프리스트레스트 콘크리트(프리텐션·포스트텐션)

핵심 정리

프리스트레스트 콘크리트는 외력이 만드는 응력을 소정의 한도까지 상쇄하도록 콘크리트 내부의 응력 분포와 크기를 미리 정해 두는 구조다. 이 구조에서 힘은 두 재료에 나뉘어 걸린다. 긴장재는 인장력을, 콘크리트는 압축력을 받는다.

콘크리트에 긴장재로 초기 긴장력을 도입한 구조가 프리스트레스트 콘크리트이며, 긴장재로는 강봉, 강선, 강연선 등이 쓰인다. 프리스트레싱 방법에는 프리텐션 방식과 포스트텐션 방식 등이 있다. 두 방식은 긴장하는 시점이 달라 이후 손실의 양상도 달라지므로 방식별로 구분해 외운다.

프리스트레스트 콘크리트는 전체 단면을 유효하게 이용하므로 일반 철근콘크리트보다 단면 크기를 줄일 수 있다.

긴장재에 준 긴장력은 시간이 지나며 일부가 줄어들므로, 설계 검토에는 손실을 뺀 값을 쓴다. 유효 프리스트레스는 프리스트레스 손실 원인을 고려하여 결정한다. 손실 원인은 시간이 지나며 생기는 것과 긴장할 때 즉시 생기는 것으로 나누어 정리하면 헷갈리지 않는다.

자세히

손실 원인의 범위

긴장재 응력의 릴렉세이션은 일정 길이에서 응력이 시간에 따라 줄어드는 프리스트레스 손실 원인이다. 릴렉세이션은 긴장재의 길이를 일정하게 유지한 상태에서 응력만 줄어드는 현상이므로, 콘크리트의 변형으로 생기는 손실과는 구분해야 한다.

콘크리트의 크리프는 시간에 따라 긴장재의 응력을 줄이는 프리스트레스 손실 원인이다. 크리프는 지속하중을 받는 콘크리트의 변형이 시간에 따라 커지는 현상이다.

콘크리트의 팽창은 프리스트레스의 손실 원인에 해당하지 않는다.

정착장치의 활동은 프리스트레스 손실 원인이다. 손실 원인을 판단할 때는 손실이 생기는 과정보다 긴장재와 콘크리트 중 어느 쪽에서 응력이 줄어드는지를 먼저 본다.

긴장재 간격과 배치

비부착긴장재가 배치된 슬래브에는 최소 부착철근을 배치하여야 한다.

기둥 위치에 배치된 비부착긴장재는 기둥 주철근으로 둘러싸인 구역을 지나거나 그 구역에 정착되어야 한다. 배치 위치를 정할 때 기둥 주철근 구역과의 관계를 먼저 확인한다.

긴장재 간격은 슬래브에 작용하는 집중하중이나 개구부를 고려하여 정한다. 간격을 정할 때는 하중이 어떤 형태로 걸리는지를 먼저 구분해야 한다.

등분포하중에 대해 배치하는 긴장재 간격은 최소한 1방향으로 슬래브 두께의 8배 또는 1.5m 이하로 한다. 등분포하중 조건과 집중하중·개구부 조건은 간격 기준을 섞어 외우지 않도록 주의한다.

도입 직후 응력과 사용성

프리스트레스 도입 직후 콘크리트 응력은 탄성수축, 릴랙세이션, 정착장치 활동에 의한 손실과 자중에 따라 감소한다.

프리스트레스 도입 시 응력 계산에서 균열단면의 콘크리트는 인장력에 저항하지 않는 것으로 가정한다.

프리스트레스 도입 직후 콘크리트 허용응력 제한은 사용성을 위한 것이며, 극한하중에 대한 강도검토는 별도로 해야 한다.

긴장 시 긴장재의 인장응력은 설계기준인장강도의 80%와 설계기준항복강도의 94% 중 작은 값 이하로 한다.

연결부 또는 정착부 긴장재의 피로 검토를 생략할 수 있는 응력범위는 140MPa 이내이다.

긴장 방식별 손실 차이

포스트텐션 긴장재와 덕트 사이의 마찰은 긴장 중 응력을 감소시키는 프리스트레스 손실 원인이다. 마찰은 긴장재가 덕트를 따라 미끄러질 때 생기므로, 긴장 과정에서 먼저 나타나는 손실로 이해하면 된다.

콘크리트의 건조수축은 프리텐션 부재에서도 발생하는 주요 프리스트레스 손실 원인이다. 건조수축은 프리텐션 부재의 손실 항목으로도 확인해 둔다.