part3 psc box 설계 - midaskor.midasuser.com/civil/data/design_psc_box.pdf · 2014-11-19 · part...

Part 3. PSC Box 설계

3-1. 개요

midas Civil에서는 구조해석이 완료된 모델의 콘크리트, Steel, SRC 부재 그리고 PSC 단면

에 대한 설계기능을 제공하고 있습니다. 이 설계기능을 이용하여 설계단면의 사용 철근량

과 강도검증, 그리고 사용성 검토를 수행할 수 있습니다. 특히 PSC 단면의 경우 응력 및 강

도에 대한 검토를 수행한 후 계산서를 출력 할 수 있습니다. midas Civil에서의 PSC 단면

설계 과정은 아래와 같습니다.

모델링

구조해석

설계변수 정의

하중조합

설계변수 정의

재료성질 수정

검토위치 지정

단면 설계

| PSC 단면 설계 과정 |

계산서 출력

midas Civil에서는 PSC 단면 설계기능을 이용하는데 다음과 같은 제한 사항이 있습니다.

• PSC 교량은 가설시와 완성시를 모두 검토해야 하므로 시공단계해석이 수행된 모델에

대해서만 PSC 단면 설계기능을 이용할 수 있습니다.

• Beam 요소에 대해서만 단면설계를 할 수 있습니다.

http://kor.midasuser.com/Civil3-1

Beam 요소에 대해서만 단면설계를 할 수 있습니다.

본 따라하기에서는 “FSM 공법 교량의 시공단계해석”에서 작성한 모델을 이용하여

철근정보를 추가로 입력하고 가설시와 완성시에 대한 PSC 단면 설계를 수행합니다.


물 제원 및 일반

3-2. 대상 구조물

대상 구조물의 제원은 다음과 같습니다..

1. 구조물 제원 및 일반도

교량형식 3경간 연속 PSC 박스교량(FSM)

교량 연장 L = 40.0 + 45.0 + 40.0 = 125.0 m

교량폭원 B = 8.5m (2차선)

사 각 90˚ (직교)

32.000

RP1

4.000

CL OF PIER

125.000

37.00040.000

L OF PIER

RP2

C

4.000

A1P2

4.000 4.000

시공이음부시 공 방 향 시공이음부

| 종단면도 |

| 표준단면도 |




CAB

LE "

ET-6"

- (

15.2

4m

m -

12EA)

CAB

LE "

ET-5"

- (

15.2

4m

m -

12EA)

2.0

00

A1

CAB

LE "

24"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

23"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

22"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

21"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

17"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

20"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

19"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

18"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

L=33.5

00X1개

소X19EA=636.5

00

L=33.5

00X1개

소X19EA=636.5

00

L=33.5

00X1개

소X19EA=636.5

00

L=33.5

00X1개

소X19EA=636.5

00

L=35.9

15X1개

소X12EA=430.9

80

L=35.9

15X1개

소X12EA=430.9

80

32

4.0

00

음부

L=37.5

00X1개

소X19EA=712.5

00

L=37.5

00X1개

소X19EA=712.5

00

L=37.5

00X1개

소X19EA=712.5

00

L=37.5

00X1개

소X19EA=712.5

00

AIR

VEN

T

"13"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

"14"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

"15"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

"16"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

"9"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

"12"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

"11"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

"10"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

T-3"

- (

15.2

4m

m -

12EA)

T-4"

- (

15.2

4m

m -

12EA)

RP1

4.0

00

CL O

F P

IER

시공

이음

CAB

LE

CAB

LE

CAB

LE

CAB

LE

CAB

LE

CAB

LE

CAB

LE

CAB

LE

L=50.5

00X1개

소X19EA=959.5

00

L=50.5

00X1개

소X19EA=959.5

00

L=50.5

00X1개

소X19EA=959.5

00

L=46.5

00X1개

소X19EA=883.5

00

L=46.5

00X1개

소X19EA=883.5

00

L=46.5

00X1개

소X19EA=883.5

00

L=50.5

00X1개

소X19EA=959.5

00

L=46.5

00X1개

소X19EA=883.5

00

CAB

LE "

ET

CAB

LE "

ET

L=47.0

00X1개

소X12EA=564.0

00

L=47.0

00X1개

소X12EA=564.0

00

125.0

00

37.0

00

AIR

VEN

T

L O

F P

IER RP2

C

4.0

00

4.0

00

시공

이음

부

CAB

LE "

1"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

2"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

3"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

8"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

6"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

5"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

4"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

CAB

LE "

7"

- (

15.2

4m

m -

19EA)

.500

.500

.500

.500

.500

.500

.500

.500

CAB

LE "

ET-2"

- (

15.2

4m

m -

12EA)

CAB

LE "

ET-1"

- (

15.2

4m

m -

12EA)

.200

.200

40.0

00

L=49.5

00X1개

소X19EA=940.

L=49.5

00X1개

소X19EA=940.

L=49.5

00X1개

소X19EA=940.

L=49.5

00X1개

소X19EA=940.

L=49.5

00X1개

소X19EA=940.

L=49.5

00X1개

소X19EA=940.

L=49.5

00X1개

소X19EA=940.

L=49.5

00X1개

소X19EA=940.

L=35.8

50X1개

소X12EA=430.

L=35.8

50X1개

소X12EA=430.

P2

시 공

방 향


| 강연선의 종방향 배치도 |



84@100=8.400

| 철근 배근도 |

44@100=4.400



사용 재 및 강


1) 상부 콘크리트

설계기준강도 : fck = 45 N/mm2

탄 성 계 수 : Ec = 3.1185 × 104 N/mm2

2. 사용 재료 및 강도

2) P.C 강연선 (Φ15.2mm (0.6˝strand), 17EA)

극 한 강 도 : fpu = 1900 N/mm2

항 복 강 도 : fpy = 1600 N/mm2

단 면 적 : AP = 2357.9 mm2

탄 성 계 수 : EP = 2.0 × 105 N/mm2

도입 긴장력 : fpj = fo,max = 1440 N/mm2

사용된 긴장재에 대한 곡률

마찰계수가 제공된 경우에

는 해당값을 이용하며, 자

료가 없을 경우에는 표

정착구 활동 : Δs = 6mm

곡률마찰계수 : μ = 0.19 / rad (아래 표 참조)

파상마찰계수 : k = 0.006/m

파상마찰계수 k 는 정확한

자료가 없을 경우, 단위 m

5.4.2의 값으로 가정해도 좋

다 (도로교설계기준 한계상

태설계법 5.4.7.4(2))

포스트텐션긴장재

비부착 외부 긴장재

강재덕트/윤활유주입안함

폴리에틸렌덕트/윤활유주입안함

강재덕트/윤활유주입

폴리에틸렌덕트/윤활유주입

냉간압연강성 0.17 0.25 0.14 0.18 0.12

자료가 없을 경우, 단위

당 일 반 적 인 범 위 인

0.001~0.007 을 사용할 수

있다. 평행한 강선이나 강

연선으로 구성된 외부긴장

재에 대해서는 프리스트레

스의 피상마찰손실을 무시

할 수 있다 (도로교설계기

강연선 0.19 0.25 0.12 0.16 0.10

이형강봉 0.65 - - - -

원형강봉 0.33 - - - -

할 수 있다 (도로교설계기

준 한 계 상 태 설 계 법

5.4.7.4(1)).

원형강봉

| 곡률마찰계수 (도.한 표 5.4.2) |



3-3. 구조물 모델링 및 해석

FSM교량의 시공단계 해석을 위해 ( Open Project )에서, ‘FSM’ 파일을 불러옵니다. 그

리고 파일 이름을 ‘PSC Design’으로 저장합니다.

메인 메뉴에서 File > Open Project

메인 메뉴에서 File > Save as…(PSC Design)

1. 기존 모델링 파일 불러오기

1. 파일 이름에 ‘PSC Design’ 입력 후 저장

| 파일 저장 |




재 및 단면 정의1) 크리프와 건조수축

- 시멘트 : 보통 시멘트

- 지속하중이 재하될 때의 콘크리트의 재령 : to = 5일

- 콘크리트가 외기중에 노출되었을 때의 재령 : ts = 3일

- 상대습도 : RH = 70%

2. 재료 및 단면 정의

- 외기 또는 양생온도 : T = 20˚C

- 적용 기준 : KCI-USD12 (도로교설계기준 한계상태설계법과 동일)

- 크리프 계수 : 프로그램에서 계산

- 콘크리트의 건조수축 변형률 : 프로그램에서 계산

Properties > Time Dependent Material (Creep/Shrikage)

Notational Size of Member (h)

A2 A

u

Ah c2 Ac

u




2) 시간에 따른 압축강도 발현곡선 정의

- 적용 코드 : KCI-USD12 (도로교설계기준 한계상태설계법과 동일)

- 평균 압축강도 : 49.5 MPa

- Cement Type : 1종 보통 시멘트

Properties > Time Dependent Material (Comp. Stregth)Properties > Time Dependent Material (Comp. Stregth)

fff ckcm 평균압축강도 , fcm Δf : 40 MPa 미만은 4MPa

60 MPa 이상은 6MPa

그 사이는 직선 보간으로 결정

시멘트 종류, s CEB - FIP도로교설계기준 한계상태

설계법 5 3 1 2(2)

시멘 종류, CEB FIP

- N, R : Normal or rapid hardening cements

- RS : Rapid hardening high strength cements

- SL : Slowly hardening cements

KCI - USD12 (도로교설계기준 한계상태설계법과 동일)

- N, R :1종 시멘트

설계법 5.3.1.2(2)

- RS : 3종 시멘트

- SL : 2종 시멘트




“FSM 공법 교량의 시공단계해석” 따라하기에서는 철근정보를 고려하지 않았지만, 본 따라

하기에서는 철근에 의한 크리프 거동의 구속을 고려하여 실제 PSC 교량의 단면검토를 하

고자 합니다.

PSC단면에 배치된 종방향 철근, 경사 인장 철근 및 전단 강봉, 비틀림 보강철근에 대한 정

본 따라하기 과정에서는 편

의상 종방향 철근의 배치를

단순화하여 배근한다. 실제

로 배근되는 위치와 다를

수 있다

3) 철근 정보 입력

보를 입력합니다. 철근에 대한 정보는 다음과 같습니다.수 있다.

D25, N=84

D25 N=44

전단보강철근에 대한 철근 정보는 아래와 같습니다.

D25, N=44

경사 전단 철근

간격 150 mm

Angle 90˚

배치량 (H22*4 EA)

| 종방향에 대한 철근 정보 |

전단보강철근은 실제 배근

되는 철근으로 입력한다.

전단철근은 부재 종방향 축

과의 각도가 45˚ 에서 90˚배치량 (H22*4 EA)

1548.4 mm2

비틀림 철근

간격 150 mm

횡방향 철근1개의 단면적

(H22*1 EA)387.1 mm2

종방향 철근 전단면적 (H19*60 EA) 1719 mm2

사이가 되도록 배치하여야

한다 (도로교설계기준 한계

상태설계법 5.10.2.6(1)).

비틀림과 전단에 각각 필요

한 횡방향 철근은 중첩하여

배치되며, 횡방향 비틀림

철근은 폐합되어야 한다 1719 mm철근은 폐합되어야 한다

(도로교설계기준 한계상태

설 계 법 5.5.3.2(2) 및

5.10.2.7(1)). 계산에 적용되

는 단면적은 폐합을 구성하

는 단일 철근의 단면적이다.

| 전단보강철근에 대한 정보 |


종방향 철근, 경사 인장 철근 및 비틀림 보강철근은 전단면에 대해 동일하게 배치된다고

가정합니다. 전단면에 대해 동일한 철근을 갖고 있기 때문에 전체 단면을 선택하여 종방향

철근과 전단보강철근에 대한 정보를 한번에 입력할 수 있습니다.

| 전단보강철근에 대한 정보 |



메인 메뉴에서

[Property] 탭 > [Section] 그룹 > [Section Manager] > Reinforcements…1. ‘Longitudinal Reinforcement’ 탭 클릭

2. ‘Same Rebar Data at I & j-end’ check on

3 Target Section & Element에서 ‘1 : span’ 선택

철근 정보를 입력합니다.

“Same Rebar Data at i &

j-end”를 check on하면 요 3. Target Section & Element에서 1 : span 선택

4. Type 선택란에서 ‘Line’ 선택

5. ‘Input Method B’ 선택

6. Starting Point (y,z) 입력란에 ‘-4190, 1149.4’ 입력

7. End Point (y,z) 입력란에 ‘4190, 1149.4’ 입력

8. Num 선택 후 ’84’ 입력

9 ‘Edge Bar’에 Check On

j 를 하

소의 I단과 J단에 동일한 철

근정보가 적용된다.

9. Edge Bar 에 Check On

10. Dia 선택란에서 ‘D25’ 선택

11. 버튼 클릭

12. Starting Point (y,z) 입력란에 ‘-2209,-1740.6’ 입력

13. End Point (y,z) 입력란에 ‘2209,-1740.6’ 입력

14. Num 선택 후 ’44’ 입력

15 버튼 클릭15. 버튼 클릭

16. 버튼 클릭

| PSC 단면 철근 Longitudinal Reinforcement 정보 입력 |




메인 메뉴에서

[Property] 탭 > [Section] 그룹 > [Section Manager] > Reinforcements…1. ‘Shear Reinforcement’ 탭 클릭

2. ‘Diagonal Reinforcement’ check on

3. Pitch ‘150’, Angle ’90’, Aw ‘1548.4’ 입력

4. ‘Torsion Reinforcement’ check on

5. Pitch ‘150’, Awt ‘387.1’, Alt ‘17190’ 입력

6. Enclosing Striup에서 Conver Thickness ‘70’ 입력

7. 버튼 클릭

8. 버튼 클릭

| PSC 단면 철근 Shear Reinforcement 정보 입력 || PSC 단면 철근 Shear Reinforcement 정보 입력 |



하중 정의


3. 하중 정의

1) 고정하중

- 자중 : 프로그램에서 Self Weight로 입력

- 2차 고정하중 : w = 35.796N/mm

2) 프리스트레스2) 프리스트레스

- 긴장재(φ15.2mm×17(φ0.6”-17))

단 면 적 : Ap = 2357.9mm2, Duct Size : 100mm

- 긴장력 : 도로교 한계상태설계법(5.4.7.2(1))의 프리스트레스 최대 긴장력

fo,max =min[0.8fpu , 0.9fpy] = 1440 N/mm2

- 정착직후 손실(프로그램에서 계산)

마찰손실 : p( ) = p0 · e -(uα＋kL)마찰손실 : p(x) = p0 e

μ = 0.19 , k = 0.006/m

정착구 활동에 의한 손실 : ΔIc = 6mm

탄성수축에 의한 손실 : 손실량, ΔPE = ΔfP · ASP

- 최종손실 (프로그램에서 계산)

릴랙세이션 (CEB-FIP), 크리프와 건조수축에 의한 손실

Load > Temp./Prestress > Tendon Property…

fpu

fpyfpy

3) 온도하중

- 전체변형 (±15˚)


- 상하연 온도차 (±5˚)

4) 풍하중



5) 활하중

- 차량하중 : KL-510 LINE , KL-510 TRK

- 차선 : 2차선

- 충격계수 : 바닥판 신축이음장치 모든 한계상태(70%) , 모든 다른 부재(25%)

Load > Moving Load > KSCE-LSD12 > Vehicles

표준차로하중 (KL-510 LNE) 표준트럭하중 (KL-510 TRK)

Load > Moving Load > KSCE-LSD12 > Traffic Line LanesLoad > Moving Load > KSCE LSD12 > Traffic Line Lanes

차선 정의 (본 예제의 경우 대칭으로만 재하)

Load > Moving Load > KSCE-LSD12 > Dynamic Load Allowance

차선 정의 (본 예제의 경우 대칭으로만 재하)L1 : 거더 중심선 기준을 통해 오른쪽(+)으로 1500mm 편심 재하 (Lane Element Type)L2 : 거더 중심선 기준을 통해 왼쪽(-)으로 1500mm 편심 재하 (Lane Element Type)




철근에 의한 크리프와 건조수축 거동의 구속효과를 고려하기 위해 Construction Stage

Analysis Control Data를 수정합니다. 또한 입력한 철근을 단면 강성계산에 반영하기 위해

Main Control Data를 수정합니다.

메인 메뉴에서 [Analysis]탭 > [Analysis Control]그룹 > Construction Stage

4. Control Data 수정 및 구조해석

y y g1. 버튼 클릭

2. ‘Consider Re-Bar Confinement Effect’에 Check On

3. 버튼 클릭

4. 버튼 클릭

PSC단면에 입력된 철근을

단면 강성계산에 반영한다.

이옵션이 check off로 되어

있으면 PSC단면에 철근이

입력되어있어도 단면강성

계산에 반영되지 않는다.

시공단계를 고려한 압축강

도 발현 탄성계수를 Post

CS에 고려

| Construction Stage Analysis Control Data 입력창 |




메인 메뉴에서 [Analysis]탭 > [Main Control]그룹 > Main Control Data1. ‘Consider Reinforcement for Section Stiffness Calculation’에 Check On

2. 버튼 클릭

철근을 고려한 환산단면에

대한 해석을 고려합니다.

| Main Control Data 입력창 |

철근정보와 구속효과 등 모든 입력을 완료하였으면 구조해석을 수행합니다.

메인 메뉴에서 [Analysis]탭 > [Perform]그룹 > Perform Analysis 클릭



하중 합 생성


5. 하중조합 생성

도로교설계기준 한계상태설계법에 의거하여 PSC 설계를 위한 하중조합을 생성할 수 있습

니다. midas Civil에서는 사용자가 원하는 설계기준에 의거한 하중조합을 자동으로 생성해

주는 Auto Generation 기능이 있습니다. 이 기능으로 설계기준에서 제시된 허용응력설계

법 및 강도설계법에서의 하중조합을 자동으로 구성할 수 있습니다. 다음은 ‘도로교설계기

준 한계상태설계법(KSCE-LSD12)에 의거한 하중조합 생성 방법의 예’입니다. Active”에 “Strength/Stress” 준 한계상태설계법(KSCE LSD12)에 의거한 하중조합 생성 방법의 예 입니다.

메인 메뉴에서 [Results]탭 > [Combination]그룹 > Load Combinations 1. ‘Concrete Design’탭 클릭

2. 버튼 클릭

3. Code Selection 선택란에서 ‘Concrete’ 선택

4. Design Code 선택란에서 ‘KSCE-LSD12’ 선택

에 g

로 분 류 된 조 합 은 PSC

Design에서 극한강도 검토

시 적용되며 “Serviceability”

로 분류된 조합은 사용성

검토시 적용된다.

5. “…” 버튼을 클릭하여 극한 및 사용한계상태를 설정

6. Manipulation of Construction Stage Load Case 에서 ‘CS Only’ 선택

7. Load Factors for Permanent Loads 에서 ‘Both’ 선택

8. Condition for Temperature, Creep, Shrinkage Factor에서 ‘All Other Effects’ 선택

9. 버튼 클릭

10. 버튼 클릭

CS Only를 선택할 경우 시

공단계해석에 적용된 하중

들과 차량하중, 풍하중, 지

점 침하 등 시공단계 이후

에 적용된 하중들을 가지고

하중조합을 구성한다.하중조합을 구성한다.

도로교설계기준 한계상태

설계법 3.4.2

- 극한한계상태 I

: 일반적인 차량통행을 고려

한 기본하중조합, 이때 풍하

중은 고려하지 않음.

- 극한한계상태 V

: 90 km/hr의 풍속과 일상

적인 차량통행에 의한 하중

효과를 고려한 하중조합.

- 사용한계상태 I

: 교량의 정상 운용상태에서

발생 가능한 모든 하중의 표

준값과 25m/s의 풍하중을

조합한 하중조합.

- 사용한계상태 III

: 교량의 정상 운용상태에서

설계수명 동안 종종 발생 가

능한 하중조합 프리스트레

TU(온도하중)의 경우 2가

지 제시된 하중계수 중 큰

능한 하중조합 프리스트레

스 강재가 배치된 상부구조

의 균열폭과 인장응력 검증

에 사용되는 하중조합.


| Auto Generation을 이용한 하중조합 생성 |

지 제시된 하중계수 중 큰

값은 변형량 계산이 적용되

며 나머지 모든 경우에는

작은값이 적용된다.


3-4. PSC 단면 설계

1. 설계 개요

콘크리트 설계 기본개념

• 기존의 설계기준 설계방식 : 재료의 기준강도와 단면치수를 이용한 단면해석을 통해 부재의 공칭강도를 먼저 산정한 후 강도감소계수를 적용하여 설계강도 산정

→ LSD 설계기준 설계방식 : 재료의 기준강도에 먼저 강도감소계수를 곱하여 재료 설계강도를 구한후 단면해석을 통해 부재의 설계저항강도를 산정후 단면해석을 통해 부재의 설계저항강도를 산정

재료 저항계수 , Φ (도.한 표5.2.1)

콘크리트 설계강도 (5.3.1.2) : 70 Mpa 이하

• fck (콘크리트 기준 압축강도) : 공시체의 28일 압축강도

• fcm (콘크리트 평균 압축강도) : fcm = fck + ΔfΔf : 40 MPa 미만은 4 MPa

60 MPa 이상은 6 MPa 그 사이는 직선 보간으로 결정

• fcd (콘크리트 설계 압축강도) : fcd = ϕcαccfckfcd (콘 리트 설계 압축강도) : fcd ϕcαccfck

αcc : 장기거동 고려한 압축강도 유효계수

- 장기하중이 편심으로 작용 (휨-압축 부재)할 경우 : 0.85

- 그 외 : 1.0

• fctm (콘크리트 평균 인장강도) : fctm = 0.3 × (fck + Δf)2/3

• fctk (콘크리트 기준 인장강도) = 0.7 fctm

• fctd (콘크리트 설계 인장강도) : fctd = ϕc fctk = ϕc (0.7 fctm)- 경량 콘크리트의 인장강도는 별도의 계수를 곱하여 적용한다 (5.3.1.2 (7)).

※ 재령에 따른 강도의 평가시에는 강도 보정 계수 βcc(t) 를 적용한다 (5.3.1.2).• fcm(t) = βcc(t) fcm , fctm(t) = [βcc(t)]α fctm

sc : 시멘트 종류에 따른 상수= 0.35 : 1종 시멘트 습윤양생= 0.15 : 1종 시멘트 증기양생

종 시멘 습윤양생

2/128

1exp)(t

t sccc

= 0.25 : 3종 시멘트 습윤양생= 0.12 : 3종 시멘트 증기양생= 0.40 : 2종 시멘트

α : 1 (t < 28일)2/3 (t ≥ 28일)

• 콘크리트의 탄성계수 : )(077.0 5.1 MPafmE cmcc




ckccccd ff

Step 1 : Design Value

ysyd ff pyspd ff αcc : 장기거동 고려한 압축강도 유효계수

αcc : 도로교설계기준 한계

상태설계법 5.3.1.7(1). 설계

기준에서는 특별한 언급없

이 0.85 로 표현되는 경우

가 많음.

대표적으로 인장부재의 균

휨 강도 검토 순서

Step 2 : 콘크리트 압축력 계산cF

- 장기하중이 편심으로 작용 (휨-압축 부재)할 경우 : 0.85

- 그 외 : 1.0

열 검토시 적용된다. 균열

검토를 위한 중립축 산정시

유효계수 1.0이 적용된다.

- 압축력 산정 방법 -

1

11

2

cu

co

dA cdc

n

fC

St 3 : 철근의 인장력/압축력 계산 fAF ''' fAF

2

1

11

21

15.0

1

2

cu

co

cu

co

n

nn

Step 3 : 철근의 인장력/압축력 계산sss fAF sss fAF

cuc

s x

dx

'

)(

)( ydsss

s f

Ef

ysyd ff cu

ts x

xd

,, , sydyd Ef /

)(

)(

)(

'

''

'

ydsyd

ydsss

s

ydsyds

f

Ef

ff

εs : 인장철근의 변형률


εs : 인장철근의 변형률

εs′ : 압축철근의 변형률



Step 4 : 텐던의 인장력 계산 pipip fAF

p

effcuippipi Ex

xd

)0(

),min( pdpipipi fEf

Tendon Type Bond Type fp

Internal(Pre-Tension) Bonded

Internal(Post Tension)Bonded

pdpppppp fEEf )( )0(

pdpppppp fEEf )( )0(fpe : 손실 후 긴장재의 유효

응력. Internal(Post-Tension)Unbonded

External Unbonded

MPafff peULSppep 100,

MPafff peULSppep 100,

응력

Step 5 : 반복수렴을 통한 중립축 산정

ps

sc

FFT

FFC

'

)(001.00.1 ToleranceT

C

Step 6 : 휨강도 계산

)(''pipissssccRd aFaFaFaFM

ud MM




휨강도 검토

극한한계상태 변형률 계산 (5.3.1.6)

40 f

설계 순서도

수차례 반복계산으로 압 응력분포 산정 및 중립축 계산 (5.3.1.6)

0033.0000,100

400033.0

002.0000,100

40002.0

ckcu

ckco

f

f

축력과 인장력이 동일하

게 발생되는 중립축길이

를 산정한 후 휨강도 검토

를 수행합니다.

)85.0(,

])1(1)[85.0(,0

0.2100

400.2

ckcccucco

n

co

cckcccoc

ck

ff

ff

fn

일때

일때

인장철근량 검토전에 중

립축 위치검 를 수행하인장철근 단면적 제한,

및 압축철근 단면적 증가

NOmaxcc

최대중립축 깊이 검토 (5.10.2.1(3))

dccu

6.0

0033.0max

립축 위치검토를 수행하

여 저보강보인지 과보강

보인지를 판단하여 인장

철근의 필요여부를 판단

합니다.

YES

및 압축철근 단면적 증가max

휨강도 검토

pipissccd aFaFaFM

인장 철근량 검토 (5.10.2.1(1), 5.5.1.2(7))

dbf

fA w

y

ck

s

25.01min, db

fA w

ys

4.12min, ②①

YES

단면 수정NO

ud MM

fy fy

dbAAA wsusess 04.0max,,min,

),,max( 3min,2min,1min,min, ssss AAAA

ysrs fzMA /3min, ③


YES

OK



전단강도 검토

ctdb ff 균열 발생여부 검토YES NO

설계 순서도

전단보강철근량 검토전

에 전단보강철근이 없는

부재 검토로 전단보강철

근의 필요여부를 판단합

니다.

균열발생, 전단철근 없는 강도 (5.5.2.2)

))15.04.0(

]15.0)(85.0[

min,

3/1

dbffV

dbffV

wnctkccd

wnckccd

균열미발생, 전단철근 없는 강도 (5.5.2.2)

ctkcnlctkcw

cd fffQ

bIV

2

YES NO (전단보강 철근 필요)콘크리트 전단강도 검토

전단보강철근이 사용되

지 않은 부재에 대한 설계

전단강도 Vcd가 설계전단

력 Vu보다 큰 경우에도 최

소전단철근량 ρv,min을 배

근해야 합니다..

ucd VV

cot

s

zAfV

vvysd

tancotmax,

zbfV

wckcd

① 축력=0, 수직스터럽배치

전단보강철근이 배치된 부재 검토 (5.5.2.3)최소전단철근 검토 (5.10.2.6)

SdSbs

Av

w

v

v

])600),cot1(75.0min[(sin

max

min,

sin)cot(cot

s

zAfV

vvysd

2max,

cot1

)cot(cot

zbf

Vwckc

d

② 축력=0, 경사전단철근배치

ud VV

사용한계상태 검토

균열검토 (5.6.3) 처짐 검토 (5.6.4.2)

,0

간접 균열 검토 방법을

이용하여 균열제어를 위

]12

15.111[

,

])1(2.35.111[

,

0

0

0

00

'

'

2/3

ckck

ckck

ffkd

l

ffkd

l

최소철근량 검토 (5.6.3.2)

균열폭 검토 (5.6.3.4)

s

ctectcs

f

fkAkA min,

bb dfd

한 최소 철근량을 검토합

니다.

ct

bs

e

br

f

dfdl

6.36.3max,

• 처짐검토 식은 철근의 인장응력이 310MPa 인 상태에서 제안된 식이므로 철근의 인장응력이310MPa이 아닐 경우 보정계수를 적용하여 검토함 (310/fs).

• 계산된 한계 지간/깊이 비보다 작게 단면을 설계하였다면 그 단면에서 처짐은 한계를 초과하지 않는다고 판정


• 균열검토의 최소철근량 검토에 사용되는 fcte 는 평균인장강도(fctm)를 취한다.

• k : 부재의 지지 조건을 반영하는 계수 (도.한 표.5.6.6 참조)



해석 결과를 이용하여 검토단면에 대한 응력 및 강도를 검토하는 과정을 알아봅니다.

midas Civil에서는 설계변수 정의, 하중조합, 설계재질 수정, 단면검토 위치 지정 등 일련의

과정을 통해 PSC 단면 검토를 수행합니다. 또한 설계 결과를 바탕으로 계산서를 출력할 수

있습니다.

2. 설계변수 정의

있습니다

단면설계에 적용할 설계기준과 전단강도, 시멘트 구분, PS강재 종류, 그리고 각종 출력 변

수들을 설정합니다.

출력 입력변수는 계산서 생성 시 출력여부를 나타내는 것으로서 설계자가 원하는 항목만

을 선택하여 출력할 수 있습니다.

메인 메뉴에서 [PSC]탭 > [Design Parameter]그룹 > Parameters메인 메뉴에서 [PSC]탭 > [Design Parameter]그룹 > Parameters1. 설계기준 선택란에서 ‘KSCE-LSD12’ 선택

2. 전단강도 : Strut angle for shear Resistance ’45’ Degree 입력

3. 시멘트 구분 : 1종 시멘트 습윤 양생(0.35)

4. PSC강재 종류(부착강도비 적용) : 강연선

5. 출력 입력변수의 버튼 클릭

6 버튼 클릭

부착된 프리스트레스 긴장

재 주 변 으 로 피 복 이

150mm인 사각형 단면 내6. 버튼 클릭

에 필요한 최소철근량은

ξ1Ap 만큼 감소시킬 수 있

다 (도로교설계기준 한계상

태설계법 5.6.3.2(3) 및 표

5.6.3)). - 균열검토에 반영

콘크리트 재령에 따른 평균

콘크리트 재령에 따른 평균

압축강도 계산을 위한 βcc

(도로교설계기준 한계상태

설계법 5.3.1.2(3)).

단면응력 검토의 경우, 콘

크리트/프리스트레스 등의

응력제한 기준에 대한 검토

사용자 입력 데이터를 체크

하여 기준에 대한 계수들을

사용자 의도대로 변경할 수

있다

응력제한 기준에 대한 검토

를 테이블 형태로 확인할

수 있다.

| 설계변수 정의 |

재료 저항계수 , Φ (도.한 표5.2.1)

있다.




1

2

프리텐션의 경우, 실험이나

경험에 의해 입증될 수 있

다면 응력제한값은 0.7fck(t)

로 증가될 수 있다 (도로교

설계기준 한계상태설계법

5.4.7.2(2)).

| 설계변수 정의 |

PSC 콘크리트 응력 제한 (도.한 5.4.7.2(2)) 1

)(1 tfkf ckc

)(6 tfkf ckc

포스트텐션일 경우

프리텐션일 경우

- 압축허용응력 (도.한 5.4.7.2(2))

cmcccm fttf )()(

2/128

1exp)(t

t sccc

- 인장허용응력 (식 5.3.8)

ctmccctm fttf )]([)(

)(7.0 tff ctmctk

t

α : t가 28일 미만이면 1

t가 28일 이상이면 2/3

fff ckcm

3/2)(3.0 cmctm ff

프리스트레스 응력제한 (도.한 5.4.7.2(1), 5.4.7.3(1), 5.6.2.1(2))2

],min[1 21 pypu fkfkAFDL 정착구에서의

Tendon 허용응력 :

- 포스트텐션

허용응력

손실 후

Tendon 허용응력 : ],min[2 87 pypu fkfkAFDL

사용하중 상태에서의

Tendon 허용응력 : pyfkAFLL 5

- 프리텐션


],min[1 21 pypu fkfkAFDL

pyfkAFLL 5



전단강도 계산을 위한 콘크리트 스트럿과 주인장 철근 사이의 경사각으로 1≤ cotθ ≤ 2.5

범위 내에서 선택하여야 한다.

α 값은 경사 전단철근과 주인장 철근 사이의 경사각으로 시공상 이유로 90° 로 배치하는

것을 기본으로 한다.

전단강도 계산 변수

PS 강재 종류에 대한 부착강도 비 ξ

부착된 프리스트레스 긴장재 주변으로 피복이 150mm인 사각형 단면 내에 필요한 최소 철

근량은 만큼 감소시킬 수 있다. (균열 검토에 반영)pA1

PS 강재 종류에 대한 부착강도 비, ξ



설계용 재질 정의


3. 설계용 재질 정의

PSC설계에 반영할 콘크리트 및 철근의 재질을 수정하거나 입력된 재질데이터를 설계목적

에 적합한 다른 재질데이터로 변경합니다. 본 설계 예제의 경우 콘크리트 재질은 동일하며

종방향철근 및 전단보강철근에 대한 철근 강도만을 추가합니다.

메인 메뉴에서 [PSC]탭 > [PSC Design Data]그룹 > PSC Design Material 1. Material List에서 ‘ID : 1’ 클릭

2. Concrete Material Selection에서 ‘Code : KSCE-LSD12(RC)’, ‘Grade : C45’ 선택

3. Rebar Selection의 Code 선택란에서 ‘KSCE-LSD12(RC)’ 선택

4. Grade of Main Rebar 선택란에서 ‘SD400’ 선택

5. Grade of Sub-Rebar 선택란에서 ‘SD400’ 선택

6. 버튼 클릭

7. 버튼 클릭

| 설계를 위한 콘크리트, 철근 재질 수정 |



출환경 정의


4. 노출환경 정의

노출 환경에 따라 요구되는 최소 설계 등급을 설정합니다.

본 따라하기는 “건조 또는 영구적 수중 환경”에 해당하는 EC2으로 설계합니다.

메인 메뉴에서 [PSC]탭 > [PSC Design Data]그룹 > Exposure Class

도로교설계기준 한계상태

설계법 표 5.6.1 참조.

| Exposure Class |




한계상태 검증을 위한 하중 합 분류

사용한계상태의 영응력 및 균열 검토를 위한 하중조합을 분류합니다. 분류된 하중조합은 사용

한계상태 검토 시 영응력 검토 및 균열 검토를 위한 설계등급의 한계값 설정에 적용됩니다.

하중조합 자동생성 기능을 통해 생성된 하중조합은 자동으로 분류됩니다. 만약, 하중조합을 변

경 시 아래 기능을 통해 다시 재분류해야 합니다.

5. 한계상태 검증을 위한 하중조합 분류

메인 메뉴에서

[PSC]탭 > [PSC Design Data]그룹 > Serviceability Load Combination Type1. 사용하중조합 중 cLCB49~56 를 사용하중조합 Ⅰ에 이동되어있는 것을 확인

2. 사용하중조합 중 cLCB57~60 를 사용하중조합 Ⅲ, Ⅳ에 이동되어있는 것을 확인

3. 사용하중조합 중 cLCB61~64 를 지속하중조합에 이동되어있는 것을 확인

4. 버튼 클릭

균열검토에 적용하는 하중

으로 고려되는 사용하중조

합을 분류하지 않을 경우

균열검토는 생략된다.

` `

`

| 사용하중조합 분류 |

`



단면검 위치 지정


6. 단면검토 위치 지정

각 요소에서 PSC 단면검토를 수행할 위치를 I, J, 양단(I & J) 중에서 선택합니다. 검토 위치

를 지정하지 않으면 기본값으로 양단(I & J)이 검토되며, 검토 위치를 I, J단 중에서 선택하

고 싶으면 Selection 기능으로 요소를 선택한 다음 검토위치를 지정하면 됩니다. 그리고 경

우에 따라서 모멘트와 전단에 대한 검토위치를 따로 설정하기 위해 개별적으로 선택할 수

있습니다있습니다.

본 따라하기에서는 교대부/정모멘트부/부모멘트부에 대해 양단(I & J)으로 검토합니다.

메인 메뉴에서 [PSC]탭 > [PSC Design Data]그룹 > Design/Output position > Design Position…

1. Option 선택란에서 ‘Add/Replace’로 선택

2. Select Elements by Identifying 입력창에 ‘1,7,16’ 입력 후 Enter 버튼 클릭y y g 입력창에 , , 입력 후 버튼 클릭

3. 버튼 클릭

| 단면검토 위치 설정 |



단면 설계


7. 단면 설계

입력한 설계변수에 대해서 PSC Design을 실행합니다. 단면설계는 Post Mode에서 실행되

며, PSC Section에 대해서만 설계를 수행할 수 있습니다.

메인 메뉴에서 [PSC]탭 > [PSC Design그룹 > Perform Design

PSC Design 아이콘이 활성

화 되지 않았을 경우, 해석

을 수행한 Post Mode인지

확인한다.

| PSC Design 수행 완료 후 메시지 |



계산서 출력 지정


8. 계산서 출력 요소 지정

설계가 완료되면 설계계산서 출력을 수행합니다. 휨강도, 전단강도 및 비틀림 강도 및 인장

철근검토에 대한 구조계산서를 출력할 요소를 선택합니다. PSC 단면검토와 동일한 방법으

로 계산서 출력 위치를 I, J, 양단(I & J) 중에서 선택합니다. 본 따라하기에서는 경간 중앙부

와 지점부 요소에 대한 극한강도 검토 계산서를 출력합니다.

메인 메뉴에서 [PSC]탭 > [Design Parameter]그룹 > Design/Output position > Output Position…

1. Option 선택란에서 ‘Add/Replace’ 선택

2. Select Elements by Identifying 입력창에 ‘7’ 입력 후 Enter

3. Positive Moment 선택란에서 ‘I’

4. Negative Moment 선택란에서 ‘None’

5. Shear Resistance 선택란에서 ‘I ’ 선택

6. Torsion Resistance 선택란에서 ‘I ’ 선택

7. 버튼 클릭

8. Select Elements by Identifying 입력창에 ‘16’ 입력 후 Enter

9. Positive Moment 선택란에서 ‘None’

10. Negative Moment 선택란에서 ‘I’

11. Shear Resistance 선택란에서 ‘I ’ 선택

12. Torsion Resistance 선택란에서 ‘I ’ 선택

13. 버튼 클릭

Output Position


| 설계계산서 출력 요소 및 위치 |


계산서 출력


9. 계산서 출력

입력한 설계변수에 대해서 계산서 출력을 실행합니다. 계산서 출력은 Post Mode에서 실

행되며 선택한 요소의 개수가 많을수록 계산서 출력시간이 길어집니다. 출력된 Excel

Format 계산서는 mcb 파일이 저장되어 있는 폴더에 생성됩니다.

메인 메뉴에서 [PSC]탭 > [PSC Design]그룹 > Excel Report메인 메뉴에서 [PSC]탭 > [PSC Design]그룹 > Excel Report

| 설계계산서 출력과정 대화상자 |




출력된 Excel Format의 계산서를 통해 설계결과를 확인할 수 있습니다. 계산서에 출력되는

결과는 PSC Design Data에서 출력 입력변수에 체크한 사항에 대한 결과입니다. 또한

‘PSC > PSC Design Results > Result Tables’에서 검토항목을 선택하면 PSC 설계 결과를

테이블로 확인할 수 있습니다. ((Element 7_I 예시)

10. 구조계산서 검토

1) 설계 조건

설계에 필요한 설계입력정보(재료저항계수), 단면정보, 재료정보, PS강재정보를 제공합니

다.




휨강 검2) 휨강도 검토

극한한계상태변형율 계산

응력분포 계수 산정

중립축 계산은 다음과 같은

절차로 진행된다.

중립축 가정( Initial c = H/2)

Calculate Fc

응력분포 계수 산정

Calculate Fc (Concrete)

Calculate Fs / Fs’ (Reinforcement)

Fc + Fs’ – (Fs + Fp) = 0 ?

No

Calculate Fp(Tendon)

중립축 검토 방법(도.한 5.10.2.1 (3))

Determine Neutral Axis , c

OK




휨강 검2) 휨강도 검토

fpi : 극한 상태에서 긴장재

의 응력값의 응력값




전단강 검3) 전단강도 검토Minimum Shear Force 도

동일한 절차로 검토.

전단보강철근이 필요없음전단보강철근이 필요없음

으로 판정되었기 때문에 전

단보강철근에 의한 전단강

도 검토는 생략됩니다.

YES NO

ctdb ff 균열 발생여부 검토YES NO

균열발생, 전단철근 없는 강도 (5.5.2.2)

))15.04.0(

]15.0)(85.0[

min,

3/1

dbffV

dbffV

wnctkccd

wnckccd

균열미발생, 전단철근 없는 강도 (5.5.2.2)

ctkcnlctkcw

cd fffQ

bIV

2

ucd VV

cot

s

zAfV

vvysd

tancotmax,

zbfV

wckcd

① 축력=0, 수직스터럽배치YES

② 축력=0, 경사전단철근배치

전단보강철근이 배치된 부재 검토 (5.5.2.3)NO (전단보강 철근 필요)

최소전단철근 검토 (5.10.2.6)

Av i

콘크리트 전단강도 검토


sin)cot(cot

s

zAfV

vvysd

2max,

cot1

)cot(cot

zbf

Vwckc

d

SdSbs v

wv

])600),cot1(75.0min[(sin

max

min,



비틀림강 검4) 비틀림강도 검토

Closed Section Type Open Section Type

비틀림 강도 산정을 위한 단면 체크

Check Point >도.한 5.5.3.2(1) ; 유효 벽두께는 철근의 중심과 벽체 표면과 사이 거리의 2배보다 작게 취할필요는 없다.

유효 벽두께 산정

Acp는 단면 외부 표면으로

mmtmmttt ctsevercoefi 1.4001.748]2,max[

mmt verco 70

mmpAt cpcpef 1.748/

속빈 단면의 경우, 실제 벽

두께를 넘지 않는다.

cp는 단면 외부 면

둘러싸인 면적으로 내부 공

간이 있을 경우, 이 면적도

포함한다. pcp는 단면 외부

표면 둘레 길이를 의미한다.

20.884,764,9 mmAo

두께를 넘지 않는다.

유효 벽두께의 중심선으로

둘러싸인 면적을 의미하며,

내부 공간이 있을 경우, 이

면적도 포함한다. 유효 벽

두께가 실제 벽두께인 경우,

벽체 중심선으로 둘러싸인

종방향 비틀림 필요 철근량 산정 (도.한 5.5.3.2)

벽체 중심선으로 둘러싸인

면적이 된다.

cossin2max, iocdd tAfT

최대 설계 비틀림 강도 산정 (도.한 5.5.3.2 (4))

전체 검토 (속빈 단면인 경우)

cos2

oyc

ousl Af

pTA

종방향 비틀림 철근 간격 검토 (도.한 5.10.2.6~7)

8/1max cppS


0.1max,max,

d

u

d

u

V

V

T

T )cot1(75.0max, dSl

usedl SSSS ],min[ max,,1maxmax



비틀림강 검4) 비틀림강도 검토


Minimum Shear Force,

Maximum Torsion Force도

동일한 절차로 검토.



영응력 검5) 영응력 검토

설계 등급 C이므로 지속하중조합으로 검토

설계 등급 C이므로 지속하중조합으로 검토

사용한계상태 Ⅰ 지속하중조합사용한계상태 지속하중 합

ckc

ctmctkt

f

ff

6.0

7.0

ckc

ctmctkt

f

ff

45.0

7.0




열 검6) 균열 검토

균열면에서 계산한 철근 인장응력

dc

b1

dc

εc

d - dc

Strains

Stresses

d

b2

Strains

1) 콘크리트 균열 발생 중립축 산정

εs

sc FF cc

cs d

dd

2) 콘크리트 균열발생 단면계수 산정

3,2

3

1)( c

s

effccscrack db

E

EddAI

)/( ddI )/( ccracks ddIz

3) 균열면에서의 철근의 인장응력

sos

cracks fM

sos

cracks fz,





균열 검토 적용 하중

Check Point

사용한계상태의 하중조합은 응력을 기준으로 검토하므로 하중조합에서 Tendon Primary 부재력이 포함됨.

이에 따라 휨에 대한 정모멘트 구간에도 T d 에 의한 압축력이 크게 지배적으로 발생되어


이에 따라 휨에 대한 정모멘트 구간에도 Tendon에 의한 압축력이 크게 지배적으로 발생되어단면 상/하부에 실질적으로 발생되는 응력은 압축응력이 발생되어 균열 검토에 생략됨.




고정하중의 Factor를 조정하여 하부의 인장응력을 유발시킴!!

하중조합의 고정하중 Factor를 수정하였기 때문에 사용한계상태 하중조합 분류를 다시 재분류 해야함!



3-4. PSC 단면 설계6) 균열 검토) 균열 검

1축 인장 모델의 유효인장 높이 : hcte

]2/,3/)(,)(5.2[min hchdhhcte

max,,, )()( rmeancmeanscxsx ldxw fff

se hb

A

유효 인장면적의 철근비 : ρe


s

soe

es

cte

s

someancmeans E

fn

E

f

E

f6.0)1(4.0,,

ctew hbcteh




단면 하부에 인장응력이 발

생하였기 때문에 균열검토

를 진행하며 단면 상부는

압축응력이 발생하여 검토

압축응력이 발생하여 검토

를 생략한다.

균열검토의 최소철근량

검토에 사용되는 fcte 는

평균인장강도(fctm)를 취

합니다.


part3 psc box 설계 - midaskor.midasuser.com/civil/data/design_psc_box.pdf · 2014-11-19 · part...

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