탄소섬유를 사용하여 보강을 할 경우
보강후의 내력 계산에서 탄소섬유를 철근으로 치환하여 계산하는 경우가 있습니다.
예제집에서조차 이방법으로 계산을 하고 있습니다.

하지만, 이 방법은 아주 잘못된 방법입니다.

 

CFSreinfStress1.jpg

 

 

탄소섬유와 철근의 탄성계수는 둘다 비슷합니다.
다만 탄소섬유의 강도가 철근의 10배 정도가 됩니다.
따라서 탄소섬유를 단면적이 10배인 철근으로 치환하여 계산하고 있습니다.

 

CFSreinfStress2.jpg

 

 

탄소섬유를 등가의 철근으로 치환하는 것은 구조를 모르고 계산하는
아주 무식한 방법입니다.


단면내에 변형도에 따른 응력의 계산은
응력 = 변형도 x 탄성계수 x 단면적
으로 계산이 됩니다.
탄소섬유를 등가단면적(10배)의 철근으로 치환한다면 위 식은 아래와 같이 바꿀 수 있습니다.
응력 = 변형도 x 탄성계수 x (단면적x10)


그러나 실제는 탄섬섬유의 단면적은 정해져 있고 으므로 탄성계수는 비슷하므로
위 식과 같은 효과를 가질려면 변형도가 10배가 되어야 합니다.
응력 = (변형도x10) x 탄성계수 x 단면적

 

결과적으로 등가단면적의 철근으로 치환하는 효과를 발휘하기 위해서는
인장측의 탄소섬유가 받는 변형도가 철근에 비해 10배가 되어야 한다는 것입니다.
그러나, 탄소섬유보강이 이루어지는 부재는 고정하중을 받고 있는
상태에서 시공이 이루어집니다.


탄소섬유의 변형도가 철근의 10배가 되기는 커녕
철근의 변형도보다 작은 경우가 일반적이겠죠.

 

탄소섬유는 철근과 달리 취성재료입니다.

그래서 탄소섬유가 받을 수 있는 최대 변형도를 제한하고 있습니다.

이 문제도 간과해서는 않됩니다.

 

CFSreinfStress3.jpg

 

실제의 변형도가 철근보다도 적은데 철근의 10배의 변형도로
내력계산을 하는 것이 되기 때문에 엉터리 설계가 되는 것이죠.


예제집에서 조차 잘못 사용,설명되어 있고
이 잘못 설명된 예제집을 신봉하는 사람들이
구조를 한다고 하고 있는 것이 현실이죠.

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