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1[콘크리트기사 필기] 17년 1회차
아래 그림과 같은 단철근 직사각형 보 단면의 균형 철근량(As)은? (단, fck=30MPa, fu=300MPa)(2021년 개정된 규정 적용됨)
문제 이미지
1
8347mm2
2
9710mm2
3
10098mm2
4
10404mm2
해설

균형파괴는 인장철근이 항복하는 순간 압축연단 콘크리트가 극한변형률에 도달하는 상태이므로, 변형률 적합조건으로 중립축 깊이를 먼저 구한다. 단면은 b=400mm, 압축연단에서 인장철근까지 d=540mm이다.

개정 기준의 εcu=0.0033\varepsilon_{cu}=0.0033 과 εy=300200000=0.0015\varepsilon_{y}=\dfrac{300}{200000}=0.0015 를 쓰면
cb=0.00330.0033+0.0015×540=371.25 mmc_b=\dfrac{0.0033}{0.0033+0.0015}\times 540=371.25\,\mathrm{mm}
ab=β1cb=0.80×371.25=297 mma_b=\beta_1 c_b=0.80\times 371.25=297\,\mathrm{mm}

압축력과 인장력이 같다는 조건 η 0.85fck ab b=Asfy\eta\,0.85f_{ck}\,a_b\,b=A_s f_y 에서
As=1.0×0.85×30×297×400300=10,098 mm2A_s=\dfrac{1.0\times 0.85\times 30\times 297\times 400}{300}=10{,}098\,\mathrm{mm^{2}}

따라서 균형철근량은 약 10098mm²이다. 옛 기준의 εcu=0.003\varepsilon_{cu}=0.003, β1=0.836\beta_1=0.836 을 쓰면 답이 달라지므로, fck≤40 MPaf_{ck}\le 40\,\mathrm{MPa} 에서 η=1.0, β1=0.80, εcu=0.0033\eta=1.0,\ \beta_1=0.80,\ \varepsilon_{cu}=0.0033 을 적용해야 한다.

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