일단, 공학을 하면서 참 복잡하던게 기호가 책마다 다 달라서 굉장히 힘들었어요.
같은 파스칼(Pa)라는 단위도 화학공학에서는 Pa과 bar를 많이 쓰는 한편, 건축공학에서는 N/mm^2 , MPa 의 단위를 많이 씁니다.
또, 전단력, 응력, 축력을 V,S, 시그마, 타우, f, v 등 책마다 다 달라서 이점 유의하셔야 합니다.
저는 공대생은 모를리 없는 회사죠. McGraw-Hill사의 콘크리트구조설계 14판 (동화기술)의 교재를 이용합니다.
오늘은 철근 콘크리트의 역학파트를 배우기 전 기초 지식을 체크하고 넘어갈게요.
하중
크게 활하중(Live load), 고정하중(Dead load), 환경하중(Environmental load)이 있습니다.
고정하중이란 구조물의 사용 기간동안 바뀌지 않는 하중입니다. 구조물의 자중과 부속설비 등이 이에 해당합니다.
활하중(적재하중)은 움직일수 있는 하중, 즉 가구와 사람, 교량에선 자동차 등이 있어서 확실히 알 수가 없는 하중이죠. 대표적인 값은 건축물의 용도와 위치에 따라 활하중이 달라지기에 표를 참고하셔야 해요.
표는 단위에 따라 숫자가 바뀔 수 있으니 유의하시고 다른 검색엔진에서 쉽게 찾으실 수 있습니다. 우리는 이게 중요한게 아니니까요 ㅎㅎ
환경하중은 적설하중, 풍하중, 지진하중 등 활화중과 같이 정확히 알 수가 없습니다. 따라서 이 환경하중도 설계기준을 적용하고 있죠.
강도
강도감소계수는 Φ로 표현합니다. 공칭강도에 적용해서 평균 강도보다 낮은 수치를 보강해주는 역할을 합니다. 1MPa까지 버티길 바랬는데 아닐 수 도 있으니까요.
인장지배 단면에서는 0.85,
압축지배 단면은 0.7 ~ 0.65
전단, 비틀림모멘트 0.75
등의 무차원 상수를 곱해주게 됩니다.
하중계수는 γ로 표현하며 언 설계하중에 적용됩니다.
일반적으로
공칭강도×강도감소계수 ≥ 하중계수 × 설계하중
의 안전 요구조건이라고 합니다.
설계강도란 공칭강도 × 강도감소계수를 뜻합니다.
당연히 설계강도는 소요되는 강도보다 강해야 안전하겠죠!
보통
소요강도(U) = (고정하중 × 1.4) + (활하중 × 1.6)
의 식을 이용해서 구하게 됩니다.
정리를 하자면
소요강도(Mu) ≤ 설계강도(Md) < 공칭강도(Mn)
자 그럼 저기에 위의 수를 곱해주게 됩니다.
공칭강도에 강도감소계수(0<계수<1)를 곱하면 설계강도입니다. 안전성 확보를 위해서 줄이는 겁니다.
재료
시멘트는 아실거라 믿습니다.
시멘트는 물과 함께 사용하게 되는데, 액체상태에서 고체상태가 되면 (물은 기화합니다) 부피가 줄고, 열이 발생합니다. 물의 비율이 높을수록 작업성이 좋아집니다.
물은 시멘트 질량의 0.25이상, 보통 0.4 ~ 0.6 정도의 물을 넣습니다. 물을 적게 넣을수록 강도가 강해지지만 작업성 확보가 어렵죠. 따라서 이 때는 혼화제를 이용한답니다.
물을 많이 사용하면 단점이 있습니다.
물은 기화해서 날아갑니다. 균열과 공극이 생길 가능성이 있죠. 즉 강도가 약해집니다.
콘크리트는 물과 섞인 후 응결합니다. 액체가 고체가 될 때 열이 발생하죠. 물은 기화할때 열을 흡수하지만 콘크리트가 굳는 속도보다 빨리 기화하기 때문에 열 발생은 막을 수 없습니다.
그런데 열 발생 후 콘크리트 외부는 빨리 식고, 내부는 천천히 식게 됩니다. 온도가 높으면 팽창하는데 속은 팽창, 밖은 수축하면 어떻게 될까요. 균열이 발생합니다.
따라서 이 수화열 처리도 굉장히 예민합니다. 그래서 콘크리트가 마르기 전 한번씩 물을 뿌려줍니다.
골재는 시멘트와 스까서 모래, 자갈로 콘크리트를 만들죠. 공극을 메꿔주고 강도, 내구도, 경제성을 위해 골재 사용은 필수입니다.
혼화제와 혼화재
매번 헷갈리는 부분이죠!
혼화재는 혼화되는 재료! 즉 중량을 추가해줘야합니다.
플라이애시, 실리카 퓸, 고로슬래그 등이 있고,
혼화제는 콘크리트 대비 매우 적게 사용하는 제품들 입니다.
응결촉진제, 응결지연제, AE제, 감수제 등이 있으며 딱 끝에 제라는 단어가 붙네요 ㅎㅎ
콘크리트의 작업성을 확보해주거나, 환경에 대비한 아이템들 입니다.
오늘 준비한 포스트는 여기까지 입니다.
다음 게시물은 화공열역학을 할지, 계속 철콘을 이어나가서 공학 문제를 풀어볼지 모르겠네요!
감사합니다.