[토목구조] 콘크리트 유효탄성계수

토목구조기술사 기출문제로 콘크리트 유효탄성계수가 나왔었습니다. 유효탄성계수는 시간 경과에 따른 크리프 효과를 고려한 탄성계수라고 보시면 됩니다. 유효탄성계수 의미와 유효탄성계수 산정하는 방법 그리고 유효탄성계수 활용까지 알아보도록 하겠습니다. 유효탄성계수 개념은 구조기술사뿐만 아니라, 시공기술사에도 개념문제로 자주 출제되는 유형입니다. 도움 되시길 바랍니다.

 

 

1. 콘크리트 탄성계수

먼저, 가장 일반적으로 사용되는 탄성계수 개념에 대해 짚고 가겠습니다. 콘크리트 탄성계수는 응력-변형률 곡선에서 콘크리트 최대 강도의 약 50% 지점과 원점을 잇는 할선(secant)의 기울기를 탄성계수 Ec 로 간주합니다. 콘크리트 탄성계수는 콘크리트 강도에 따라 달라지는데요, 산정식 정리는 지난 글에 올렸었는데, 아래에 링크로 다시 드리겠습니다.

콘크리트 탄성계수 계산기(계산기로 한번에 구하자)👇

콘크리트 크리프

그런데, 콘크리트는 시간경과함에 따라 크리프의 원인으로 변형이 발생되게 됩니다. 이 중 크리프에 의한 변형률 개념이 들어오는데, 하중 재하시, 즉시 변형은 탄성변형이라 하고 하중 재하 후 시간 경과시에 발생하는 변형을 크리프 변형이라고 합니다.  즉, 크리프 변형은 시간 의존 변형의 개념입니다. 참고로 크리프는 하중제거에도 영향을 미치는데요, 하중 제거시 즉시 회복은 탄성회복, 시간 경과에 따라 되는 회복은 크리프 회복이라고 합니다. 이 크리프 변형에 대한 영향까지 고려한 탄성계수를 유효탄성계수라고 합니다.

2. 콘크리트 유효탄성계수 Eeff

위에 언급한 크리프 변형을 탄성계수에 추가하면, 유효탄성계수가 됩니다. 이 유효탄성계수를 산정하는 방법은 콘크리트 탄성계수를 먼저 구하고, 분모에 (1+Ct)를 추가하면 됩니다. 이때 Ct는 크리프 계수(creef coefficient)라고 하며, 일반적으로 1.5~2.0의 값을 갖습니다.

콘크리트 크리프 계수

크리프 변형률을 산정하는 방법은 탄성변형률에 크리프 계수를 곱하여 주면 됩니다. 아래 그래프를 참고하시면, 이해가 빠를 거 같습니다.

3. 콘크리트 유효탄성계수 활용

유효탄성계수 및 크리프를 산정하는 이유는 구조물의 장기거동을 예측하기 위함입니다. 구조물의 탄성변형도 중요하지만, 시간변과에 따른 최종적인 변형을 가깝게 예측하는 것은 매우 중요합니다.

 

크리프 변형률을 예측하는 계산식은 있습니다만, 여기서 다루진 않겠습니다. 왜냐면, 구조기술사/시공기술사에서 크리프 문제가 나온다면 크리프 계수는 보통 다 주어집니다. 아니면 1.5~2.0 사이에 값을 지정했다고 가정하고 풀이하셔도 충분합니다.

 

토목구조기술사 115회 1교시 풀이

 

이상으로 토목구조기술사 기출문제인 유효탄성계수에 대해 알아봤습니다. 도움되셨기를 바랍니다. 감사합니다

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기술사 문제는 다양한 문제를 보는것이 중요합니다. 콘크리트 탄성계수, 철근/긴장재/형강 탄성계수에 대해 글을 올렸습니다. 아래 링크로 참고 부탁드립니다. 챙겨가세요!

(링크) 콘크리트, 철근, 긴장재, 형강 탄성계수