프리스트레스트 콘크리트 응력 도입

정의와 기본 원리

프리스트레스트 콘크리트는 긴장재로 콘크리트에 미리 압축응력을 주는 구조다.

콘크리트는 압축에 강하고 인장에 약하다. 그래서 미리 누르는 것이 프리스트레싱이다.

이 압축응력이 사용하중이 만드는 인장응력을 상쇄하도록 설계한다.

변형 적합과 힘의 평형

프리스트레스 도입응력은 변형 적합과 힘의 평형 두 조건으로 구한다.

긴장재와 콘크리트는 같이 변형하므로 두 재료의 변형률은 같다.

긴장재를 놓으면 콘크리트가 그 힘을 도입 압축응력으로 받는다.

탄성계수비 n으로 쓰면 콘크리트 도입응력은 P를 A_c와 n A_s의 합으로 나눈 값이다.

프리텐션과 포스트텐션

프리스트레싱 도입방법은 프리텐션과 포스트텐션으로 구분한다.

프리텐션은 긴장 후 타설하고, 부착으로 압축력을 콘크리트에 전달한다.

포스트텐션은 경화 후 긴장재를 당기고, 정착장치 지압으로 힘을 넘긴다.

두 방식 모두 압축응력을 도입하지만, 전달 기구가 달라 정착구역 거동이 다르다.

도입응력 계산 예제

이번에는 강연선 긴장재로 도입 직후 콘크리트 응력을 직접 계산해 본다.

먼저 탄성계수비 n은 긴장재 탄성계수를 콘크리트 탄성계수로 나눈 값이다.

P를 A_c와 n A_p의 합으로 나누면 콘크리트 응력은 약 37.0MPa다.

긴장재 응력은 초기 1000MPa에서 n f_c만큼 줄어 약 740.7MPa가 된다.

강재력과 콘크리트력이 모두 148.1kN으로 일치해 계산이 맞다.

헷갈리는 점과 시험 포인트

앞 문제의 정답은 7이다. 210을 30으로 나누면 7이 된다.

첫째, 긴장재는 인장이고 콘크리트는 압축이라 부호를 혼동하기 쉽다.

둘째, 전달길이와 정착구역을 헷갈린다. 전달길이는 긴장력이 완전히 전달되기까지 필요한 길이다.

셋째, 도입 시 강도 기준을 두 방식에 같은 값으로 적용하는 실수가 흔하다.

프리스트레싱 시 콘크리트 강도는 최대 압축응력의 1.7배 이상이다.

정리

정리하자. 프리스트레스트 콘크리트는 도입 압축응력으로 사용하중의 인장을 상쇄한다.

도입 방법은 프리텐션과 포스트텐션이며, 긴장 시점과 전달 기구로 구분한다.

응력 도입 계산이 정확해야 이후 손실과 휨 해석을 이어 갈 수 있다.