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1[국회직 9급 건축구조] 19년 1회차
다음 그림은 철근콘크리트 복철근직사각형 보의 단면을 나타낸 것이다. 보가 휨강도에 도달하였을 때의 인장철근의 변형률이 0.009이다. 휨강도에 도달했을 때의 압축철근의 도달 응력은 얼마인가? (단, 모든 철근의 항복강도는 500MPaMPa이다.)
문제 이미지
1
100MPaMPa
2
200MPaMPa
3
300MPaMPa
4
400MPaMPa
5
500MPaMPa
해설

압축철근의 응력은 200 MPa200\,\mathrm{MPa}이다. 변형률 분포로 구한 압축철근 변형률이 항복변형률보다 작아 탄성 범위에 있기 때문이다(KBC2016, 극한변형률 0.003 적용).

먼저 변형률의 선형 분포에서 중립축 깊이를 구한다.
cd=0.0030.003+0.009=14\dfrac{c}{d} = \dfrac{0.003}{0.003 + 0.009} = \dfrac{1}{4}
c=6004=150 mmc = \dfrac{600}{4} = 150\,\mathrm{mm}

압축철근 위치의 변형률과 응력을 구한다.
εs′=0.003×c−d′c=0.003×150−100150=0.001\varepsilon_{s}' = 0.003 \times \dfrac{c - d'}{c} = 0.003 \times \dfrac{150 - 100}{150} = 0.001
εy=500200000=0.0025>0.001\varepsilon_{y} = \dfrac{500}{200000} = 0.0025 \gt 0.001
fs′=Esεs′=200000×0.001=200 MPaf_{s}' = E_{s}\varepsilon_{s}' = 200000 \times 0.001 = 200\,\mathrm{MPa}

  • 100 MPa100\,\mathrm{MPa}가 되려면 중립축 깊이가 120 mm120\,\mathrm{mm}여야 하므로 주어진 변형률과 맞지 않는다.
  • 300 MPa300\,\mathrm{MPa}가 되려면 중립축 깊이가 200 mm200\,\mathrm{mm}여야 하므로 맞지 않는다.
  • 400 MPa400\,\mathrm{MPa}가 되려면 중립축 깊이가 300 mm300\,\mathrm{mm}여야 하므로 맞지 않는다.
  • 500 MPa500\,\mathrm{MPa}는 압축철근이 항복했다고 본 값인데, 변형률이 항복변형률에 미치지 못한다.

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