📐 사용성 설계 RC vs FRP 균열, 처짐, 크리프파괴 검토의 설계, 근거, 계산 과정
📚 설계 6종 비교🏠 SJ Tech 홈📧 strustar@konyang.ac.kr
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⭐ 예제
📘 기준, 섬유
GFRP 유리섬유
CFRP 탄소섬유
AFRP 아라미드
✤ FRP 설계기준
RC 비교 기준 = KDS 14 20 (2021), 원문 PDF, 적용 조항은 상단 📚 적용 조항, 원문 버튼
✦ 섬유 종류, 환경조건 → 기준이 정해 주는 계수 (자동 결정)
기준과 섬유, 환경에서 자동 결정되어 회색으로 잠김
환경조건을 직접 입력으로 바꾸면 풀림
🧱 재료
콘크리트 $f_{ck}$
철근(RC) $f_y$, $E_s$
GFRP $f_{fu}^*$, $E_f$
CFRP $f_{fu}^*$, $E_f$
AFRP $f_{fu}^*$, $E_f$
✤ 재료
✦ 콘크리트
✦ 철근(RC)
✦ FRP 보강근
설계인장강도 $f_{fu} = C_E \cdot f_{fu}^*$ ($C_E$는 위 박스에서 자동)
GFRP $E_f$ = 45 GPa = KDS 14 20 68 4.1.4.2(7)② 설계값 (실험자료가 없을 때)
섬유를 바꾸면 그 섬유의 대표값이 채워짐
제품 시험값이 있으면 고쳐 쓰면 됨
▦ 단면, 피복
s = 134 mm (자동)b = 400d = 509c = 40h = 600최하층 간격 s vs 한계 smaxRC (KDS 14 20 20 4.2.3)134 ≤ 950 mm ✔FRP (KDS 14 20 68 4.4.1)134 ≤ 231 mm ✔
$s = (b - 2(c + d_{bv}) - d_b) \,/\, (n - 1) = (400 - 2(40 + 13) - 25.4) \,/\, (3 - 1) = 134\ \text{mm}$
간격 $s$ 는 입력이 아니라 폭, 순피복, 스터럽 지름, 본수에서 자동으로 나타남
순피복 $c$ = 40 mm, 스터럽 $d_{bv}$ = ⌀13 mm, 보강근 $d_b$ = ⌀25.4 mm, 유효깊이 $d$ = 509 mm
✤ 단면, 피복
➰ 인장 보강근
s = 134 mm (자동)40+13+12.7= 65.7GFRP ⌀25.4 × 6본 = 3 + 3 (2단)b = 400
철근 D25 ⌀25.4
GFRP G25 ⌀25.4
CFRP G25 ⌀25.4
AFRP G25 ⌀25.4
✤ 인장 보강근 (RC 철근 = 같은 지름)
$s = \dfrac{b - 2(c + d_{bv}) - d_b}{n - 1}$ 균열제어 검토용 계산값 (입력 아님)
⚖️ 하중, 경간, 처짐
단순지지
1단 연속
2단 연속
캔틸레버
✤ 사용하중 (균열, 처짐, 응력 검토)
판정 = 최대 이용률 (RC, FRP), 행을 추가하면 하중별로 비교
$M_s$ 사용하중 [kN·m]지속하중 [%]검토

✤ 경간, 처짐 조건
한계 = KDS 14 20 30 표 4.2-2 (FRP 기준들도 이 표를 준용, AASHTO는 LRFD 2.5.2.6.2 별도)
📐 균열 조건
✤ RC 균열 조건 (KDS 14 20 20 4.2.3)

✤ FRP 균열 조건
$k_b$ 기준값 (시험값 없을 때) = KDS 14 20 68, ACI 440.11 1.2 / KDS 24 50 05, AASHTO 1/0.83 / ACI 440.1R-15 1.4
철근응력 $f_s$ 는 사용하중 상태의 계산값이 원칙, $2f_y/3$ 는 간편법 (KDS 14 20 20 4.2.3(4))
⭐ 예제 프리셋
누르면 입력 전체가 바뀌고 결과가 바로 갱신, 노란 바탕 = 현재
📐 사용성 설계 RC vs FRP균열, 처짐, 크리프파괴 검토의 설계, 근거, 계산 과정
RC처짐KDS 14 20 30 4.2.1균열KDS 14 20 20 4.2.3응력KDS 14 20 20 4.2.3(4)$f_s$ 산정만, 한계 없음
FRP처짐KDS 14 20 68 4.4.2균열KDS 14 20 68 4.4.1응력KDS 14 20 68 4.4.3크리프파괴 한계
조항 클릭 = 원문 PDF 해당 쪽. RC는 사용응력 한계 규정이 없어 $f_s$를 산정해 균열 검토에만 씀
s = 134 mm (자동)40+13+12.7= 65.7GFRP ⌀25.4 × 6본 = 3 + 3 (2단)b = 400단면, 최하층 간격 s = 134 mm옆면: 균열 간격, 처짐균열 간격 ≈ 최하층 간격 s, 점선 = 장기 처짐최하층 간격 s vs 한계 smaxRC (KDS 14 20 20 4.2.3)134 ≤ 950 mm ✔FRP (KDS 14 20 68 4.4.1)134 ≤ 231 mm ✔
📘 기준KDS 14 20 68 (GFRP), $C_E$ = 0.85🧱 재료$f_{ck}$ = 30, $f_y$ = 400, $f_{fu}$ = 850 MPa, $E_f$ = 45 GPa▦ 단면$b$ × $h$ = 400 × 600 mm, 피복 40 + ⌀13, $d$ = 509 mm➰ 인장 보강근G25(#8) ⌀25.4 × 6본 (2단), $A_f$ = 3,040 mm²⚖️ 하중$M_s$ = 120 kN·m (지속 60%), $L$ = 6 m 단순지지, $\xi$ = 2📐 균열 조건$\kappa_{cr}$ = 280, $w$ = 0.7 mm, $k_b$ = 기준값칩 클릭 = 그 패널, 숫자키 1–6, A = 모두
빠른 조정 자주 바꾸는 8개, 드래그하면 그림이 바로 움직임

① $M_s = 120$ kN·m (지속 60%) RC ✔ OK, FRP ✔ OK 📚 설계 6종 (이 하중)

RC (KDS 14 20 30, 14 20 20 이형철근)
✔ OK
0.23$\text{최대 이용률} = \max\!\left(\dfrac{\text{값}}{\text{한계}}\right)$
여유 77% (소요가 4.29배 되어야 한계)
활하중 순간처짐 / 한계1.46 / 16.7 mm
장기 합계 / 한계5.82 / 25.0 mm
균열 간격 $s$ / $s_{max}$134 / 950 mm
철근 사용응력 $f_s$88 MPa
지배: 장기 합계 처짐
VS
$\text{장기 처짐}\ \dfrac{\text{FRP}}{\text{RC}}$
212%
$\dfrac{I_e}{I_g}$
0.62 vs 0.21
$s_{max}$ [mm]
950 vs 231
보강근 응력 [MPa]
88 vs 83
FRP (KDS 14 20 68, GFRP)
✔ OK
0.58$\text{최대 이용률} = \max\!\left(\dfrac{\text{값}}{\text{한계}}\right)$
여유 42% (소요가 1.72배 되어야 한계)
활하중 순간처짐 / 한계4.41 / 16.7 mm
장기 합계 / 한계12.35 / 25.0 mm
균열 간격 $s$ / $s_{max}$134 / 231 mm
지속 사용응력 / 크리프 한계50 / 255 MPa
지배: 균열 간격
📉 처짐 도해, RC vs FRP (점선 = 활하중 순간, 실선 = 장기 합계, 가로 점선 = 한계)
Ms = 120 kN·m (지속 60%), 등분포 환산, 단순지지L = 6 m, 단순지지과장 배율, RC, FRP 같은 축RC 장기 합계 5.8 mmFRP 장기 합계 12.3 mmRC장기 합계 5.8 mm활하중 순간 1.5 mmFRP장기 합계 12.3 mm활하중 순간 4.4 mm
활하중 한계 $\dfrac{L}{360}$ = 16.7 mm
장기 한계 $\dfrac{L}{240}$ = 25.0 mm
📏 값과 한계, RC vs FRP (가운데 = 검토 항목과 한계, 붉은 눈금 = 한계, 막대 = 값, 빨간 막대 = 초과)
RCFRP이용률이용률한계 16.67 mm1.460.09 ✔한계 16.67 mm4.410.26 ✔한계 25.00 mm5.820.23 ✔한계 25.00 mm12.350.49 ✔한계 950 mm1340.14 ✔한계 231 mm1340.58 ✔해당 없음한계 168 MPa830.49 ✔해당 없음한계 255 MPa500.20 ✔
검토 항목, 한계
활하중 순간처짐
한계$\dfrac{L}{360}$ = 16.67 mm
활하중을 얹은 직후의 처짐
사용감, 비구조재 손상
장기 합계 처짐
한계$\dfrac{L}{240}$ = 25.00 mm
크리프, 건조수축까지 포함한 최종 처짐
균열 간격 $s$
한계RC 950 / FRP 231 mm
균열폭을 허용값 이하로
보강근 간격 제한
사용응력 $f_{fs}$
한계응력, 피복 제한 $f_{fs,lim}$ = 168 MPa
전체 사용하중에서 보강근에 걸리는 응력
한계는 균열폭을 잡는 응력, 피복 제한
지속 사용응력 $f_{fs,sus}$
한계크리프 파단 0.30$f_{fu}$ = 255 MPa
지속하중분만의 응력
오래 버티면 끊어지는 크리프 파단을 막는 한계
📋 단계별 요약, RC vs FRP (① 단면 → ② 균열 여부 → ③ 처짐 → ④ 균열 간격 → ⑤ 응력 → ⑥ 종합)
단계항목RC (KDS 14 20 30, 14 20 20)FRP (KDS 14 20 68)
① 단면 성질
탄성계수비, 중립축
탄성계수비 $n$$E_s/E_c$ = 7.26 ($E_c$ = 27.5 GPa)$E_f/E_c$ = 1.63 ($E_c$ = 27.5 GPa)
균열단면 중립축 $kd$188.2 mm ($k$ = 0.370)100.7 mm ($k$ = 0.198)
$I_g$, $I_{cr}$7,200 $\times 10^6$ mm⁴, 3,163 $\times 10^6$ mm⁴7,200 $\times 10^6$ mm⁴, 965 $\times 10^6$ mm⁴
② 균열 여부
$M_s$ vs $M_{cr}$
균열모멘트 $M_{cr}$82.8 kN·m ($f_r$ = 3.45 MPa)82.8 kN·m ($f_r$ = 3.45 MPa)
$M_s$ vs $M_{cr}$120 vs 82.8 kN·m → 균열120 vs 82.8 kN·m, 균열 판정은 0.8$M_{cr}$ = 66.3 → 균열
유효 단면2차모멘트 $I_e$4,490 $\times 10^6$ mm⁴ ($I_e/I_g$ = 0.62)1,482 $\times 10^6$ mm⁴ ($I_e/I_g$ = 0.21)
③ 처짐
즉시, 장기
즉시 처짐 (전 사용하중)3.64 mm11.02 mm
활하중 순간처짐 vs 한계1.46 / 16.7 mm ✔ OK4.41 / 16.7 mm ✔ OK
장기 추가 처짐4.37 mm ($\lambda_\Delta$ = 2.00)7.94 mm ($\lambda_\Delta$ = 1.20)
장기 합계 vs 한계5.82 / 25.0 mm ✔ OK12.35 / 25.0 mm ✔ OK
④ 균열 간격
$s_{max}$ vs 현재 $s$
보강근 사용응력$f_s$ = 88 MPa$f_{fs}$ = 83 MPa
최대 간격 $s_{max}$950 mm231 mm ($k_b$ = 1.2, $\beta$ = 1.22)
현재 간격 $s$ vs $s_{max}$134 / 950 mm ✔ OK134 / 231 mm ✔ OK
⑤ 응력 한계
FRP 전용
사용응력 vs 한계규정 없음83 / 168 MPa ✔ OK
지속 응력 vs 크리프 한계해당 없음50 / 255 MPa (0.30$f_{fu}$) ✔ OK
⑥ 종합 판정
최대 이용률
$\max\!\left(\dfrac{\text{값}}{\text{한계}}\right)$, 지배0.23 ✔ OK
지배: 장기 합계 처짐
0.58 ✔ OK
지배: 균열 간격
📐 근거, 계산 과정 (조항 📄 = 원문 위치, 파란 블록 = 이 하중의 대입 계산)
항목RC (KDS 14 20 30, 14 20 20)FRP (KDS 14 20 68)
검토 항목, 한계
$$ \Delta_L\le\frac{L}{360},\quad \Delta_L+\Delta_{lt}\le\frac{L}{240} $$
처짐 한계 = 표 4.2-2 (사이드바에서 선택)
균열 = KDS 14 20 20 4.2.3 간격 제한
동하중 구조물 $L$/800 (4.2.1(7))
$$ s\le s_{max},\ \ f_{fs}\le f_{fs,lim},\ \ \Delta\le\Delta_{lim},\ \ f_{fs,sus}\le0.30f_{fu} $$
처짐 한계 4.4.2.1(2) → KDS 14 20 30 표 4.2-2 준용
균열모멘트
$M_{cr}$, $f_r$이 값을 넘으면 갈라져 강성이 줌
4.2.1(3) (4.2-2)(4.2-3)
$$ M_{cr}=\frac{f_r I_g}{y_t},\quad f_r=0.63\lambda\sqrt{f_{ck}} $$
$$\begin{aligned}f_r &= 0.63\sqrt{30} = 3.45\ \text{MPa} \\ I_g &= \tfrac{400\times600^3}{12} = 7{,}200\times10^6\ \text{mm}^4 \\ M_{cr} &= \frac{f_r I_g}{y_t} = \frac{3.45\times7{,}200\times10^6}{300} = \boxed{\mathbf{82.8}\ \text{kN}\cdot\text{m}} \\ M_s &= 120\ >\ M_{cr} = 82.8\ \to\ \text{균열 단면 → 균열 및 처짐 검토}\end{aligned}$$
4.4.2.2(4) (4.4-5)(4.4-6)
$$ M_{cr}=\frac{f_r I_g}{y_t},\quad f_r=0.63\sqrt{f_{ck}} $$
균열 판정은 $M_a>0.8M_{cr}$ (4.4-3)
$$\begin{aligned}f_r &= 0.63\sqrt{30} = 3.45\ \text{MPa} \\ I_g &= \tfrac{400\times600^3}{12} = 7{,}200\times10^6\ \text{mm}^4 \\ M_{cr} &= \frac{f_r I_g}{y_t} = \frac{3.45\times7{,}200\times10^6}{300} = \boxed{\mathbf{82.8}\ \text{kN}\cdot\text{m}} \\ M_s &= 120\ >\ 0.8M_{cr} = 66.3\ \to\ \text{균열 단면 → 균열 및 처짐 검토}\end{aligned}$$
사용응력 산정
$k$, $I_{cr}$, RC $f_s$, FRP $f_{fs}$균열단면으로 구한 보강근 응력
아래 두 검토의 입력값
$$ f_s=\frac{M_s\,n\,d(1-k)}{I_{cr}}\ (\text{탄성 균열단면})\quad\text{또는}\quad f_s\approx\tfrac{2}{3}f_y $$
$k=\sqrt{2\rho n+(\rho n)^2}-\rho n$
$I_{cr}=\tfrac{bd^3}{3}k^3+nA_s\,d^2(1-k)^2$ (사이드바에서 계산 / 항복강도의 2/3 선택)
$$\begin{aligned}E_c &= 27.5\ \text{GPa} \\ n &= E/E_c = 200{,}000/27{,}537 = 7.26 \\ \rho &= \frac{A}{bd} = \frac{3{,}040}{400\times509.1} = 0.0149 \\ k &= \sqrt{2\rho n+(\rho n)^2}-\rho n = 0.370 \\ I_{cr} &= \tfrac{bd^3}{3}k^3 + nAd^2(1-k)^2 = 3{,}163\times10^6\ \text{mm}^4 \\ f_{s} &= \frac{M_s\,n\,d(1-k)}{I_{cr}} = \frac{120\times10^6\times7.26\times509.1\times(1-0.370)}{3{,}163\times10^6} = \boxed{\mathbf{88}\ \text{MPa}}\end{aligned}$$
4.4.1.1(1), 4.4.3 (4.4-9)
$$ f_{fs}=M_s\frac{n_f d(1-k_{cr})}{I_{cr}} $$
사용하중 모멘트 $M_s$의 탄성 균열 단면 해석 (식은 (4.4-9)의 $M_{s,sus}\to M_s$)
$$\begin{aligned}E_c &= 27.5\ \text{GPa} \\ n &= E/E_c = 45{,}000/27{,}537 = 1.63 \\ \rho &= \frac{A}{bd} = \frac{3{,}040}{400\times509.1} = 0.0149 \\ k &= \sqrt{2\rho n+(\rho n)^2}-\rho n = 0.198 \\ I_{cr} &= \tfrac{bd^3}{3}k^3 + nAd^2(1-k)^2 = 965\times10^6\ \text{mm}^4 \\ f_{fs} &= \frac{M_s\,n\,d(1-k)}{I_{cr}} = \frac{120\times10^6\times1.63\times509.1\times(1-0.198)}{965\times10^6} = \boxed{\mathbf{83}\ \text{MPa}}\end{aligned}$$
균열 제어 간격
$s_{max}$균열폭을 허용값 이하로
4.2.3(4) (4.2-3)(4.2-4)
$$ s=375\frac{\kappa_{cr}}{f_s}-2.5c_c,\qquad s=300\frac{\kappa_{cr}}{f_s}\ \ \text{중 작은 값} $$
$\kappa_{cr}$ = 280(건조환경) / 210(그 외)
$c_c$ = 철근 표면–콘크리트 표면 최소 두께
철근 1본이면 인장연단 폭을 $s$로
$$\begin{aligned}s_1 &= 375\frac{\kappa_{cr}}{f_s}-2.5c_c = 375\times\frac{280}{88}-2.5\times53 = 1{,}055 \\ s_2 &= 300\frac{\kappa_{cr}}{f_s} = 300\times\frac{280}{88} = 950 \\ s_{max} &= \min(s_1,\,s_2) = \boxed{\mathbf{950}\ \text{mm}} \\ s &= \frac{b-2c_c-d_b}{n-1} = \frac{400-2\times53-25.4}{3-1} = 134\ \le\ s_{max}\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
4.4.1.1(1) (4.4-1)
$$ s_{max}=1.15\frac{E_f w_a}{f_{fs}k_b}-2.5c_c\ \le\ 0.94\frac{E_f w_a}{f_{fs}k_b} $$
$w_a$ = 0.7 mm (별도 규정 없을 때)
상한 계수 0.94 (ACI 0.92와 다름)
1본이면 인장연단 폭 (4)
$$\begin{aligned}\frac{E_fw}{f_{fs}k_b} &= \frac{45{,}000\times0.7}{83\times1.20} = 316.3 \\ s_1 &= 1.15\times316.3-2.5\times53 = 231 \\ s_2 &= 0.94\times316.3 = 297 \\ s_{max} &= \min(s_1,\,s_2) = \boxed{\mathbf{231}\ \text{mm}} \\ s &= \frac{b-2c_c-d_b}{n-1} = \frac{400-2\times53-25.4}{3-1} = 134\ \le\ s_{max}\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
사용응력 한계
응력, 피복 제한전체 사용하중 응력의 한계
균열폭 제어
해당 없음
RC 해당 없음 (간격 제한만으로 균열폭 제어)
4.4.1.1(2) (4.4-2)
$$ f_{fs}\le\frac{0.36E_f}{d_c\beta_{cr}k_b} $$
$d_c$ = 인장연단–최외측 보강근 중심
$\beta_{cr}=(h-kd)/(d-kd)$
0.36 mm = 0.014 in (= $w/2$) 환산
$$\begin{aligned}\beta_{cr} &= \frac{h-kd}{d-kd} = \frac{600-100.7}{509.1-100.7} = 1.223 \\ d_c &= c_c+d_b/2 = 65.7\ \text{mm} \\ f_{fs,lim} &= \frac{0.36E_f}{d_c\beta_{cr}k_b} = \frac{0.36\times45{,}000}{65.7\times1.223\times1.20} = \boxed{\mathbf{168}\ \text{MPa}} \\ f_{fs} &= 83\ \le\ 168\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
허용균열폭 $w$
부착계수 $k_b$, $C_b$
$$ \kappa_{cr}=280\ (\text{건조환경})\ /\ 210\ (\text{그 외}) $$
균열폭 대신 노출계수 $\kappa_{cr}$로 간접 제어
$$\begin{aligned}\kappa_{cr} &= 280\ (\text{건조환경})\end{aligned}$$
$$ k_b=1.2,\qquad w_a=0.7\ \text{mm} $$
$$\begin{aligned}k_b &= 1.20 \\ w &= 0.7\ \text{mm}\end{aligned}$$
유효단면2차모멘트
$I_e$갈라진 뒤 남는 강성
4.2.1(3) (4.2-1)
$$ I_e=\left(\frac{M_{cr}}{M_a}\right)^3 I_g+\left[1-\left(\frac{M_{cr}}{M_a}\right)^3\right]I_{cr}\ \le I_g $$
Branson
$$\begin{aligned}\left(\tfrac{M_{cr}}{M_a}\right)^3 &= \left(\tfrac{82.8}{120}\right)^3 = 0.3287 \\ I_e &= 0.3287\times7{,}200 + (1-0.3287)\times3{,}163 = \boxed{\mathbf{4{,}490}\ \text{×10⁶ mm⁴}} \\ \frac{I_e}{I_g} &= \mathbf{0.624}\end{aligned}$$
4.4.2.2(4) (4.4-3)(4.4-4)
$$ I_e=\frac{I_{cr}}{1-\gamma\left(\frac{0.8M_{cr}}{M_a}\right)^2\left[1-\frac{I_{cr}}{I_g}\right]}\ (M_a>0.8M_{cr}),\quad \gamma=1.72-0.72\frac{0.8M_{cr}}{M_a} $$
Bischoff + $0.8M_{cr}$ (ACI 440.11 계보)
$M_a\le0.8M_{cr}$ 이면 $I_g$
$$\begin{aligned}\gamma &= 1.72-0.72\left(\tfrac{0.8M_{cr}}{M_a}\right) = 1.72-0.72\times0.552 = 1.322 \\ I_e &= \frac{I_{cr}}{1-\gamma\left(\tfrac{0.8M_{cr}}{M_a}\right)^2\left[1-\tfrac{I_{cr}}{I_g}\right]} = \frac{965}{1-1.322\times0.552^2\times(1-0.134)} \\ &= \boxed{\mathbf{1{,}482}\ \text{×10⁶ mm⁴}} \\ \frac{I_e}{I_g} &= \mathbf{0.206}\end{aligned}$$
순간처짐 $\Delta_i$
허용처짐얹은 직후 처짐
사용감
4.2.1(2)(3)(6) 표 4.2-2
$$ \Delta_i=K\frac{M_a L^2}{E_c I_e},\qquad \Delta_L\le\frac{L}{360} $$
탄성처짐공식 ($K$ = 단순 5/48
캔틸레버 1/4 …)
활하중 순간처짐 한계
$$\begin{aligned}\Delta_i &= K\frac{M_a L^2}{E_c I_e} = 0.1042\times\frac{120\times10^6\times6000^2}{27{,}537\times4{,}490\times10^6} = 3.64\ \text{mm} \\ \Delta_{sus} &= 0.60\times3.64 = 2.18 \\ \Delta_L &= \Delta_i-\Delta_{sus} = \boxed{\mathbf{1.46}\ \text{mm}} \\ \Delta_L &\ \le\ L/360 = 16.7\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
$$ \Delta_i=K\frac{M_a L^2}{E_c I_e},\qquad \Delta_L\le\frac{L}{360} $$
한계 → KDS 14 20 30 표 4.2-2
$$\begin{aligned}\Delta_i &= K\frac{M_a L^2}{E_c I_e} = 0.1042\times\frac{120\times10^6\times6000^2}{27{,}537\times1{,}482\times10^6} = 11.02\ \text{mm} \\ \Delta_{sus} &= 0.60\times11.02 = 6.61 \\ \Delta_L &= \Delta_i-\Delta_{sus} = \boxed{\mathbf{4.41}\ \text{mm}} \\ \Delta_L &\ \le\ L/360 = 16.7\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
장기처짐 $\lambda_\Delta$크리프, 건조수축까지 포함
4.2.1(5) (4.2-4)
$$ \lambda_\Delta=\frac{\xi}{1+50\rho'},\qquad \xi=2.0\,(5\text{년}),\ 1.4,\ 1.2,\ 1.0 $$
$\Delta_{lt}=\lambda_\Delta\Delta_{sus}$
합계 $\Delta_L+\Delta_{lt}\le \frac{L}{240}$
$$\begin{aligned}\lambda_\Delta &= \frac{\xi}{1+50\rho'} = \frac{2}{1+50\times0} = 2.00 \\ \Delta_{lt} &= \lambda_\Delta\Delta_{sus} = 2.00\times2.18 = 4.37\ \text{mm} \\ \Delta_L+\Delta_{lt} &= 1.46+4.37 = \boxed{\mathbf{5.82}\ \text{mm}}\ \le\ L/240 = 25.0\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
4.4.2.3(1) (4.4-8)
$$ \lambda_\Delta=0.6\,\xi $$
ξ → KDS 14 20 30 4.2.1(5)
압축보강근 무시
$$\begin{aligned}\lambda_\Delta &= 0.6\,\xi = 0.6\times2 = 1.20 \\ \Delta_{lt} &= \lambda_\Delta\Delta_{sus} = 1.20\times6.61 = 7.94\ \text{mm} \\ \Delta_L+\Delta_{lt} &= 4.41+7.94 = \boxed{\mathbf{12.35}\ \text{mm}}\ \le\ L/240 = 25.0\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
지속 사용응력
$f_{fs,sus}$지속하중분만의 응력
크리프 파단 방지
해당 없음
RC 해당 없음
4.4.3(1) (4.4-9)
$$ f_{fs,sus}=M_{s,sus}\frac{n_f d(1-k_{cr})}{I_{cr}}\ \le\ 0.30f_{fu} $$
$$\begin{aligned}M_{s,sus} &= 0.60\times120 = 72.0\ \text{kN}\cdot\text{m} \\ f_{fs,sus} &= \frac{M_{s,sus}\,n_f\,d(1-k)}{I_{cr}} = \boxed{\mathbf{50}\ \text{MPa}} \\ &\ \le\ 0.30f_{fu} = 0.30\times850 = 255\ \ \color{#0a8a2a}{\checkmark\ \textbf{OK}}\end{aligned}$$
최소 두께 (참고)
4.2.1(1) 표 4.2-1
$$ h_{min}=\frac{L}{16}\ (\text{보, 단순지지}),\ \ \frac{L}{20}\ (\text{1방향 슬래브}) $$
만족하면 처짐 계산 생략 가능
$f_y\ne400$: ×(0.43+$f_y$/700)
$$\begin{aligned}h_{min} &= \frac{L}{16} = 375\ \text{mm}\ \le\ h = 600\ \to\ \text{처짐 계산 생략 가능}\end{aligned}$$
해당 없음
최소두께 규정 없음
직접 계산

🛡️ 만족하는 설계 대안 (본수 증가 또는 단면 높이 증가, 각각 단독 적용)

하중RC (KDS 14 20 30, 14 20 20)FRP (KDS 14 20 68)
① $M_s = 120$ kN·m현재 배치로 만족
지배 장기 합계 처짐 0.23
현재 배치로 만족
지배 균열 간격 0.58

📊 기준 6종 비교 (같은 단면, 하중에서 기준별 값)

노란 테두리 = 지금 고른 FRP 기준붉은 점선 = 모든 기준에 같은 한계붉은 짧은 선 + 숫자 = 그 기준만의 한계
약칭 KDS 14 = KDS 14 20 68 (건축, 일반), KDS 24 = KDS 24 50 05 (교량), ACI 15 = ACI 440.1R-15, ACI 22 = ACI 440.11-22, AASHTO = AASHTO GFRP 보강 콘크리트교 설계지침 2판 (2018)
최대 이용률 (값/한계)- - 점선: 1.0 = 한계다섯 검토 중 가장 불리한 것1.0 이하면 만족0.23RC0.58KDS 140.58KDS 240.75ACI 150.58ACI 220.59AASHTO장기 합계 처짐 [mm]- - 점선: L/240 = 25.0 mm크리프, 건조수축까지 포함한 최종 처짐5.8RC12.3KDS 149.4KDS 249.8ACI 1512.7ACI 2213.7AASHTO활하중 순간처짐 [mm]- - 점선: L/360 = 16.7 mm활하중을 얹은 직후의 처짐사용감, 비구조재 손상1.46RC4.41KDS 143.36KDS 243.51ACI 154.54ACI 223.42AASHTO균열 제어 간격 한계 smax [mm]- - 점선: 실제 s = 134 mm균열폭을 허용값 이하로보강근 간격 제한950RC231KDS 14230KDS 24179ACI 15230ACI 22229AASHTO막대(간격 한계)가 점선(실제 간격) 위면 OK사용응력 [MPa] (RC fs, FRP ffs)붉은 짧은 선 = 그 기준의 한계전체 사용하중에서 보강근에 걸리는 응력한계는 균열폭을 잡는 응력, 피복 제한88한계 없음RC83168KDS 1483163KDS 2483140ACI 1583168ACI 2283163AASHTO붉은 짧은 선 = 그 기준의 응력, 피복 제한RC 는 한계 규정 없음(균열 간격으로 제어)지속 사용응력 ffs,sus [MPa]붉은 짧은 선 = 그 기준의 한계지속하중분만의 응력오래 버티면 끊어지는 크리프 파단을 막는 한계해당 없음RC50255KDS 1450240KDS 2450160ACI 1550255ACI 2250240AASHTO붉은 짧은 선 = 그 기준의 크리프파괴 한계 (KDS, ACI 440.11,AASHTO = 0.30ffu / ACI 440.1R-15 = 0.20ffu , RC 해당 없음)한계 사용모멘트 Ms,max [kN·m]- - 점선: 현재 Ms = 120 kN·m이 단면이 사용성으로 버티는 모멘트368RC164KDS 14163KDS 24140ACI 15163ACI 22159AASHTO모든 사용성 검토를 만족하는 최대 Ms (이분법)막대가 점선 위면 여유 있음균열모멘트 Mcr [kN·m]- - 점선: 현재 Ms = 120 kN·m이 값을 넘으면 단면이 갈라져 강성이 떨어짐82.8RC82.8KDS 1482.8KDS 2481.5ACI 1581.5ACI 2282.8AASHTO막대(Mcr)가 점선(Ms) 아래면 균열 단면으로 검토KDS 14 20 68은 0.8Mcr 기준유효단면2차모멘트 비 Ie/Ig한계 없음 (1.0 = 비균열, 작을수록 강성 저하)갈라진 뒤 남는 강성처짐 계산의 핵심0.62RC0.21KDS 140.27KDS 240.28ACI 150.21ACI 220.28AASHTO
💡 숫자에서 읽히는 것 (펼치기)
처짐가장 큼 AASHTO 13.7 mm (RC 5.8 mm의 2.4배), 가장 작음 KDS 24 9.4 mm
균열 제어 간격RC 950 mm, FRP 179–231 mm → 실제 134 mm는 모두 OK
한계응력 가장 엄격 ACI 15 140 MPa, 가장 느슨 KDS 14 168 MPa; 크리프 한계는 ACI 15만 0.20$f_{fu}$ (나머지 0.30$f_{fu}$)
여유현재 $M_s$ = 120 kN·m → RC 368 kN·m (3.1배, 먼저 걸림: 장기 합계 처짐), KDS 14 164 kN·m (1.4배, 먼저 걸림: 균열 간격)