📐 사용성 설계 RC vs FRP 균열, 처짐, 크리프파괴 검토의 설계, 근거, 계산 과정
📚 설계 6종 비교🏠 SJ Tech 홈📧 strustar@konyang.ac.kr
📋 모두 보기, 수정 값을 바꾸면 뒤의 결과가 바로 갱신됨
⭐ 예제
📘 기준, 섬유
GFRP 유리섬유
CFRP 탄소섬유
AFRP 아라미드
✤ FRP 설계기준
RC 비교 기준 = KDS 14 20 (2021), 원문 PDF, 적용 조항은 상단 📚 적용 조항, 원문 버튼
✦ 섬유 종류, 환경조건 → 기준이 정해 주는 계수 (자동 결정)
기준과 섬유, 환경에서 자동 결정되어 회색으로 잠김
환경조건을 직접 입력으로 바꾸면 풀림
🧱 재료
콘크리트 $f_{ck}$
철근(RC) $f_y$, $E_s$
GFRP $f_{fu}^*$, $E_f$
CFRP $f_{fu}^*$, $E_f$
AFRP $f_{fu}^*$, $E_f$
✤ 재료
✦ 콘크리트
✦ 철근(RC)
✦ FRP 보강근
설계인장강도 $f_{fu} = C_E \cdot f_{fu}^*$ ($C_E$는 위 박스에서 자동)
GFRP $E_f$ = 45 GPa = KDS 14 20 68 4.1.4.2(7)② 설계값 (실험자료가 없을 때)
섬유를 바꾸면 그 섬유의 대표값이 채워짐
제품 시험값이 있으면 고쳐 쓰면 됨
▦ 단면, 피복
s = 134 mm (자동)b = 400d = 509c = 40h = 600최하층 간격 s vs 한계 smaxRC (KDS 14 20 20 4.2.3)134 ≤ 950 mm ✔FRP (KDS 14 20 68 4.4.1)134 ≤ 231 mm ✔
$s = (b - 2(c + d_{bv}) - d_b) \,/\, (n - 1) = (400 - 2(40 + 13) - 25.4) \,/\, (3 - 1) = 134\ \text{mm}$
간격 $s$ 는 입력이 아니라 폭, 순피복, 스터럽 지름, 본수에서 자동으로 나타남
순피복 $c$ = 40 mm, 스터럽 $d_{bv}$ = ⌀13 mm, 보강근 $d_b$ = ⌀25.4 mm, 유효깊이 $d$ = 509 mm
✤ 단면, 피복
➰ 인장 보강근
s = 134 mm (자동)40+13+12.7= 65.7GFRP ⌀25.4 × 6본 = 3 + 3 (2단)b = 400
철근 D25 ⌀25.4
GFRP G25 ⌀25.4
CFRP G25 ⌀25.4
AFRP G25 ⌀25.4
✤ 인장 보강근 (RC 철근 = 같은 지름)
$s = \dfrac{b - 2(c + d_{bv}) - d_b}{n - 1}$ 균열제어 검토용 계산값 (입력 아님)
⚖️ 하중, 경간, 처짐
단순지지
1단 연속
2단 연속
캔틸레버
✤ 사용하중 (균열, 처짐, 응력 검토)
판정 = 최대 이용률 (RC, FRP), 행을 추가하면 하중별로 비교
$M_s$ 사용하중 [kN·m]지속하중 [%]검토
①

✤ 경간, 처짐 조건
한계 = KDS 14 20 30 표 4.2-2 (FRP 기준들도 이 표를 준용, AASHTO는 LRFD 2.5.2.6.2 별도)
📐 균열 조건
✤ RC 균열 조건 (KDS 14 20 20 4.2.3)

✤ FRP 균열 조건
$k_b$ 기준값 (시험값 없을 때) = KDS 14 20 68, ACI 440.11 1.2 / KDS 24 50 05, AASHTO 1/0.83 / ACI 440.1R-15 1.4
철근응력 $f_s$ 는 사용하중 상태의 계산값이 원칙, $2f_y/3$ 는 간편법 (KDS 14 20 20 4.2.3(4))
⭐ 예제 프리셋
누르면 입력 전체가 바뀌고 결과가 바로 갱신, 노란 바탕 = 현재
RC✓ 여유 큼이용률0.23$M_s$ 120 kN·m, 지배 장기 합계 처짐FRP✓ 통과이용률0.58$M_s$ 120 kN·m, 지배 균열 간격
📐 사용성 설계 RC vs FRP균열, 처짐, 크리프파괴 검토의 설계, 근거, 계산 과정
RC처짐KDS 14 20 30 4.2.1균열KDS 14 20 20 4.2.3응력KDS 14 20 20 4.2.3(4)$f_s$ 산정만, 한계 없음
FRP처짐KDS 14 20 68 4.4.2균열KDS 14 20 68 4.4.1응력KDS 14 20 68 4.4.3크리프파괴 한계
조항 클릭 = 원문 PDF 해당 쪽. RC는 사용응력 한계 규정이 없어 $f_s$를 산정해 균열 검토에만 씀
s = 134 mm (자동)40+13+12.7= 65.7GFRP ⌀25.4 × 6본 = 3 + 3 (2단)b = 400단면, 최하층 간격 s = 134 mm옆면: 균열 간격, 처짐균열 간격 ≈ 최하층 간격 s점선 = 장기 처짐
단면 $b$ × $h$ = 400 × 600 mm
그림 전체는 ⤢ 크게
RCFRP
보강근G25(#8) ⌀25.4 × 6본G25(#8) ⌀25.4 × 6본
최하층 간격 $s$ [mm]134134
균열 간격 한계 $s_{\max}$ [mm]950231
📘 기준KDS 14 20 68 (GFRP), $C_E$ = 0.85🧱 재료$f_{ck}$ = 30, $f_y$ = 400, $f_{fu}$ = 850 MPa, $E_f$ = 45 GPa▦ 단면$b$ × $h$ = 400 × 600 mm, 피복 40 + ⌀13, $d$ = 509 mm➰ 인장 보강근G25(#8) ⌀25.4 × 6본 (2단), $A_f$ = 3,040 mm²⚖️ 하중$M_s$ = 120 kN·m (지속 60%), $L$ = 6 m 단순지지, $\xi$ = 2📐 균열 조건$\kappa_{cr}$ = 280, $w$ = 0.7 mm, $k_b$ = 기준값칩 클릭 = 그 패널, 숫자키 1–6, A = 모두
빠른 조정 자주 바꾸는 8개, 드래그하면 그림이 바로 움직임

① $M_s$ = 120 kN·m (지속 60%) 📚 설계 6종 (이 하중)

RC (KDS 14 20 30, 14 20 20 이형철근)
✓ 여유 큼
0.23$\text{최대 이용률} = \max\!\left(\dfrac{\text{값}}{\text{한계}}\right)$
여유 77% (소요가 4.29배 되어야 한계)
활하중 순간처짐1.46 mm ≤ 한계 16.7 mm
장기 합계 처짐5.82 mm ≤ 한계 25.0 mm
균열 간격 $s$134 mm ≤ 한계 950 mm
철근 사용응력 $f_s$88 MPa
지배: 장기 합계 처짐
VS
$\text{장기 처짐}\ \dfrac{\text{FRP}}{\text{RC}}$
212%
$\dfrac{I_e}{I_g}$
0.62 vs 0.21
$s_{\max}$ [mm]
950 vs 231
보강근 응력 [MPa]
88 vs 83
FRP (KDS 14 20 68, GFRP)
✓ 통과
0.58$\text{최대 이용률} = \max\!\left(\dfrac{\text{값}}{\text{한계}}\right)$
여유 42% (소요가 1.72배 되어야 한계)
활하중 순간처짐4.41 mm ≤ 한계 16.7 mm
장기 합계 처짐12.35 mm ≤ 한계 25.0 mm
균열 간격 $s$134 mm ≤ 한계 231 mm
지속 사용응력 $f_{fs,\mathrm{sus}}$50 MPa ≤ 크리프 한계 255 MPa
지배: 균열 간격
📉 처짐 도해, RC vs FRP점선 = 활하중 순간, 실선 = 장기 합계
가로 점선 = 한계
Ms = 120 kN·m (지속 60%), 등분포 환산, 단순지지L = 6 m, 단순지지과장 배율, RC, FRP 같은 축RC 장기 합계 5.8 mmFRP 장기 합계 12.3 mmRC장기 합계 5.8 mm활하중 순간 1.5 mmFRP장기 합계 12.3 mm활하중 순간 4.4 mm
활하중 한계 $\dfrac{L}{360}$ = 16.7 mm
장기 한계 $\dfrac{L}{240}$ = 25.0 mm
값과 한계 5항목최대 이용률 RC 0.23, FRP 0.58
활하중 순간처짐, 장기 합계 처짐, 균열 간격, 사용응력, 지속 사용응력
가운데 = 검토 항목과 한계, 붉은 눈금 = 한계
막대 = 값, 빨간 막대 = 초과
RCFRP이용률이용률한계 16.67 mm1.460.09 ✔한계 16.67 mm4.410.26 ✔한계 25.00 mm5.820.23 ✔한계 25.00 mm12.350.49 ✔한계 950 mm1340.14 ✔한계 231 mm1340.58 ✔해당 없음한계 168 MPa830.49 ✔해당 없음한계 255 MPa500.20 ✔
검토 항목, 한계
활하중 순간처짐
한계$\dfrac{L}{360}$ = 16.67 mm
활하중을 얹은 직후의 처짐
사용감, 비구조재 손상
장기 합계 처짐
한계$\dfrac{L}{240}$ = 25.00 mm
크리프, 건조수축까지 포함한 최종 처짐
균열 간격 $s$
한계RC 950 / FRP 231 mm
균열폭을 허용값 이하로
보강근 간격 제한
사용응력 $f_{fs}$
한계응력, 피복 제한 $f_{fs,\mathrm{lim}}$ = 168 MPa
전체 사용하중에서 보강근에 걸리는 응력
한계는 균열폭을 잡는 응력, 피복 제한
지속 사용응력 $f_{fs,\mathrm{sus}}$
한계크리프 파단 0.30$f_{fu}$ = 255 MPa
지속하중분만의 응력
오래 버티면 끊어지는 크리프 파단을 막는 한계
활하중 순간처짐
한계$\dfrac{L}{360}$ = 16.67 mm
RC1.460.09 ✔
FRP4.410.26 ✔
활하중을 얹은 직후의 처짐, 사용감, 비구조재 손상
장기 합계 처짐
한계$\dfrac{L}{240}$ = 25.00 mm
RC5.820.23 ✔
FRP12.350.49 ✔
크리프, 건조수축까지 포함한 최종 처짐
균열 간격 $s$
한계RC 950 / FRP 231 mm
RC1340.14 ✔
FRP1340.58 ✔
균열폭을 허용값 이하로, 보강근 간격 제한
사용응력 $f_{fs}$
한계응력, 피복 제한 $f_{fs,\mathrm{lim}}$ = 168 MPa
RC해당 없음
FRP830.49 ✔
전체 사용하중에서 보강근에 걸리는 응력, 한계는 균열폭을 잡는 응력, 피복 제한
지속 사용응력 $f_{fs,\mathrm{sus}}$
한계크리프 파단 0.30$f_{fu}$ = 255 MPa
RC해당 없음
FRP500.20 ✔
지속하중분만의 응력, 오래 버티면 끊어지는 크리프 파단을 막는 한계
단계별 요약 6단계① 단면 → ② 균열 여부 → ③ 처짐 → ④ 균열 간격 → ⑤ 응력 → ⑥ 종합
RC 와 FRP 를 단계마다 나란히
① 단면 → ② 균열 여부 → ③ 처짐 → ④ 균열 간격 → ⑤ 응력 → ⑥ 종합
단계항목RC (KDS 14 20 30, 14 20 20)FRP (KDS 14 20 68)
① 단면 성질
탄성계수비, 중립축
탄성계수비 $n$$E_s/E_c$ = 7.26 ($E_c$ = 27.5 GPa)$E_f/E_c$ = 1.63 ($E_c$ = 27.5 GPa)
균열단면 중립축 $kd$188.2 mm ($k$ = 0.370)100.7 mm ($k$ = 0.198)
$I_g$, $I_{cr}$7,200 $\times 10^6$ mm⁴, 3,163 $\times 10^6$ mm⁴7,200 $\times 10^6$ mm⁴, 965 $\times 10^6$ mm⁴
② 균열 여부
$M_s$ vs $M_{cr}$
균열모멘트 $M_{cr}$82.8 kN·m ($f_r$ = 3.45 MPa)82.8 kN·m ($f_r$ = 3.45 MPa)
$M_s$ vs $M_{cr}$120 vs 82.8 kN·m → 균열120 vs 82.8 kN·m, 균열 판정은 0.8$M_{cr}$ = 66.3 → 균열
유효 단면2차모멘트 $I_e$4,490 $\times 10^6$ mm⁴ ($I_e/I_g$ = 0.62)1,482 $\times 10^6$ mm⁴ ($I_e/I_g$ = 0.21)
③ 처짐
즉시, 장기
즉시 처짐 (전 사용하중)3.64 mm11.02 mm
활하중 순간처짐 vs 한계1.46 / 16.7 mm ✔ 만족4.41 / 16.7 mm ✔ 만족
장기 추가 처짐4.37 mm ($\lambda_\Delta$ = 2.00)7.94 mm ($\lambda_\Delta$ = 1.20)
장기 합계 vs 한계5.82 / 25.0 mm ✔ 만족12.35 / 25.0 mm ✔ 만족
④ 균열 간격
$s_{\max}$ vs 현재 $s$
보강근 사용응력$f_s$ = 88 MPa$f_{fs}$ = 83 MPa
최대 간격 $s_{\max}$950 mm231 mm ($k_b$ = 1.2, $\beta$ = 1.22)
현재 간격 $s$ vs $s_{\max}$134 / 950 mm ✔ 만족134 / 231 mm ✔ 만족
⑤ 응력 한계
FRP 전용
사용응력 vs 한계규정 없음83 / 168 MPa ✔ 만족
지속 응력 vs 크리프 한계해당 없음50 / 255 MPa (0.30$f_{fu}$) ✔ 만족
⑥ 종합 판정
최대 이용률
$\max\!\left(\dfrac{\text{값}}{\text{한계}}\right)$, 지배0.23 ✓ 여유 큼
지배: 장기 합계 처짐
0.58 ✓ 통과
지배: 균열 간격
근거 계산서 11항목KDS 14 20 30 4.2.1, KDS 14 20 20 4.2.3
KDS 14 20 68 4.4.1, 4.4.2, 4.4.3, 조항을 누르면 원문 PDF 그 쪽
조항 📄 = 원문 위치, 파란 블록 = 이 하중의 대입 계산
항목RC (KDS 14 20 30, 14 20 20)FRP (KDS 14 20 68)
검토 항목, 한계
$$ \Delta_L\le\frac{L}{360},\quad \Delta_L+\Delta_{lt}\le\frac{L}{240} $$
처짐 한계 = 표 4.2-2 (사이드바에서 선택)
균열 = KDS 14 20 20 4.2.3 간격 제한
동하중 구조물 $L$/800 (4.2.1(7))
$$ s\le s_{max},\ \ f_{fs}\le f_{fs,lim},\ \ \Delta\le\Delta_{lim},\ \ f_{fs,sus}\le0.30f_{fu} $$
처짐 한계 4.4.2.1(2) → KDS 14 20 30 표 4.2-2 준용
균열모멘트
$M_{cr}$, $f_r$이 값을 넘으면 갈라져 강성이 줌
4.2.1(3) (4.2-2)(4.2-3)
$$ M_{cr}=\frac{f_r I_g}{y_t},\quad f_r=0.63\lambda\sqrt{f_{ck}} $$
$$\begin{aligned}f_r &= 0.63\sqrt{30} = 3.45\ \text{MPa} \\ I_g &= \dfrac{400\times600^3}{12} = 7{,}200\times10^6\ \text{mm}^4 \\ M_{cr} &= \frac{f_r I_g}{y_t} = \frac{3.45\times7{,}200\times10^6}{300} = \boxed{\mathbf{82.8}\ \text{kN}\cdot\text{m}} \\ M_s &= 120\ >\ M_{cr} = 82.8\ \to\ \text{균열 단면 → 균열 및 처짐 검토}\end{aligned}$$
4.4.2.2(4) (4.4-5)(4.4-6)
$$ M_{cr}=\frac{f_r I_g}{y_t},\quad f_r=0.63\sqrt{f_{ck}} $$
균열 판정은 $M_a>0.8M_{cr}$ (4.4-3)
$$\begin{aligned}f_r &= 0.63\sqrt{30} = 3.45\ \text{MPa} \\ I_g &= \dfrac{400\times600^3}{12} = 7{,}200\times10^6\ \text{mm}^4 \\ M_{cr} &= \frac{f_r I_g}{y_t} = \frac{3.45\times7{,}200\times10^6}{300} = \boxed{\mathbf{82.8}\ \text{kN}\cdot\text{m}} \\ M_s &= 120\ >\ 0.8M_{cr} = 66.3\ \to\ \text{균열 단면 → 균열 및 처짐 검토}\end{aligned}$$
사용응력 산정
$k$, $I_{cr}$, RC $f_s$, FRP $f_{fs}$균열단면으로 구한 보강근 응력
아래 두 검토의 입력값
$$ f_s=\frac{M_s\,n\,d(1-k)}{I_{cr}}\ (\text{탄성 균열단면})\quad\text{또는}\quad f_s\approx\dfrac{2}{3}f_y $$
$k=\sqrt{2\rho n+(\rho n)^2}-\rho n$
$I_{cr}=\dfrac{bd^3}{3}k^3+nA_s\,d^2(1-k)^2$ (사이드바에서 계산 / 항복강도의 2/3 선택)
$$\begin{aligned}E_c &= 27.5\ \text{GPa} \\ n &= E/E_c = 200{,}000/27{,}537 = 7.26 \\ \rho &= \frac{A}{bd} = \frac{3{,}040}{400\times509.1} = 0.0149 \\ k &= \sqrt{2\rho n+(\rho n)^2}-\rho n = 0.370 \\ I_{cr} &= \dfrac{bd^3}{3}k^3 + nAd^2(1-k)^2 = 3{,}163\times10^6\ \text{mm}^4 \\ f_{s} &= \frac{M_s\,n\,d(1-k)}{I_{cr}} = \frac{120\times10^6\times7.26\times509.1\times(1-0.370)}{3{,}163\times10^6} = \boxed{\mathbf{88}\ \text{MPa}}\end{aligned}$$
4.4.1.1(1), 4.4.3 (4.4-9)
$$ f_{fs}=M_s\frac{n_f d(1-k_{cr})}{I_{cr}} $$
사용하중 모멘트 $M_s$의 탄성 균열 단면 해석 (식은 (4.4-9)의 $M_{s,sus}\to M_s$)
$$\begin{aligned}E_c &= 27.5\ \text{GPa} \\ n &= E/E_c = 45{,}000/27{,}537 = 1.63 \\ \rho &= \frac{A}{bd} = \frac{3{,}040}{400\times509.1} = 0.0149 \\ k &= \sqrt{2\rho n+(\rho n)^2}-\rho n = 0.198 \\ I_{cr} &= \dfrac{bd^3}{3}k^3 + nAd^2(1-k)^2 = 965\times10^6\ \text{mm}^4 \\ f_{fs} &= \frac{M_s\,n\,d(1-k)}{I_{cr}} = \frac{120\times10^6\times1.63\times509.1\times(1-0.198)}{965\times10^6} = \boxed{\mathbf{83}\ \text{MPa}}\end{aligned}$$
균열 제어 간격
$s_{\max}$균열폭을 허용값 이하로
4.2.3(4) (4.2-3)(4.2-4)
$$ s=375\frac{\kappa_{cr}}{f_s}-2.5c_c,\qquad s=300\frac{\kappa_{cr}}{f_s}\ \ \text{중 작은 값} $$
$\kappa_{cr}$ = 280(건조환경) / 210(그 외)
$c_c$ = 철근 표면–콘크리트 표면 최소 두께
철근 1본이면 인장연단 폭을 $s$로
$$\begin{aligned}s_1 &= 375\frac{\kappa_{cr}}{f_s}-2.5c_c = 375\times\frac{280}{88}-2.5\times53 = 1{,}055 \\ s_2 &= 300\frac{\kappa_{cr}}{f_s} = 300\times\frac{280}{88} = 950 \\ s_{max} &= \min(s_1,\,s_2) = \boxed{\mathbf{950}\ \text{mm}} \\ s &= \frac{b-2c_c-d_b}{n-1} = \frac{400-2\times53-25.4}{3-1} = 134\ \le\ s_{max}\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
4.4.1.1(1) (4.4-1)
$$ s_{max}=1.15\frac{E_f w_a}{f_{fs}k_b}-2.5c_c\ \le\ 0.94\frac{E_f w_a}{f_{fs}k_b} $$
$w_a$ = 0.7 mm (별도 규정 없을 때)
상한 계수 0.94 (ACI 0.92와 다름)
1본이면 인장연단 폭 (4)
$$\begin{aligned}\frac{E_fw}{f_{fs}k_b} &= \frac{45{,}000\times0.7}{83\times1.20} = 316.3 \\ s_1 &= 1.15\times316.3-2.5\times53 = 231 \\ s_2 &= 0.94\times316.3 = 297 \\ s_{max} &= \min(s_1,\,s_2) = \boxed{\mathbf{231}\ \text{mm}} \\ s &= \frac{b-2c_c-d_b}{n-1} = \frac{400-2\times53-25.4}{3-1} = 134\ \le\ s_{max}\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
사용응력 한계
응력, 피복 제한전체 사용하중 응력의 한계
균열폭 제어
해당 없음
RC 해당 없음 (간격 제한만으로 균열폭 제어)
4.4.1.1(2) (4.4-2)
$$ f_{fs}\le\frac{0.36E_f}{d_c\beta_{cr}k_b} $$
$d_c$ = 인장연단–최외측 보강근 중심
$\beta_{cr}=(h-kd)/(d-kd)$
0.36 mm = 0.014 in (= $w/2$) 환산
$$\begin{aligned}\beta_{cr} &= \frac{h-kd}{d-kd} = \frac{600-100.7}{509.1-100.7} = 1.223 \\ d_c &= c_c+d_b/2 = 65.7\ \text{mm} \\ f_{fs,lim} &= \frac{0.36E_f}{d_c\beta_{cr}k_b} = \frac{0.36\times45{,}000}{65.7\times1.223\times1.20} = \boxed{\mathbf{168}\ \text{MPa}} \\ f_{fs} &= 83\ \le\ 168\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
허용균열폭 $w$
부착계수 $k_b$, $C_b$
$$ \kappa_{cr}=280\ (\text{건조환경})\ /\ 210\ (\text{그 외}) $$
균열폭 대신 노출계수 $\kappa_{cr}$로 간접 제어
$$\begin{aligned}\kappa_{cr} &= 280\ (\text{건조환경})\end{aligned}$$
$$ k_b=1.2,\qquad w_a=0.7\ \text{mm} $$
$$\begin{aligned}k_b &= 1.20 \\ w &= 0.7\ \text{mm}\end{aligned}$$
유효단면2차모멘트
$I_e$갈라진 뒤 남는 강성
4.2.1(3) (4.2-1)
$$ I_e=\left(\frac{M_{cr}}{M_a}\right)^3 I_g+\left[1-\left(\frac{M_{cr}}{M_a}\right)^3\right]I_{cr}\ \le I_g $$
Branson
$$\begin{aligned}\left(\dfrac{M_{cr}}{M_a}\right)^3 &= \left(\dfrac{82.8}{120}\right)^3 = 0.3287 \\ I_e &= 0.3287\times7{,}200 + (1-0.3287)\times3{,}163 = \boxed{\mathbf{4{,}490}\ \text{×10⁶ mm⁴}} \\ \frac{I_e}{I_g} &= \mathbf{0.624}\end{aligned}$$
4.4.2.2(4) (4.4-3)(4.4-4)
$$ I_e=\dfrac{I_{cr}}{1-\gamma\left(\dfrac{0.8M_{cr}}{M_a}\right)^2\left[1-\dfrac{I_{cr}}{I_g}\right]}\ (M_a>0.8M_{cr}),\quad \gamma=1.72-0.72\dfrac{0.8M_{cr}}{M_a} $$
Bischoff + $0.8M_{cr}$ (ACI 440.11 계보)
$M_a\le0.8M_{cr}$ 이면 $I_g$
$$\begin{aligned}\gamma &= 1.72-0.72\left(\dfrac{0.8M_{cr}}{M_a}\right) = 1.72-0.72\times0.552 = 1.322 \\ I_e &= \dfrac{I_{cr}}{1-\gamma\left(\dfrac{0.8M_{cr}}{M_a}\right)^2\left[1-\dfrac{I_{cr}}{I_g}\right]} = \dfrac{965}{1-1.322\times0.552^2\times(1-0.134)} \\ &= \boxed{\mathbf{1{,}482}\ \text{×10⁶ mm⁴}} \\ \frac{I_e}{I_g} &= \mathbf{0.206}\end{aligned}$$
순간처짐 $\Delta_i$
허용처짐얹은 직후 처짐
사용감
4.2.1(2)(3)(6) 표 4.2-2
$$ \Delta_i=K\frac{M_a L^2}{E_c I_e},\qquad \Delta_L\le\frac{L}{360} $$
탄성처짐공식 ($K$ = 단순 5/48
캔틸레버 1/4 …)
활하중 순간처짐 한계
$$\begin{aligned}\Delta_i &= K\frac{M_a L^2}{E_c I_e} = 0.1042\times\frac{120\times10^6\times6000^2}{27{,}537\times4{,}490\times10^6} = 3.64\ \text{mm} \\ \Delta_{sus} &= 0.60\times3.64 = 2.18 \\ \Delta_L &= \Delta_i-\Delta_{sus} = \boxed{\mathbf{1.46}\ \text{mm}} \\ \Delta_L &\ \le\ L/360 = 16.7\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
$$ \Delta_i=K\frac{M_a L^2}{E_c I_e},\qquad \Delta_L\le\frac{L}{360} $$
한계 → KDS 14 20 30 표 4.2-2
$$\begin{aligned}\Delta_i &= K\frac{M_a L^2}{E_c I_e} = 0.1042\times\frac{120\times10^6\times6000^2}{27{,}537\times1{,}482\times10^6} = 11.02\ \text{mm} \\ \Delta_{sus} &= 0.60\times11.02 = 6.61 \\ \Delta_L &= \Delta_i-\Delta_{sus} = \boxed{\mathbf{4.41}\ \text{mm}} \\ \Delta_L &\ \le\ L/360 = 16.7\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
장기처짐 $\lambda_\Delta$크리프, 건조수축까지 포함
4.2.1(5) (4.2-4)
$$ \lambda_\Delta=\frac{\xi}{1+50\rho'},\qquad \xi=2.0\,(5\text{년}),\ 1.4,\ 1.2,\ 1.0 $$
$\Delta_{lt}=\lambda_\Delta\Delta_{sus}$
합계 $\Delta_L+\Delta_{lt}\le \frac{L}{240}$
$$\begin{aligned}\lambda_\Delta &= \frac{\xi}{1+50\rho'} = \frac{2}{1+50\times0} = 2.00 \\ \Delta_{lt} &= \lambda_\Delta\Delta_{sus} = 2.00\times2.18 = 4.37\ \text{mm} \\ \Delta_L+\Delta_{lt} &= 1.46+4.37 = \boxed{\mathbf{5.82}\ \text{mm}}\ \le\ L/240 = 25.0\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
4.4.2.3(1) (4.4-8)
$$ \lambda_\Delta=0.6\,\xi $$
ξ → KDS 14 20 30 4.2.1(5)
압축보강근 무시
$$\begin{aligned}\lambda_\Delta &= 0.6\,\xi = 0.6\times2 = 1.20 \\ \Delta_{lt} &= \lambda_\Delta\Delta_{sus} = 1.20\times6.61 = 7.94\ \text{mm} \\ \Delta_L+\Delta_{lt} &= 4.41+7.94 = \boxed{\mathbf{12.35}\ \text{mm}}\ \le\ L/240 = 25.0\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
지속 사용응력
$f_{fs,\mathrm{sus}}$지속하중분만의 응력
크리프 파단 방지
해당 없음
RC 해당 없음
4.4.3(1) (4.4-9)
$$ f_{fs,sus}=M_{s,sus}\frac{n_f d(1-k_{cr})}{I_{cr}}\ \le\ 0.30f_{fu} $$
$$\begin{aligned}M_{s,sus} &= 0.60\times120 = 72.0\ \text{kN}\cdot\text{m} \\ f_{fs,sus} &= \frac{M_{s,sus}\,n_f\,d(1-k)}{I_{cr}} = \boxed{\mathbf{50}\ \text{MPa}} \\ &\ \le\ 0.30f_{fu} = 0.30\times850 = 255\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
최소 두께 (참고)
4.2.1(1) 표 4.2-1
$$ h_{min}=\frac{L}{16}\ (\text{보, 단순지지}),\ \ \frac{L}{20}\ (\text{1방향 슬래브}) $$
만족하면 처짐 계산 생략 가능
$f_y\ne400$: ×(0.43+$f_y$/700)
$$\begin{aligned}h_{min} &= \frac{L}{16} = 375\ \text{mm}\ \le\ h = 600\ \to\ \text{처짐 계산 생략 가능}\end{aligned}$$
해당 없음
최소두께 규정 없음
직접 계산
설계 대안지금 배치로 RC, FRP 모두 만족
미달이면 본수 증가, 단면 높이 증가 후보를 적용 단추로
하중RC (KDS 14 20 30, 14 20 20)FRP (KDS 14 20 68)
① $M_s = 120$ kN·m✓ 여유 큼
현재 배치로 만족, 지배 장기 합계 처짐 0.23
✓ 통과
현재 배치로 만족, 지배 균열 간격 0.58
기준 6종 비교같은 단면, 하중에서 KDS 14, KDS 24, ACI 15, ACI 22, AASHTO, RC
조항, 식, 원문은 📚 설계 6종 비교 (새 창)
📚 설계 6종 비교, 조항과 계산 나란히 (새 창)
노란 테두리 = 지금 고른 FRP 기준붉은 점선 = 모든 기준에 같은 한계붉은 짧은 선 + 숫자 = 그 기준만의 한계
약칭 KDS 14 = KDS 14 20 68 (건축, 일반), KDS 24 = KDS 24 50 05 (교량), ACI 15 = ACI 440.1R-15, ACI 22 = ACI 440.11-22, AASHTO = AASHTO GFRP 보강 콘크리트교 설계지침 2판 (2018)
최대 이용률 Δ/Δa, s/smax, ffs/fa 중 최대- - 점선: 1.0 = 한계다섯 검토 중 가장 불리한 것1.0 이하면 만족0.23RC0.58KDS 140.58KDS 240.75ACI 150.58ACI 220.59AASHTO장기 합계 처짐 [mm]- - 점선: L/240 = 25.0 mm크리프, 건조수축까지 포함한 최종 처짐5.8RC12.3KDS 149.4KDS 249.8ACI 1512.7ACI 2213.7AASHTO활하중 순간처짐 [mm]- - 점선: L/360 = 16.7 mm활하중을 얹은 직후의 처짐사용감, 비구조재 손상1.46RC4.41KDS 143.36KDS 243.51ACI 154.54ACI 223.42AASHTO균열 제어 간격 한계 smax [mm]- - 점선: 실제 s = 134 mm균열폭을 허용값 이하로보강근 간격 제한950RC231KDS 14230KDS 24179ACI 15230ACI 22229AASHTO막대(간격 한계)가 점선(실제 간격) 위면 OK사용응력 [MPa] (RC fs, FRP ffs)붉은 짧은 선 = 그 기준의 한계전체 사용하중에서 보강근에 걸리는 응력한계는 균열폭을 잡는 응력, 피복 제한88한계 없음RC83168KDS 1483163KDS 2483140ACI 1583168ACI 2283163AASHTO붉은 짧은 선 = 그 기준의 응력, 피복 제한RC 는 한계 규정 없음(균열 간격으로 제어)지속 사용응력 ffs,sus [MPa]붉은 짧은 선 = 그 기준의 한계지속하중분만의 응력오래 버티면 끊어지는 크리프 파단을 막는 한계해당 없음RC50255KDS 1450240KDS 2450160ACI 1550255ACI 2250240AASHTO붉은 짧은 선 = 그 기준의 크리프파괴 한계 (KDS, ACI440.11, AASHTO = 0.30ffu / ACI 440.1R-15 = 0.20ffu , RC 해당 없음)한계 사용모멘트 Ms,max [kN·m]- - 점선: 현재 Ms = 120 kN·m이 단면이 사용성으로 버티는 모멘트368RC164KDS 14163KDS 24140ACI 15163ACI 22159AASHTO모든 사용성 검토를 만족하는 최대 Ms (이분법)막대가 점선 위면 여유 있음균열모멘트 Mcr [kN·m]- - 점선: 현재 Ms = 120 kN·m이 값을 넘으면 단면이 갈라져 강성이 떨어짐82.8RC82.8KDS 1482.8KDS 2481.5ACI 1581.5ACI 2282.8AASHTO막대(Mcr)가 점선(Ms) 아래면 균열 단면으로 검토KDS 14 20 68은 0.8Mcr 기준유효단면2차모멘트 비 Ie/Ig갈라진 뒤 남는 강성처짐 계산의 핵심한계 없음 (1.0 = 비균열, 작을수록 강성 저하)0.62RC0.21KDS 140.27KDS 240.28ACI 150.21ACI 220.28AASHTO
기준 6종 핵심값
노란 칸 = 지금 고른 기준
막대 그림은 ⤢ 크게
기준최대 이용률 $\Delta/\Delta_{a}$, $s/s_{max}$, $f_{fs}/f_{a}$ 중 최대장기 합계 처짐 [mm]활하중 순간처짐 [mm]
KDS 14 20 30 (RC)0.235.81.46
KDS 14 20 680.5812.34.41
KDS 24 50 050.589.43.36
ACI 440.1R-150.759.83.51
ACI 440.11-220.5812.74.54
AASHTO-20180.5913.73.42
💡 숫자에서 읽히는 것 (펼치기)
처짐가장 큼 AASHTO 13.7 mm (RC 5.8 mm의 2.4배), 가장 작음 KDS 24 9.4 mm
균열 제어 간격RC 950 mm, FRP 179–231 mm → 실제 134 mm는 모두 OK
한계응력 가장 엄격 ACI 15 140 MPa, 가장 느슨 KDS 14 168 MPa; 크리프 한계는 ACI 15만 0.20$f_{fu}$ (나머지 0.30$f_{fu}$)
여유현재 $M_s$ = 120 kN·m → RC 368 kN·m (3.1배, 먼저 걸림: 장기 합계 처짐), KDS 14 164 kN·m (1.4배, 먼저 걸림: 균열 간격)