A Study of Minimum Reinforcement Ratio of Singly Reinforced Beamy

A cross section in RC flexural members must be designed to satisfy flexural strength and ductility requirements simultaneously. In design provisions, ductile behavior is ensured by a sufficient reinforcement ratio or depth of the neutral axis. If the reinforcement ratio is less than the balanced reinforcement ratio, ductile behavior is secured, and this value is theoretically the maximum reinforcement ratio. But for a cross section with less steel, brittle failure can occur regardless of ductile behavior because of unqualifying a cracking moment. Recently, designs with a minimum steel ratio have been increasing along with the use of high-strength material, so in design provisions, a minimum amount of reinforcement is suggested. In the KCI(2012) standard, a minimum amount of reinforcement was suggested in terms of strength of steel and concrete. But in the revised KCI(2017) standard, a minimum amount of reinforcement was suggested by a relationship between the design flexural strength and cracking moment indirectly. This code can reflect the effect of cover thickness, but a material model must be defined. Therefore, the minimum amount of reinforcement in KCI(2012) and KCI(2017) was examined, and a rational review method was studied by parametric analysis.

단철근 보의 최소철근비에 대한 고찰

철근콘크리트 휨부재 단면은 휨강도를 확보함과 동시에 연성을 확보할 수 있도록 설계되어야 한다. 설계기준에서는 연성거동을 확보하기 위해 철근비나 중립축 깊이를 제한한다. 균형철근비 보다 적은 철근량이 배치된 단면은 연성이 확보되므로 균형철근비는 이론적인 최대철근비가 된다. 그러나 너무 적은 양의 철근량이 배치된 단면은 연성 거동과 관계 없이 균열 휨모멘트를 만족하지 못하고 취성 파괴될 수 있다. 또한, 최근 들어 고강도 재료의 사용이 증가함에 따라 최소철근비로 설계된 부재의 설계도 증가하고 있다. 이에 설계기준에서는 최소철근량에 대해서도 규정하고 있다. 콘크리트구조기준(2012)에서는 최소철근량에 대하여 철근과 콘크리트 강도의 항으로 직접적으로 규정하였다. 그러나 개정된 콘크리트구조 학회기준(2017)에서는 설계 휨강도와 균열 모멘트 사이의 관계를 통해 최소철근량을 간접적으로 제시하고 있다. 이는 피복두께에 대한 영향을 반영할 수 있지만, 재료 모델에 대한 정의가 필요하다. 따라서 이 연구에서는 콘크리트구조기준(2012)과 콘크리트구조 학회기준(2017)의 최소철근량에 대한 규정을 비교 검토하고, 다양한 해석 변수를 통해 최소철근량의 변화를 검토하여 합리적인 최소철근량 검토 방안에 대하여 고찰하였다.