218 ❙ 구조물공

56

구조물공

철근 겹이음 길이 산정(안) 검토 설계처-1736

(2015.06.18)

1 검 토 배 경

「한계상태설계법 적용 추진방안 검토(설계처-467, 2015.03.03)」에

의거 철근 겹이음 길이 산정에 대한 기준을 검토하여 합리적인

적용 방안을 마련하고자 함.

2 국내외 관련 기준 검토

□ 도로교설계기준(2010) 및 콘크리트구조기준(2012)

◦ 콘크리트 강도, 철근직경 및 강도에 따른 기본정착길이를 구한 후,

· 인장철근 기본정착길이 :   





 

* 여기서,  : 철근의 직경,  : 철근의 항복강도,

 : 콘크리트의 압축강도

· 압축철근 기본정착길이 :   





 

◦ (인장철근)의 경우

- 철근의 배근위치, 철근의 도막여부, 경량콘크리트 여부 등의

보정계수를 곱하여 최종 정착길이를 산정하고,

· 보정계수 α : 배근 위치계수

* 철근 아래 300mm 이상으로 콘크리트가 타설되는 경우 1.3 : 그 외 1.0

· 보정계수 β : 철근 도막계수(일반철근 1.0)

* 에폭시 도막철근 1.2 또는 1.5 : 일반철근 1.0

· 보정계수 λ : 경량 콘크리트 계수

* 보통콘크리트 1.0

*「공식에 의한 정착길이 산정」도 있으나, 설계실무에서는 위 내용을

주로 사용

구조물공 ❙ 219

구조물공

- 겹침이음 중복 비율 및 철근량 비(배근 

소요  )에

따라 겹침이음 등급을 적용하여 최종 겹이음길이를 산정한다.

· A급 이음 : 1.0 

* 배근 철근량이 이음부 전체 구간에서 요구되는 소요 철근량의 2배

이상이고, 소요 겹침이음 철근량이 전체 철근량의 1/2 이하인 경우

· B급 이음 : 1.3 

* A급 이음 이외의 경우(단 300mm 이상)

◦ (압축철근)의 이음은 철근 항복강도 및 콘크리트 강도에 따라

최종 겹이음길이를 산정한다.

· 산정 공식 :   

    * 콘크리트구조기준(2012) 산정 공식

·  ≤ 400MPa : 0.072  이하로 산정

·  ＞ 400MPa :     이하로 산정

· ＜ 21MPa : 겹이음길이 1/3 증가

· 300mm 이상이어야 하며, 인장철근 겹이음길이보다 길 필요 없음

◦ 겹이음길이 산정 예시

< 조 건 >

· =30MPa, =400MPa, =28.6mm

· 피복두께 : 상․하부 각각 100mm

· 철근간격 : 상부 200mm, 하부 100mm

· 일반철근, B급 이음

<겹이음길이 산정 결과>

J1 인장철근 겹이음 길이 : 1,630mm

J2 압축철근 겹이음 길이 : 830mm

※ 별첨 #3, 4 겹이음길이 산정근거

* 도로교설계기준(2010)은 콘크리트구조기준(2012)과 유사함

220 ❙ 구조물공

□ AASHTO Specification(2002) 및 AASHTO LRFD(2014)

◦ 국내기준이 AASHTO Specification(2002)을 준용하고 있으므로

관련 내용은 거의 유사하며,

◦ AASHTO Specification(2002)과 LRFD(2014)에서의 철근 정착

및 겹이음 관련 기준은 변경되지 않았음

3 한계상태설계법 관련 기준 적용(안) 검토

□ 기준요약

◦ 현행 한계상태설계법의 “콘크리트” 편은 유로코드를 기반으로 함

* 강교 및 나머지는 LRFD를 기반함.

◦ 철근직경, 설계응력 및 철근의 콘크리트에 대한 부착강도를

고려하여 기본정착길이를 구한 후,

· 기본정착길이 :    

* 여기서,  : 철근의 직경,  : 철근의 설계 응력,  : 이형철근의 부착강도

◦ 철근 형상, 콘크리트피복, 겹침이음 철근비율 등을 고려한

각종계수() 및 소요철근 대 사용철근비를 곱하여 최종겹이음

길이를 구한다.

· 설계겹침이음길이 :           ≥ min

여기서, min  max       mm

 : 필요철근량,  : 사용철근량

     : 각종 계수(붙임 #5 참조)

※ 압축철근 및 인장철근에 따라 계수가 달라짐

구조물공 ❙ 221

구조물공

□ 문 제 점

◦ 그간의 국내 설계기준은 미국 기준(AASHTO, ACI 등)을 준용

하고 있었고, 따라서 토목 실무자들은 유로코드를 기반으로 하는

한계상태설계법에 익숙하지 않으며,

◦ 콘크리트구조기준(2012)은 압축철근이 인장철근보다 길지 않도록

규정하고 있으나,

◦ 신 설계기준의 관련식을 정밀하게 적용할 경우 압축철근 겹이음

길이가 산정되지 않으며,

     비구조용으로 압축부에 배근되는 철근의 설계응력

()을 구할 수 없으므로 겹이음 길이가 없음

◦ 그간의 방법으로 설계실무에 적용 시 압축철근 겹이음길이가

인장철근보다 길게 산정되며,

·      철근의 설계응력()은 설계실무 편이를 위해

보수적 값으로 적용(  )

· 압축철근의 겹침이음 비율에 따른 보정계수() 부재로 인장철근

규정 준용

압축철근 정의 재정립 검토 필요

“비구조부재로서의 압축측에 배근되는 철근을 어떻게 볼 것인가?”

압축철근 길이 산정 과다에 대한 추가 검토 필요

222 ❙ 구조물공

□ 그간 설계 실무 적용에서의 압축철근

① 철근의 압축강도를 활용하는 구조용 철근 : 기둥, 복철근 등

② 철근의 압축강도를 활용하지 않으나, 압축부에 배근되는

비구조용 철근으로서 온도․건조수축 등 제어를 위한 철근

: 기초 상단, 교대 벽체 전면 등

☞ ①, ② 모두 압축철근으로 겹이음 산정

※ 겹이음 산정 결과

구 분

기초하단

(인장철근)

기초상단

(압축철근)

비 고

콘크리트구조기준 및

도로교설계기준

1,630 mm 830 mm

- 인장철근이 800mm

(50%) 길게 산정

한계상태설계법(2015)

1,040 mm 1,120 mm

- 압축철근이 80mm

(8%) 길게 산정

- 설계 실무에서 압축철근으로 적용하고

- “철근의 설계응력=”로 최대값 적용

※ 붙임 # 3, 4 : 겹이음길이 산정근거 참조

□ “압축철근 겹이음” 관련 개선(안) 검토

◦ “압축철근”을 압축부 구조용과 압축부 비구조용 철근으로 구분 필요

압축부 구조용 철근 : 기둥, 복철근 등 철근강도를 활용.

압축부 비구조용 철근 : 온도, 건조수축 제어용 철근으로서 철근

강도를 활용하지 않음.

◦ 압축철근 관련 해외기준 고찰 및 추가 개선 적용(안) 검토

- 겹침이음 관련 계수()를 1.0으로 산정

- 한계상태설계법 : “:정의 없음”, 그러나 압축측의 모든 철근과 배력

철근은 한 단면에서 겹침이음이 가능한 것으로 규정됨.

- DIN : 에 해당되는 계수 1.0 적용

∴ = 1.0 적용 (붙임 #1 DIN 규정 참조)

구조물공 ❙ 223

구조물공

- 콘크리트구조기준과 같은 개념으로 압축철근 겹이음은 인장철근

겹이음보다 크지 않게 산정

※ 붙임 #2 BS 규정(압축철근·인장철근 겹침길이 산정표) 참조

◦ 압축부 비구조용 철근의 겹이음

- 철근 설계응력 산정불가에 따른 겹이음 길이 산출 곤란

:     , 의 응력 산정 불가

∴ 최소 겹이음 길이 적용

min  max    mm

ex) H29를 적용하는 경우

min  max  ×    mm = 429

∴ 430 mm 겹이음 적용

◦ 개선방안 적용 겹이음 길이 산정 시 결과값

구 분 겹이음 길이 적 용 개 념

기초하단 1,040 mm 인장철근

기초상단 430 mm 압축부 비구조용 철근

※ 붙임 #3 콘크리트구조기준(2012) 겹이음길이 산정 예 참조

※ 붙임 #4 한계상태설계법(2015) 겹이음길이 산정 예 참조

4 검 토 결 론

* 한계상태설계법(2015)의 겹이음 산정을 위한 설계 적용 방안

① 압축철근의 구분

: 압축부 구조용 철근 / 압축부 비구조용 철근

② 압축부 겹침 비율 관련 계수 : 겹침 비율에 관계없이  = 1.0

③ 압축철근 겹이음은 인장철근 겹이음보다 길지 않도록 규정

④ 압축부 비구조용 철근 겹이음 : 최소 인장철근 겹이음

224 ❙ 구조물공

□ 겹이음길이 산정 예시

구 분 개요도 조 건

겹이음

길이

바닥판

-  : 35MPa,  : 500MPa,

 : 16mm(상연/하연),

피복두께 : 60mm(상연), 40mm(하연),

철근간격 = 200mm(상연/하연),

바닥판 두께 =240 mm

- 상․하부철근은 인장철근

상연 :

500mm

하연 :

610mm

교대벽체

배면/전면

-  = 30MPa,  = 400MPa,

 = 25mm(전면/배면),

피복두께 = 100mm(전면/배면),

철근간격 = 125mm(전면/배면),

벽체 두께 = 1,000mm

- 전면은 압축부 비구조용 철근, 배면은

인장철근

전면 :

390mm

배면 :

850mm

기 둥

-  : 40MPa,  : 500MPa,

 : 29mm, 기둥 지름 : 1,000mm,

철근간격 : 125mm, 피복두께 : 100mm

- 기둥 주철근은 압축·인장을 교번하는

구조용 철근

압축 :

850mm

인장 :

1,060mm

∴1,060mm

기 초

-  : 30MPa,  : 400MPa,

 : 29mm(상단/하단), 기초두께: 1,000mm

피복두께 : 100mm(상단/하단),

철근간격 : 200mm(상단), 100mm(하단)

- 하단은 인장철근, 상단은 압축부

비구조용 철근

상단 :

430mm

하단 :

1,080mm

라멘교

벽체

배면/전면

-  : 30MPa,  : 400MPa,

 : 25mm(전면), 29mm(배면),

피복두께 : 100mm(전면/배면),

철근간격 : 125mm(전면/배면),

벽체두께 : 1,000mm

- 전면․배면은 모두 압축/인장이 교번하고,

단철근으로 설계하므로 인장철근 적용

전면 :

850mm

배면 :

1,010mm

구조물공 ❙ 225

구조물공

5 적용 및 향후추진 계획

□ 적 용

: 포항-영덕 및 파주-포천 한계상태설계법 대상 교량부터 적용

□ 향후추진 계획

: 신 설계기준의 모호한 세부 내용을 명확히 하도록 개정 건의

(한국도로협회)

6 기 대 효 과

◦ 신 설계기준에 대한 설계자 학습 독려

◦ 시공상세도 작성 활성화 기대

◦ 신 설계기준 적용을 위한 기술 선도 기관으로서의 위상 제고

붙임 #1 : DIN 규정(압축철근 =1.0 적용)

#2 : BS 규정(압축철근 인장철근 겹침길이 산정 표)

#3 : 콘크리트구조기준(2012) 겹이음길이 산정 예

#4 : 한계상태설계법(2015) 겹이음길이 산정 예

#5 : “한계상태설계법(2015)” 일부 발췌

#6 : 인장철근 및 압축부 구조용 철근 겹이음 계산

#7 : 압축부 비구조용 철근 겹이음 계산

226 ❙ 구조물공

[붙임 #4]

한계상태설계법(2015) 겹이음길이 산정 예

<조 건>

- =30MPa, =400MPa, =28.6mm,

- 피복두께: 상․하부 각각 100mm

- 철근간격: 상부 200mm, 하부 100mm

- 일반철근

< 겹이음 길이 산출 >

- J1

a. 기본정착길이 산정

∙      



× 

 × 

≒  

      ×  ×  ×  ×    

  

  ×     ,        

b. 설계 정착길이 산정

∙   ≥ min

   ×  ×  ×  ×  ×  ×   

≒  ≥ 

min  max ×    ×       

 :1.00,  :0.96,  :1.00,  :1.00,  :1.00,  :1.00

c. 겹이음길이 산정

∙          ≥ min

  ×  ×  ×  ×  ×   

≒  ≥ 

min  max ×  ×    ×      

 :1.00,  :0.96,  :1.00,  :1.00,  :1.40

∴ 겹이음 길이는 1,040 mm 적용

구조물공 ❙ 227

구조물공

- J2

(당초)

a. 기본정착길이 산정

∙      



× 

 × 

  

      ×  ×  ×  ×    

  

  ×      ,        

b. 설계 정착길이 산정

∙   ≥ min

   ×  ×  ×  ×  ×  ×   

≒  ≥ 

min  max ×    ×       

 : 1.00,  : 1.00,  : 1.00,  : 1.00,  : 1.00,  : 1.00

c. 겹이음길이 산정

∙          ≥ min

  ×  ×  ×  ×  ×  ×  



 

≒  ≥ 

min  max ×  ×   ×      

 :1.00,  :1.00,  :1.00,  :1.00,  :1.40

∴ 겹이음 길이는 1,120 mm 적용

(개선)

a. 비구조 철근이므로 최소 인장철근 겹이음 길이로 산정

∙min  max ×       

 : 1.00,  : 1.00,  : 1.00,  : 1.00,  : 1.00,  : 1.00

∴ 겹이음 길이는 430mm 적용

228 ❙ 구조물공

[붙임 #6] 구조용 철근 겹이음 계산

구조물공 ❙ 229

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230 ❙ 구조물공

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[붙임 #7] 압축부 비구조용 철근 겹이음 계산

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