Reinforced Concrete

철 근 콘 크 리 트

변 동 균, 신 현 묵, 문 제 길

제 1 장   서    론

Reinforced Concrete

Structural Eng. Lab., Dept. of Civ. Eng., Taegu Univ.

1.1 철근 콘크리트의 정의

• 강재 : 인장강도와 압축강도가 거의 같고, 크기가 크기 때문에 구조부재를 쉽게 만들 수 있다.

• 콘크리트 : 압축에는 강하지만 인장에는 약하다는 단점이 있다.

인장강도는 압축강도의 [eqn: {1}over{9}～{1}over{13}`]정도, 휨인장강도는 압축강도의 [eqn: {1}over{5}～{1}over{7}`]정도.

∴ 보를 콘크리트로만 만들 경우 콘크리트의 휨 압축강도가 발현되기 전에 인장측에 균열이 일어나서 보로서의 구실을 다하지 못한다.

→ 인장측에 강봉을 묻어서 휨인장을 받게 함 → 철근콘크리트 보

• 콘크리트에 강봉을 묻어서 두 재료가 일체로 되어 외력에 저항하도록한 것을 철근콘크리트(Reinforced Concrete)라고 한다.

→ 철근은 주로 인장을 보강하기 위하여 쓰인다. 때로는 압축을 보강하기 위해서도 쓰인다.

• 철근 콘크리트속에 구조용 강재를 묻어 보강한 경우 →⃗철골철근 (Steel Framed Reinforced Concrete)

• 고강도 강재를 사용하여 콘크리트에 프리스트레스를 도입한 경우 →(Prestressed Concrete)

1.2 기본개념

1.2.1 콘크리트와 철근의 상호작용

• 콘크리트

→ 시멘트, 물, 모래, 자갈 등으로 만들어진 복합재료(複合材料)

→ 비균등질이고, 비탄성적인 성질을 가지고

→ 하중이 지속해서 작용하면 변형이 증가하고, 건조 기타에 의하여 수축한다.

→ 압축강도는 비교적 크지만 인장강도는 압축강도에 비해 매우 작고([eqn: {1}over{9}～{1}over{13}`]), 늘어나는 능력도 몹시 작으므로 인장응력에 의해서 균열(crack)이 발생하기 쉽다.

•철근

→ 탄성한도 이하에서는 거의 완전한 탄성체이며, 또 파단할 때까지의 늘어나는 율이 크다.

c.f) Hooke's law : 재료의 대부분은 실용적인 범위 내에서 응력과 변형률이 비례한다.

[eqn: sigma~=~E․ epsilon `]

탄성(elasticity, 彈性) : 물체에 외력을 가하면 변형(deformation)이 생기고, 이 외력을 제거하면 원래의 모양, 크기로 되돌아가려는 성질

소성(plasticity, 塑性) : 반대로 원형으로 되돌아 가지 않는 성질.

∴ 철근콘크리트가 효율적으로 외력에 견디기 위해서는 압축은 주로 콘크리트가 받고 인장은 철근이 받도록 합성하는 것이 유리하다.

1.2.2 철근 콘크리트의 성립 이유

(1) 철근과  콘크리트 사이의 부착강도가 크다. → 재료의 활동을 방지 일체화 시킨다.

(2) 콘크리트 속에 묻힌 철근은 녹슬지 않는다. → 콘크리트가 불투수성이기 때문.

c.f)  콘크리트는 강알칼리 : 시멘트의 수호반응에서 생긴 수산화칼슘이 대기중의 탄산가스와 반응, 탄산칼슘과 물로 변화 함으로써 중성화 진행.

콘크리트 내부의 pH가 11 이상에서 철근은 표면에 부동태를 형성하므로 산소가 존재해도 녹슬지 않지만, 중성화에 의해서 pH가 11보다 낮아지면 철근에 녹이 발생, 녹에 의해서 철근의 체적이 약 2.5배까지 팽창 → 균열 발생

(3) 콘크리트와 강재의 열팽창계수가 거의 같기 때문에 온도에 의한 변형율이 거의 같다.

(콘크리트 : 열팽창계수는1℃에 대해서(1.0～1.3)×10-5, 강(鋼) : 1.2×10-5)

1.2.3 철근 콘크리트의 장점과 단점

[1] 철근 콘크리트의 장점

(1) 구조물의 형상과 치수에 제약을 받는 일이 없이 구조물 제작 가능.

(2) 구조물을 일체적으로 만들 수 있다.

(3) 구조물을 경제적으로 만들 수 있다.(재료의 입수가 쉽고 강구조에 비해 경제적인 재료)

(4) 내구성이 좋다.

(5) 내화성이 좋다.

(6) 진동이 적고 소음이 덜 난다. : 진동 및 충격에 대한 저항력이 크다.

[2] 철근 콘크리트의 단점

(1) 중량이 비교적 크다. : 장대지간 교량, 연약지반의 구조물에는 불리

(2) 콘크리트에 균열이 발생한다.

(3) 부분적인 파손이 일어나기 쉽다.

: 취성재료(脆性材料)이므로 콘크리트 부재의 모서리 등이 파쇤되는 결점 → 모따기 등

(4) 검사하기가 어렵다.

(5) 개조하거나 보강하기가 어렵다.

(6) 시공이 조잡해지기 쉽다.

(7) 거푸집 및 동바리 현장 시공관리에 유의.

c.f)

표 1-1 힘, 모멘트 및 응력의 단위
구 분	힘	모 멘 트	응 력
종래 사용해온 단위	kg, t	kg․m, t․m	kg/cm2
종래 KS에서 주고 있었던 단위	kgf, tf	kgf․f, tf․m	kgf/cm2
1999년 개정된 설계기준에서 주고 있는 단위	kgf, tonf	kgf․m, tonf․m	kgf/cm2
현행 KS(KS A 0120) 및 2002년 개정된 설계기준에서 주고 있는 단위	N, kN	N․m, kN․m	N/mm2 (MPa)

1.2.4 철근 콘크리트의 발달

․2000년전-로마에서 모르타르(mortar)사용법을 알았음.(로마의 도로,성벽,수로,주택)

․1824- 영국의 벽돌공 Joseph Aspdin이 포틀랜드 시멘트(Portland cement) 제조

․1854- 프랑스 기사 Lanbot가 철근망으로 측벽보강한 Boat 제조(파리 박람회 출품)

․1855- 프랑스 기사 프랑소아 코아네(Francois Coignet)철근망이나 강판을 이용하여 콘크리트 보강법 연구

․1867- 파리의 정원사 조세프 모니에(Joseph Monier) 상판배근법 특허

․1887- 독일 케에넨(Kṏnen),와이스(Wayss)는 철근콘크리보의 이론적 계산방법 발표

․1892- 독일인 바우쉰게르(Bauschinger) 콘크리트속의 철근이 부식하지 않음을 발표

․1894- 프랑스의 코아네는 철근콘크리트 말뚝(pile)에 관하여 특허

․1902- 콘시데(Considere) 철근콘크리트 기둥 특허