면 전체적으로 철근의 양이 줄어서 경제적일 수 있으며, 또한 철근의 양을 줄임으로서 철근이 많이 배치된 부분에 배치된 철근의 수를 줄여서 굳지 않은 콘크리트가 곳곳에 배치하기 쉽도록 하고 다지기도 수월하다.

이론적인 절단점의 결정 기준 8.5.1(2) (ACI 12.10.3)에서는 절단점에서 활하중의 위치가 변하여 예상 휨 모멘트보다 큰 값이 되는 경우, 지점의 침하, 그 이외의 이유들 때문에 이론적인 절단점을 넘어서 12db 또는 유효깊이 d 이상을 연장하도록 하고 있다.

절단점에서의 요구사항 인장영역에서 휨철근의 절단  인접한 연속된 철근의 급격한 응력 증가 절단점에서의 요구사항 인장영역에서 휨철근의 절단  인접한 연속된 철근의 급격한 응력 증가  철근의 응력 증가를 위하여는 절단점에서의 국부적인 변형률의 급격한 증가 필요  이러한 변형률의 증가에 따른 커다란 인장균열의 형성  전단에 저항하는 단면의 급격한 감소 사인장 파괴의 가능성 증가 3가지 조건

7.3.4 휨철근의 정착 *) 철근이 절단된 점, 또는 절곡된 점 ⇒ 지간 내에서의 최대 응력점(”C”) 과 함께 철근의 정착에 대한 위험 단면("x") [1] 정착의 일반 원칙 휨을 저항하는데 더 이상 필요 로 하지 않는 점을 지나 d 이상, 12db 이상 더 연장해야 한다(예외: 단순지지보의 받침부와 자유단) (2) 인장구역에서 절단된 철근 또는 절곡된 철근에 인접한 철근으로 서 더 연장되는 철근은 휨을 저 항하는데 더 이상 필요로 하지 않는 점을 지나 ld 이상의 묻힘 길이를 가지도록 연장해야 한다 (“x”).

(3) 휨철근은 압축에서 끝내는 것을 원칙으로 한다. (예외 : 다음의 ①∼③, 그러나 전체 철근량의 1/2 이상을 한 인장구역에서 끊어내서는 안된다.) ① 끊는 점의 전단력이 전단철근의 전단강도를 포함한 전체 전단강도의 2/3 이하인 경우 ② 전단과 비틂에 필요한 양 이상의 스터럽이 휨철근을 끝내는 점 전후 3/4d 구간(도합 6/4d 구간)에 촘촘히 배치되어 있는 경우. 단, ③ D35이하의 철근에 대하여는 연장되는 철근량이 끊는 점에서 휨에 필요한 철근량의 2배 이상이고, 또 전단력이 전단강도의 3/4 이하인 경우

* 정철근, 정모멘트 철근 : 正(+)의 휨모멘트에 의하여 인장을 받는 철근 [2] 정철근의 정착 * 정철근, 정모멘트 철근 : 正(+)의 휨모멘트에 의하여 인장을 받는 철근 (1) 정철근의 (단순보), (연속보)이상을 지점을 넘어 15cm이상 받침부 내에 연장 (2) 가능하면 가는 철근을 사용하는 것이 부착에 유리 : 단부가 지점반력에 의해 압축될 경우 :

[3] 부철근의 정착 ※) 부철근, 부모멘트 철근 : 負(-)의 휨모멘트에 의하여 인장을 받는 철근 ※) 받침부에서 부철근의 1/3 이상을 부재의 유효 높이d 이상, 12db 이상, 또 순경간 ln 의 1/16 이상 반곡점을 넘어서 더 연장 연속보의 반곡점에서의 부철근의 정착

7.3.5 복부철근의 정착 D16 이하의 철근으로 된 스터럽은 종방향 철근을 둘러싸는 표준 갈고리로 정착한다.(a),(c) 이상인 D19, D22, D25인 스터럽에 대하여는 종방향 철근 을 둘러싸는 표준갈고리 외에 추가로 보의 중간 높이에서 갈고리 바깥면까 지 이상의 묻힘길이를 두어야 한다.(b) ※) U형→폐합 스터럽 : 겹이음 길이 스터럽의 정착

7.4 철근의 이음 ※ 이음의 종류 (1) 겹침이음(lap splice) : 일반적인 방법 D35 이하의 철근에 적용 (2) 기계적인 이음 용접이음 철근의 겹침이음 sleeve nut

전기에 의한 고주파 압접공법 (맞댐 이음)

기계적 연결재 이음

7.4.1 인장철근의 겹이음 ★ 30 cm 이상 ★ A급 이음 : 이상 ★ B급 이음 : 이상

7.5 허용응력설계법에 있어서 철근의 정착과 이음 [I.4] 7.4.2 압축철근의 겹이음 ★ ★ ★ ★ 30cm 이상 ★ 7.5 허용응력설계법에 있어서 철근의 정착과 이음 [I.4] ★ 기본적으로 SD와 동일 ⇒ 철근의 정착과 이음은 이 구조설계기준의 제8장의 요구조건에 따라야 한다.