재하하중에 의해 발생하는 전단균열의 각도는
꼭 45도로만 발생하는 것은 아닙니다.
균열각도의 가정은 재하하중의 크기, 설계법에 따라 달라집니다.
1. 초기 전단균열 각도 : 45도
극한강도 설계법에서 초기에 균열이 발생하기 시작할 때의 균열의 각도는
재하방향의 45도로 발생한다고 가정하고 있습다.
Vu가 (1/6)√(fck)bd를 초과하는 경우가 될 것입니다.
콘크리트의 전단강도 Vc 가 이 값입니다.
초과할 경우 전단철근을 유효춤(d)의 1/2 간격으로 배치하도록 하고 있습니다.
이는 지간 방향길이 d 이내에 적어도 1개 이상의 철근이 배치되도록 하기 위함입니다.
만약 전단철근의 간격을 d로 하면 전단철근과 전단철근 사이에서 균열이 발생하기 때문에
전단보강효과가 없을 것입니다.
2. 재하하중이 Vc의 2배가 되는 경우 : 22.5도
Vu가 (1/3)√(fck)bd를 초과하는 경우가 됩니다.
설계기준에서는 언급하지 않고 있습니다만, 기준의 규정으로 유추해보면
Vu가 Vc의 2배가 되면 균열의 각도는 하중의 재하방향의 22.5도 까지
발생할 수 있다고 보고 있는 것 같습니다.
그래서 이 경우는 전단철근의 배치간격을 유효춤의 1/4의 간격으로
이내로 배치하여 작아진 균열각도에 대응할 수 있도록 하고 있습니다.
2. 재하하중이 Vc의5배가 되는 경우 : 0도
Vu가 (5/6)√(fck)bd를 초과하는 경우가 됩니다.
이때는 전단 균열이 수직으로도 발생할 수 있기 때문에
아무리 전단철근을 보강하더라도 효과가 없다는 것입니다.
전단철근과 전단철근의 사이로 균열이 발생하기 때문입니다.
이와 같이 기준에서 제시되는 식을 균열각도와 연관시켜서 생각할 수 있습니다.
여러분의 이해를 돕기 위해서 조금 무리하기 비약하지 않았나 하는 생각도 있습니다.
보의 설계시 보테이블을 많이 이용하고 있습니다.
Vu가 Vc를 초과할 경우는 전단철근을 보춤의 1/2 간격으로 배치하는 것은 잘 하고 있습니다만,
Vu가 Vc의 2배를 초과할 경우는 유효춤의 1/4간격으로 배치해야하는 규정은 의외로
무시하고 있는 것 같습니다.
예전에 제가 만든 보테이블프로그램에서 이 조항에 대해서는 검토를 하고
있기 않기 때문일 것입니다.
그래서 BeST 프로그램의 보테이블 모듈에서는
Vu가 Vc의 2배를 초과할 경우에 대해서 설계할 수 있도록 기능을 추가하였습니다.
이 때문에 이전의 프로그램으로 설계한 프로젝트에
문제가 발생하여 어려움을 호소하는 사용자도 있었습니다.
참고로
한계상태설계법을 사용하고 있는 BS기준 등에서는
초기균열각도를 철근이 있을 경우 30도로 보고 있습니다.
위험단면의 위치를 지지단에서 1.5d거리에 해당됩니다.
이 값은 철근의 존재 유무에 따라 달라집니다.
따라서 뚫림전단의 위험단면은 0.75d 입니다.
이 값은 어디서 본 값이죠?
아마 파괴상태로 설계하기 때문에 균열의 더 멀리까지 퍼져나가는 것으로 생각하고 있습니다.
국내에서 일부는 이 문제를 간과하고
극한강도법에서 사용하는 45도를 사용하여 한계상태 설계법으로 계산하거나
극한강도법으로 설계하면서 30도로 계산되어진 식을 사용하도록 하고 있습니다.
앞뒤가 맞지 않는 경우가 있었습니다.
