[토목구조기술사 제140회 3교시 5번] 그림과 같은 충전형 원형강관 합성기둥의 설계압축강도를 구하시오. (단, … 답안 개요

3교시 5번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

그림과 같은 충전형 원형강관 합성기둥의 설계압축강도를 구하시오.

(단, KDS 14 31 80 합성구조 부재 설계기준(하중저항계수설계법) 적용)

[조 건]

구 분	조건
강관 단면적	$A_{s} = 18400 m m^{2}$
강관 단면2차모멘트	$I_{s} = 548 \times 1 0^{6} m m^{4}$
강재의 항복강도	$f_{y} = 315 N / m m^{2}$
강재의 탄성계수	$E_{s} = 205000 N / m m^{2}$
콘크리트의 설계기준강도	$f_{c k} = 27 N / m m^{2}$
콘크리트의 탄성계수	$E_{c} = 26700 N / m m^{2}$
기둥의 유효 좌굴길이	$k l = 5.0 m$
부재의 유효강성을 구하기 위한 계수	$C_{2} = 0.85 (1 + 1.56 \frac{f _{y} \cdot t}{D _{c} \cdot f _{c k}})$
부재의 유효강성을 구하기 위한 계수	$C_{3} = 0.6 + 2 (\frac{A _{s}}{A _{c} + A _{s}}) \leq 0.9$
압축에 대한 강도저항계수	$ϕ_{c} = 0.75$

답안 개요 보기

답안 구조

개요
콘크리트 코어의 기하학적 특성
단면 공칭압축강도 및 유효강성 산정
탄성좌굴하중 및 설계압축강도 산정
결론

용어 정의

충전형 합성기둥: 강관 내부에 콘크리트를 채워 넣어 강관이 콘크리트를 구속하고, 콘크리트가 강관의 국부좌굴을 방지하도록 설계된 기둥
유효강성: 합성단면에서 강재와 콘크리트 등 각 재료의 강성과 기여도를 종합적으로 고려하여 좌굴강도 산정 시 적용하는 휨강성
콘크리트 구속효과: 원형강관이 내부 콘크리트의 횡방향 팽창을 억제하여 콘크리트의 압축강도 및 연성을 증가시키는 현상

핵심 내용

강관 내경을 이용한 콘크리트 코어의 기하학적 특성(단면적, 단면2차모멘트) 산정
구속효과를 반영한 단면압축강도 계수 및 유효강성 계수 적용
단면압축강도와 탄성좌굴하중의 비를 통한 좌굴형태(탄성 및 비탄성) 판별

공식: $A_c = \frac{\pi (D - 2t)^2}{4}, \quad I_c = \frac{\pi (D - 2t)^4}{64}$ , $P_{no} = A_s f_y + C_2 A_c f_{ck}$ , $EI_{eff} = E_s I_s + C_3 E_c I_c$ , $P_e = \frac{\pi^2 EI_{eff}}{(kl)^2}$ , $\frac{P_{no}}{P_e} \le 2.25 \rightarrow P_n = P_{no} \left(0.658^{\frac{P_{no}}{P_e}}\right)$ , $P_u = \phi_c P_n$

풀이 순서: 콘크리트 코어의 직경, 단면적, 단면2차모멘트 산정 → 단면 압축강도 계수 및 유효강성 계수 산정 → 합성단면의 공칭압축강도 산정 → 합성기둥의 유효강성 및 탄성좌굴하중 산정 → 단면압축강도와 탄성좌굴하중의 비를 통한 좌굴 판별 → 기둥의 좌굴강도 산정 → 합성기둥의 설계압축강도 산정

AI 작성 답안 개요 · 검수 전 · 채점기준과 기준답안은 공개되지 않습니다. 참고용 개요입니다.

출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)