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1[9급 국가직 토목설계] 26년 1회차
다음과 같은 복철근 콘크리트 보에서 압축을 받는 상연 콘크리트가 극한변형률 εcu\varepsilon_{cu} = 0.003에 도달했을 때, 압축철근에 발생하는 응력[MPa]은? (단, 중립축 깊이 cc = 150 mm, 철근 탄성계수 EsE_s = 2×1052\times10^5 MPa, 철근의 설계기준항복강도 fyf_y = 400 MPa이다)

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해설

압축철근의 변형률이 항복변형률보다 작아 압축철근은 항복하지 않으며, 발생 응력은 360 MPa이다.

변형률 적합조건(선형 변형률 분포)으로 압축철근 위치의 변형률을 구한다.
εs′=εcuc−d′c=0.003×150−60150=0.0018\varepsilon_s'=\varepsilon_{cu}\dfrac{c-d'}{c}=0.003\times\dfrac{150-60}{150}=0.0018

항복변형률과 비교한다.
εy=fyEs=4002×105=0.002\varepsilon_y=\dfrac{f_y}{E_s}=\dfrac{400}{2\times10^5}=0.002
εs′=0.0018<εy\varepsilon_s'=0.0018\lt \varepsilon_y이므로 탄성 범위에서 응력을 계산한다.
fs′=Esεs′=2×105×0.0018=360 MPaf_s'=E_s\varepsilon_s'=2\times10^5\times0.0018=360\ \mathrm{MPa}

  • 400 MPa: 압축철근이 항복했다고 가정해 fyf_y를 그대로 쓴 값으로, 변형률이 항복변형률에 못 미치므로 틀리다.
  • 340 MPa: 변형률 분포로 계산한 값과 맞지 않는다.
  • 380 MPa: 변형률 분포로 계산한 값과 맞지 않는다.

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