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기둥의 좌굴 및 파괴
안녕하세요...
오늘은 기둥의 좌굴과 기둥의 파괴에 대해 포스팅하겠습니다.
먼저 좌굴이라는 용어가 생소하기는 하는 데요..
이쪽 분야에서는 매우 익숙한 용어이기는 하지만 일반사람들에게는 생소할 수 있습니다.
영어로는 버클링(Buckling)이라고 하고요..
사전적 의미는 순수 축방향 압축력을 받는 세장한 압축재는 어느 정도 이상의 압축력에 도달하면 축방향 변위 뿐만 아니라 횡방향 변위도 발생하게 됩니다.
압축재에 가해지는 하중이 작으면 부재는 축방향으로 길이가 줄어들지만 어느 한계를 넘어가면 구부러 지는 데요.. 이런 현상을 좌굴이라고 합니다.
보통 철근콘크리트 부재에서 좌굴이라는 용어가 사용되기 보다는 세장한 부재가 주로 사용되는 강구조에서 좌굴이라는 용어가 많이 사용됩니다.
일반적으로 철골구조에서는 좌굴이 발생한다고 해도 기둥에서 바로 파괴가 일어나지는 않지만, 철근콘크리트 기둥에서는 일정한 좌굴이 발생만해도 콘크리트 취성파괴 성질 때문에 바로 사진에서와 같이 파괴에 도달하게 됩니다.
좌굴에도 종류가 있습니다.
아래 그림에서 보는 바와 같이 휨좌굴과 비틀림좌굴, 휨-비틀림좌굴 3가지의 압축좌굴이 있습니다.
사실 철근콘크리트 기둥에서는 두번째 비틀림좌굴이나 세번째의 휨-비틀림좌굴이 발생하기도 전에 휨좌굴에서 대부분 파괴되고 있습니다.
횡방향 하중 전달에서 오는 전단파괴가 있기도 합니다.
아래 사진에서 보는 바와 같이 압축재의 압축성능실험을 해보면 콘크리트와 철근이 합성되어 하중에 저항하는 데 어느 하중 한계점에 도달하게 되면 철근이 하중을 이기지 못하고 콘크리트와 탈락되면서 좌굴이 발생하고
그 주철근이 기둥 외부로 구부러지는 파괴되는 데 이를 끝까지 저항하는 것이 기둥의 후프철근입니다.
만약에 아래 사진과 같이 주철근이 볼록하게 튀어나올려고 할 때 후프철근 끝단이 양쪽다 90도 갈고리로 되어 있다면 쉽게 풀릴 것이고...아래사진
그나마 한쪽 90도에 다른쪽 135도 갈고리가 되어 있는 후프철근은 그보다도 잘 버터낼 것이며, 내진상세라 하는 양쪽 135도 갈고리로 된 후프철근이 있다면 그래도 최대한 많이 저항하고 콘크리트 심부에서 팽창해오는 것을 주철근이 1차 방어를 하고 주철근을 변형하지 못하도록 후프철근이 파괴에 저항할 것입니다.
여러 사람들이 135도 그러니까 160도, 180도 이렇게 하면 안될 까 하는 생각도 되겠지만, 그 각도들이 실제 현장에서는 시공이 어렵기 때문에 기준에서 제시하지 않는 것이고 그나마 135도까지는 어찌 어찌해서 할 수 있기 때문에 기준에서는 135도 갈고리를 제시하는 것입니다.
현장에 시공성을 고려하여 기준에서도 제시한 사항입니다.
위의 내용들이 똑같은 지점조건을 가졌다고 가정한 것으로만약에 지점조건이 상이하면 기둥의 파괴는 또 다른 현상으로 발생할 수 있습니다.
지점조건에 따라 압축재가 저항할 수 있는 하중의 크기가 달라지는 데,
이때 좌굴이 되어 파괴가 되기 시작한 하중을 좌굴하중(Pcr)이라고 합니다.
좌굴하중은 보통 세장비이 반비례하고 압축부재의 단면적 크기에 비례합니다.
지점조건이 미치는 것은 압축재의 길이이고 지점조건에 따라 곱해지는 값이 유효좌굴길이 계수(K)인데
압축재의 길이에 유효좌굴길이 계수 K가 곱해진 것이 유효좌굴길이(Effective Buckling Length)입니다. (아래그림)
사실 일반 사람들에게는 이 개념까지 갈 필요는 없겠지요..
오늘 포스팅에서 중요한 건 기둥이 주철근도 중요하지만 철근콘크리트 기둥에서 주철근 배치도 중요하지만 횡보강철근인 후프철근의 배치 및 배근, 그리고 갈고리의 형태가 중요하다는 사항을 강조하고 싶습니다.
오늘은 여기까지 포스팅하겠습니다.
읽어봐 주셔서 감사합니다.
