[기출] 허용응력설계법(ASD)과 극한강도설계법(USD)

129회 기출문제에서 난이도가 있었던 문제 중에 하나. 사실 난이도 보다는 출제 빈도가 낮았던 문제로, "허용응력설계법과 극한강도설계법으로 교량의 내하력을 평가하는 방법" 으로 119회 (2019년 8월)에 출제된 적이 있다.

 

허용응력설계법(ASD)과 극한강도설계법(USD) - 철근콘크리트

 

1. 철근(강재)의 응력-변형율 그래프

응력-변형율 그래프

 

1) 허용응력 설계법 : 0 ~ A 구간, 구조물이 탄성영역에 있다고 가정한 설계법

    - 콘크리트 실제 응력 fc < 콘크리트 허용응력 fca

    - 철근의 실제 응력 fs < 철근의 허용응력 fsa

    - 안전율 = 극한응력 / 허용응력

2) 극한강도 설계법 :  0 ~ D 구간, 구조물이 비탄성 거동인 극한강도 영역에 있다고 가정한 설계법

    - 소요강도 ∑γi Li < 설계강도 ΦSn

    - γi : 하중 Li 의 불확실 정도에 따른 하중계수

    - Φ : 강도감소계수

    - Sn : 공칭강도

 

2. 허용응력설계법

1) 정의 : 철근콘크리트를 탄성체로 가정하고 탄성이론에 의한 응력이 재료의 허용응력을 넘지 않도록 설계하는 방법

2) 설계 개념

    - 콘크리트 실제 응력 fc ≤ 콘크리트 허용응력 fca

    - 철근의 실제 응력 fs ≤ 철근의 허용응력 fsa

    - 안전율 = 극한응력 / 허용응력

3) 허용응력

    - 콘크리트의 실제응력 fca = 0.4 fck

    - 철근 fsa = 0.5 fcy

    - 탄성계수비  n = Es / Ec 사용

 

3. 강도설계법

1) 정의 : 철근과 콘크리트의 비탄성 거동인 극한강도를 기초로 한 설계방법으로 설계하중이 단면저항력 이내에 있도록 설계하는 방법

2) 설계개념

    - 소요강도 ∑γi Li < 설계강도 ΦSn

    - γi : 하중 Li 의 불확실 정도에 따른 하중계수 (Load factor)

    - Φ : 강도감소계수 (Strength reduction factor)

    - Sn : 공칭강도 (Norminal strength), 재료의 실강도에 따른 단면력

 

 

4. 허용응력설계법과 극한강도 설계법의 비교 (설계하중, 재료특성, 안전확보 기준)

1) 허용응력설계법의 원리

    - 재료의 허용응력이 그 재료에 가해지는 응력보다 크도록 설계한다.

    - 콘크리트의 응력을 선형으로 가정하는 탄성설계법이며 변형 전에 부재축에 수직한 평면은 변형 후에도 부재축에 수직이다.

2) 극한강도설계법의 원리

    - 부재의 강도는 작용하는 하중계수를 곱한 계수하중을 지지하는데 요구되는 강도보다 크도록 설계한다

    - 콘크리트의 극한상태에서의 응력분포는 포물선 형태이나 설계편의 상 직사각형으로 가정한다.

 

구분	허용응력설계법	극한강도설계법
개념	응력개념	강도개념
설계하중	사용하중	극한하중
재료특성	탄성범위	소성범위
안전확보기준	허용응력 규제	하중계수 고려

 

잡설

원론적으로 들어가자면 건설안전기술사를 공부하는 사람이 구조기술사의 내용을 파악하고 있어야 한다는 점에서 난이도가 높다고 판단은 되지만, 깊게 들어가지 않는 수준에서는 알아두어야 할 것들이다.

 

용어만 보고 언듯 이해하기 어려울 수 있지만, "응력"과 "강도"의 차이점을 생각하면서 그 내용을 파악해보면 접근하기 쉬울 것이다. 응력은 외력에 의해서 결정되는 것이고, 강도는 재료가 가지는 본연의 저항력이다.

 

간단히 정리하자면.

허용응력설계법 : 외력에 의해 계산된 단위 면적당의 응력도가요소별(콘크리트, 철근)의 허용응력도 이내로 되도록 설계

극한강도설계법 : 외력이 전체단면으로 계산한 극한 내력보다 적게 되도록 설계

 

 

읽어주셔서 감사합니다.