프리스트레스트 콘크리트 해석 개념

PSC의 정의

프리스트레스트 콘크리트는 사용하중이 걸리기 전에 압축응력을 미리 넣은 구조다.

콘크리트는 압축에 강하고 인장에 약하므로, 인장을 먼저 상쇄하는 것이 핵심이다.

해석의 기본 개념은 응력, 강도, 하중평형의 세 가지다.

세 가지 기본개념

첫째는 응력 개념이다. 콘크리트를 탄성체로 보고 프리스트레스를 단면 응력으로 더한다.

둘째는 강도 개념이다. 긴장재 인장력과 콘크리트 압축력이 이루는 내력 우력으로 본다.

셋째는 하중평형 개념이다. 긴장력의 편심 인장력을 등가하중으로 치환해 본다.

세 개념은 관점은 달라도 같은 단면에서 같은 결과를 낸다.

단면 응력 식

단면 응력은 프리스트레스 힘에 의한 항과 휨모멘트에 의한 항을 더해 구한다.

압축은 (+), 인장은 (-)로 규약하면 식의 부호를 혼동하지 않는다.

P와 e를 잘 정하면 사용하중 단계에서 연단 인장응력이 생기지 않는다.

계산 예제

가상의 직사각형 보로 응력 개념을 검토해 본다.

단면적은 180,000 mm²이고, 단면계수는 18,000,000 mm³이다.

프리스트레스에 의한 응력은 5.0과 7.5를 더해 12.5 MPa 압축이다.

하중에 의한 휨응력은 11.1 MPa이며 인장이다.

하단은 12.5에서 11.1을 뺀 +1.4 MPa이므로 인장이 생기지 않는다. 상단 응력은 따로 확인해야 한다.

헷갈리는 점과 시험 포인트

헷갈리기 쉬운 첫 번째는 부호 규약이다. 압축은 (+), 인장은 (-)로 끝까지 일관되게 쓴다.

둘째는 손실을 빼지 않은 초기 도입력으로 응력을 계산하는 실수다.

셋째는 하중에 의한 PS강재 응력 증가를 무시하는 것이다. 부착 긴장재는 변형률을 따라 응력이 증가한다.

채점은 세 기본개념을 각각 독립 항목으로 보므로 빠뜨리지 않는다.

핵심 정리

정리하면 PSC 해석은 세 가지 기본개념으로 본다.

응력 개념은 사용성 검토, 강도 개념은 극한 강도 검토에 쓴다.

답안의 결론은 사용성과 강도 검토를 함께 수행한다는 것이다.