🔄 RC → FRP 치환 설계 (보)
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이용률 = 소요 / 설계 (D/C 비, 영문 utilization ratio): 휨 $M_u/\phi M_n$, 전단 $\max(V_u/\phi V_n,\ s/s_{allow})$, 사용성 $\max$(처짐/한계, 간격/한계, 응력/한계), 정착 소요 정착길이 / 확보 묻힘길이. 1.0 이하 OK, 여유 = 1 − 이용률 (0.75 = 25% 여유), 1.0 초과 = 그만큼 부족. 막대의 빨간 눈금 = 1.0
검토 항목RC (KDS 14 20, 이형철근)FRP (KDS 14 20 68, GFRP 같은 지름)FRP/RC
왜 (📖 근거 = 조항, 식, 물어보기)
① 휨📚 설계 6종 (휨)↗ 휨 설계 앱RC 0.75 ✔FRP 1.02 ✘도해, 단계 요약, 근거
설계휨강도 $\phi M_n$ [kN·m]이용률 $M_u/\phi M_n$, $M_u$ = 350464.60.75 ✔341.61.02 ✘0.74배취성 재료라 $\phi$ 가 작음
압축파괴로 바뀌면 보강근을 늘려도 조금만 오름
파괴 형태, $\phi$철근 항복
인장지배, $\phi$ = 0.85
콘크리트 압축파괴
압축지배, $\phi$ = 0.65
0.76배RC 는 철근 항복 여부($\varepsilon_t$)로
FRP 는 $\rho_f/\rho_{fb}$ 의 비로 정함
중립축 $c$, 블록 $a$ [mm]149.0, 119.2
$\varepsilon_t$ = 8.53‰
142.4, 113.9
$f_f$ = 382 MPa
0.96배$E_f$ 가 낮아 같은 힘에 변형이 큼
그래서 중립축이 얕음
보강근비 [%] vs 한계$\rho$ = 1.493 ≤ $\rho_{max}$ 2.4200.62 ✔$\rho_f$ = 1.493, $\rho_{fb}$ = 0.357
$\rho_f/\rho_{fb}$ = 4.18, 압축파괴 구간
RC 는 상한 $\rho_{max}$ 가 한계
FRP 의 $\rho_{fb}$ 는 파괴 형태의 경계 (넘어도 됨)
최소 보강근량 [mm²]$A_{s,min}$ = 713 ≤ 3,0400.23 ✔적용 대상 아님 (압축파괴 구간)
참고 $A_{f,min}$ = 551
균열 직후 끊어지지 않게 넣는 최소량
FRP 는 $f_{fu}$ 기준
② 전단📚 설계 6종 (전단)↗ 전단 설계 앱RC 0.59 ✔FRP 0.68 ✔도해, 단계 요약, 근거
설계전단강도 $\phi V_n$ [kN]이용률 $V_u/\phi V_n$, $V_u$ = 150409.70.37 ✔221.80.68 ✔0.54배$V_c$ 가 반이 되고
스터럽 응력도 제한되어 합이 작음
$V_c$ / $V_s$, $V_f$ [kN] (스터럽 상한)185.9 / 360.4 (상한 743.6)
$f_{yt}$ = 400 MPa
92.9 / 202.7 (상한 685.5)
$f_{fv}$ = 225 MPa
0.50배$V_c$ 는 균열단면 중립축 $kd$ 에 비례
$E_f$ 45 GPa 는 철근의 약 1/4, $kd$ 가 반
스터럽 간격 $s$ / $s_{allow}$ [mm]150 / 2550.59 ✔150 / 2550.59 ✔간격 상한 $d/2$, 600 mm 는 같음
강도상 소요 간격은 스터럽 응력이 정함
판정 구간, 최소 전단보강 $A_{v,min}$ [mm²]③ 계산 배근
52 ≤ 배치 265
0.20 ✔
③ 계산 배근
93 ≤ 배치 265
0.35 ✔
1.78배$\tfrac{1}{2}\phi V_c$, $\phi V_c$ 로 가르는 3단계 판정
최소량은 FRP 응력 기준
③ 사용성📚 설계 6종 (사용성)↗ 사용성 설계 앱RC 0.23 ✔FRP 0.58 ✔도해, 단계 요약, 근거
장기 합계 처짐 [mm]한계 $L$/240 = 25.05.820.23 ✔12.350.49 ✔2.12배$I_e$ 가 작음
$n = E_f/E_c$ 가 작고 균열 뒤 강성이 크게 떨어짐
활하중 순간처짐 [mm]한계 $L$/360 = 16.71.460.09 ✔4.410.26 ✔3.03배같은 이유
활하중만의 순간 처짐도 $I_e$ 비만큼 커짐
유효 단면2차모멘트 $I_e$ [mm⁴], $I_e/I_g$4,490 $\times 10^6$, 0.62
$M_{cr}$ = 82.8 kN·m, 균열
1,482 $\times 10^6$, 0.21
$n_f$ = 1.63 (RC $n$ = 7.26)
0.33배균열 뒤 남는 강성
FRP 는 Bischoff 식
균열 제어 간격 $s$ / $s_{max}$ [mm]134 / 9500.14 ✔134 / 2310.58 ✔0.24배RC 는 간격으로 간접 제어
FRP 는 균열폭 식으로 직접 제어
사용응력, 지속응력 [MPa]$f_s$ = 88, 규정 없음$f_{fs}$ = 83 / 168
지속 50 / 255 (0.30$f_{fu}$)
0.49 ✔
0.94배FRP 만의 규정
크리프 파단을 막는 지속응력 한계
④ 정착, 이음📚 설계 6종 (정착)↗ 정착 설계 앱RC 0.42 ✔FRP 2.00 ✘도해, 단계 요약, 근거
소요 정착길이 (직선 $l_d$) / 확보 [mm]이용률 소요/확보, 소요/배근 비 1503 / 1,2000.42 ✔2,400 / 1,2002.00 ✘4.77배부착 응력식이 다르고 $f_{fu}$ 가 커서 길어짐
규격이 클수록 더 나빠짐
직선 $l_d$ ($d_b$ 배수), 표준갈고리 $l_{dh}$ [mm]$l_d$ = 503 (20$d_b$)
$l_{dh}$ = 312
$l_d$ = 2,400 (95$d_b$)
$l_{dh}$ = 890
4.77배GFRP 갈고리는 공장 성형만 (G10–G25)
강도 저감 반영
겹침이음 (B급) [mm]868 (계수 1.3)3,121 (B급, 계수 1.3)3.59배이음은 직선 정착길이의 배수
함께 길어짐
정모멘트 정착 $l_d \le \dfrac{\phi M_n}{V_u} + l_a$ [mm]503 ≤ 2,7310.18 ✔2,400 ≤ 2,0481.17 ✘받침점에서 $\dfrac{\phi M_n}{V_u} + l_a$ 안에
정착이 끝나야 함
🔁 치환 3안세 축(규격, 본수, 단면)을 각각, 처음 만족하는 안 = 최소, 적용 = 입력이 바뀌고 계산서가 갱신
기준 재료량 (지금 배근, 1 m 당): 보강근 3,040 mm² = 철근 23.9 kg → GFRP 6.1 kg (밀도 2.00 참고값, 철근의 25%), 콘크리트 0.240 m³. 경간 6 m 합계: 철근 143 kg → GFRP 36 kg, 콘크리트 1.44 m³. 카드의 % = 이 기준 대비

기준안, 지금 배근 그대로

HD25 6본 (2단) → G25 같은 지름, $b$ × $h$ = 400 × 600

1.02 ✘
전단0.68 ✔
사용성0.58 ✔
정착2.00 ✘
보강근 3,040 mm², 6.1 kg/m콘크리트 0.240 m³/m
✘ 미달: 휨 1.02, 정착 2.00
지금 입력

A 규격 키움

HD25 → G29 ⌀28.6, 같은 6본

0.95 ✔
전단0.68 ✔
사용성0.42 ✔
정착2.18 ✘
보강근 3,855 mm² (+27%), 7.7 kg/m콘크리트 0.240 m³/m (+0%)최소
✔ 휨, 전단, 사용성 만족, 정착은 아래 대책

B 본수 늘림

G25 6 → 7본 (2단)

0.97 ✔
전단0.68 ✔
사용성0.44 ✔
정착2.04 ✘
보강근 3,547 mm² (+17%), 7.1 kg/m콘크리트 0.240 m³/m (+0%)최소
✔ 휨, 전단, 사용성 만족, 정착은 아래 대책
★ 추천

C 단면 키움

$h$ 600 → 650 mm, 배근 그대로

0.88 ✔
전단0.62 ✔
사용성0.50 ✔
정착1.76 ✘
보강근 3,040 mm² (+0%), 6.1 kg/m콘크리트 0.260 m³/m (+8%)최소
✔ 휨, 전단, 사용성 만족, 정착은 아래 대책
✘ 같은 배근을 FRP 로 바꾸면 정착이 지배 (이용률 2.00). 세 축을 각각 훑어 처음 만족하는 안 = 최소, ★ = 보강량과 콘크리트 증가가 가장 작은 안. RC 감각("모자라면 한 본 더")이 안 통하는 경우(2단이 되어 $d$ 가 줄면 오히려 손해, 규격을 키우면 정착이 더 나빠짐)도 그대로 보임
🔗 정착 대책모든 안 공통, 배근을 키워도 정착은 좋아지지 않으므로 따로 (FRP, 확보 1,200 mm)
직선 정착 $l_d$2,400 mm✘ 지금 조건
90° 표준갈고리 $l_{dh}$890 mm✔ 공장 성형 (G10–G25)
헤드 정착제조사 시험값✘ 정착 조건 패널에 길이 입력
지지부 연장2,400 mm 필요✘ 확보 1,200 → 2,450 mm
인쇄 = 레일, 입력 패널을 빼고 요약 띠, 계산서, 치환안. 두 칸 계산서 양식(DOCX → HWP)은 다음 단계
$C_E = \mathbf{0.85}$ ← KDS 14 20 68 3.2(6) 섬유, 환경과 무관하게 0.85 고정 (GFRP 전용 기준)
$f_{fu} = C_E\, f_{fu}^* = 0.85 \times 1{,}000 = \mathbf{850}\ \text{MPa}$
크리프파괴 응력한계 $f_{f,s} \le 0.30\, f_{fu} = \mathbf{255}\ \text{MPa}$ ← 4.4.3 (사용성 앱에서 사용)
이 앱(치환)에서의 영향: $C_E \to f_{fu}$ → 휨 $\rho_{fb}$, 전단 $f_{fb}$, 사용성 크리프 한계, 정착 $f_{fr}$ 전부에 영향
자동: $d_t = h - c - d_{bv} - d_b/2 = 600 - 40 - 13 - 12.7 = 534.3$, $d = d_t - (d_b + 25)/2 = 509.1$ (2단: 두 층의 도심, 층간 순간격 25 mm)