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프리스트레스콘크리트

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by

Byung Soo Cho

on 6 June 2014

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Transcript of 프리스트레스콘크리트

프리스트레스트 콘크리트(Prestressed Concrete: 이하 PSC)란?

인장력을 받고 있는 강재가 들어있는 철근콘크리트 (Reinforced Concrete)의 한 형태이다. 강재에 인장력을 줌으로써 외부하중에 대한 콘크리트의 거동을 개선시키는 방법이다.

즉, 강재에서의 인장응력 및 콘크리트에서의 압축응력은 평형을 이루게 된다.

프리스트레스의 궁극적인 목적은 구조물에 유리한 응력이나 변형을 도입시키는 것이므로

PS강재를 미리 긴장 시키고 콘크리트에 압축 응력을 주어 하중이 작용함으로써
생기는 신장을 막고 인장응력에 의하여 발생하는 콘크리트의 균열을 방지하는 데 있다.
일반사항
PSC부재는 일반적으로 3단계에 걸쳐 응력을 받는다.

1. 초기단계는 프리스트레스 힘을 받는다.
2. 중간단계는 운반과정에서 힘을 받는다.
3. 최종단계는 설계하중을 받는다.

따라서 각 하중단계 별로 PSC부재의 응력을 검토하여야 한다.
하중단계에 따른 PSC의 거동
사용성, 안전성, 경제성
① PSC는 균열이 발생하지 않도록 설계되기 때문에 내구성 및 수밀성이 좋다.
충격하중이나 반복하중에 대한 저항력도 RC에 비하여 크다.

② PSC는 RC에 비하여 강성이 작아서 변형이 크고 진동하기 쉽다.

③ 고강도 강재는 고온에 접하면 갑자기 강도가 감소하므로 PSC는 RC보다 내화성에 있어서는 불리하다.

④ PSC 구조는 안전성이 높다.
PSC에서는 프리스트레싱 작업 때 강재와 콘크리트가 최대응력을 받는다. 그러므로 프리스트레싱 작업 은 재료시험을
실시하고 있는 것과 같으며, 이 때 안전하였다면 보통의 사용상태에서는 충분히 안전 하며, PSC 부재는 파괴의 전조
가 뚜렷하다.
1) 초기단계
이 단계는 PSC부재를 제조하는 과정이다.

① 프리스트레싱 하기 전의 단계:
PSC는 무근 콘크리트와 같아서 매우 약하다. 따라서 양생에 주의해야 하며, 온도의 갑작스러운 변화를 피하여 균열을 방지하여야 한다.

② 프리스트레싱 작업 중인 단계:
강재가 그 수명동안 받을 인장응력 중 가장 큰 응력을 받을 시기이다. 이 때 정착부에 대한 지압강도는 매우 크고,
초기재령 콘크리트가 받는 프리스트레스는 최대이므로 콘크리트의 품질이 좋지않으면 정착부에서 콘크리트의 파괴가 일어날수 있다.

③ 프리스트레싱 직후:
초기 프리스트레스 단계로 아직 콘크리트의 재령이 초기 상태이므로 콘크리트에 위험상태를 가져올 수 있고, 경우에 따라서 이 단계가 부재의 설계를 지배하기도 한다.

④ 재긴장 단계:
PSC부재는 때로 재긴장이 있을 수 있다. 이런 경우에는 두 번 또는 그 이상의 단계로 프리스트레싱이 실시된다. 보통의 경우는 건조수축과 크리프에 의한 프리스트레스의 감소량을 적게 하기위하여 이미 긴장한 긴장재를 다시 더 긴장하는 경우이며, 설계에 따라 초기 자중 외에 추가 사하중이 발생할 때 나머지 긴장재를 추가로 긴장하는 경우도 있다. 이 때는 단계별로 응력상태를 검토해 주어야 한다.
하중단계에 따른 PSC의 거동
0733185 손준석
0832048 조병수
0937296 조은지
1053451 성정민

프리스트레스 콘크리트
하중단계에 따른 PSC의 거동
① PSC는 RC에 비하여 고강도의 콘크리트와 강재를 사용한다.

강재는 매우 큰 인장력에 견뎌야 하고, 콘크리트는 높은 프리스트레스에 견뎌야 하기 때문이다. 그러나 RC에서는 균열폭 때문에 고강도 강재를 유효하게 사용할 수 없는 결점이 있다.

② PSC는 RC에 비하여 훨씬 탄성적이고 복원성이 크다.

③ 긴장재를 구부려 배치하거나 곡선으로 배치한 PSC보에서는 긴장재의 인장력의 연직분력만큼 전단력이
감소된다. 그러므로 인장응력이 작아져서, 같은 전단력을 받는 RC보에 비하여 복부의 폭을 얇게 할 수 있어서 부재의 자중이 경감된다.
기존RC와 PSC의 비교
재료와 역학적성질
프리스트레스트 콘크리트에 쓰이는 콘크리트는 다음과 같은 품질이 요구된다.

① 압축강도가 높아야 한다.

② 건조수축과 크리프가 작아야 한다.

프리스트레스트 콘크리트의 목적을 달성하고 그 장점을 충분히 발휘시키기 위해서는 높은 압축강도의
콘크리트가 필요하다. 압축강도가 큰 콘크리트는 다른 강도도 크다. 특히, 설계계산에 사용한 압축강도,
즉 설계기준 강도가 확실하게 현장시공에서 얻어져야 한다.
PSC는 RC와 달라서 설계계산상의 큰 응력이 프리스트레싱에 의하여 실제로 콘크리트에 일어나기 때문이다.
따라서 PSC에 있어서는 콘크리트의 설계기준 강도 fck를 적어도 다음 값 이상이 되게 해야 한다.

· 포스트텐션 방식의 경우 30MPa 이상
· 프리텐션 방식의 경우 35MPa 이상

콘크리트의 건조수축과 크리프는 프리스트레스 손실의 원인 중 큰 몫을 차지하므로, 이러한 프리스트레스의 감소를 줄이기 위해서는 건조수축과 크리프가 적게 일어나는 콘크리트이어야 한다.
콘크리트 품질
2) 중간단계
중간단계는 프리캐스트의 PSC부재를 운반하고 가설하는 과정에서 일어나는 응력상태이다.

소정의 프리스트레싱 작업이 완료된 직후의 PSC부재는 프리스트레스와 자중에 의한 휨응력의 합성응력이 작용하는 상태에 있다. 그러므로 운반하고 취급하는 과정에서 부재에 위험한 응력이 일어나지 않도록 주의해야 한다.


최종단계는 모든 설계하중이 작용할 때의 응력상태이다.

사하중과 활하중의 가장 불리한 조합을 고려해야 하며, 때로는 풍하중, 지진하중과 같은 횡방향 하중과 지점의 침하, 온도변화의 영향을 고려해야 한다.

보통 구조물에 설계하중이 작용하는 시기는 프리스트레스 도입 후 몇 개월 정도 후이다. 이 시기에는 콘크리트에 건조수축, 크리프 및 PS강재의 릴랙세이션 등으로 인하여 최초에 PS강재에 준 인장력이 감소하게 된다. 이러한 감소 후 긴장재에 남아 있는 인장력을 유효인장력이라고 하며, 이때 콘크리트에 작용하는 실제 남아 있는 프리스트레스를 유효 프리스트레스라고 한다. 따라서 이 단계에서는 유효 스트레스에 대하여 검토하여야 한다.

최종단계에서는 설계하중에 관한 응력은 물론이고 균열과 파괴에 대한 안전도도 검토해야 한다.
3) 최종단계
시멘트
시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트를 주로 사용하며, 프리스트레싱을 일찍 실시할 필요가 있는 경우에는 조강 포틀랜드 시멘트를 사용한다. 조강 포틀랜드 시멘트는 과도한 경화열로 인하여 수축균열이 발생하는 수가 있으므로 과다한 부배합이 되지 않도록 주의해야한다.
또한, 외국에서는 팽창 시멘트(Expansive cement, Self- stressing cement)가 개발되어 일부 사용되고 있다.
팽창 시멘트를 사용한 콘크리트는 초기재령에서 화학적으로 팽창한다.
이 성질을 이용하여 콘크리트에 프리스트레스를 도입할 수 있다. 이것을 화학적 프리스트레싱이라고 한다.
재료에 관하여
정착장치와 접속장치
긴장재 끝을 콘크리트에 정착하는데 쓰이는 기구이며, 접속장치는 나사를 많이 사용한다.
재료에 관하여
혼화재료
혼화재료는 사용에 앞서 그 성능을 확인해야 하며, PS강재를 부식시킬 염려가 없는가를 조사 검토해야한다.
특히, PS강재와 직접 부착되는 콘크리트나 그라우트에는 염화칼슘 또는 염화칼슘을 다량 함유하는 혼화재를 사용해서는 안된다.
공기 연행성이 없이 20~30% 정도의 감수효과를 내는 고성능 감수제가 개발되어, 이를 사용함으로써 500~700kg/㎥의 단위 시멘트량으로 800~1000kg/㎠의 고강도를 보통방법으로 얻고 있다.
재료에 관하여
기존RC와 PSC의 비교
골조
고강도 콘크리트를 만들기 위해서는 골재는 강하고 단단해야 하며, 시멘트풀과의 부착이 좋아야한다. 보통 골재의 원석은 100kg/c㎡ 이상의 압축강도를 나타내기 때문에 별문제가 없지만, 인공 경량골재는 그렇지 못한 경우가
많으므로 주의해야한다.

굵은 골재의 최대치수가 클수록 필요한 워커빌리티를 얻기 위해 단위수량은 적어지고 시멘트량도 절약되어 경제적으로 된다. 그러나 콘크리트의 강도는 골재의 최대치수가 클수록 저하되며, 물-시멘트비가 작을수록 강도의 저하율은 커진다.

굵은 골재의 최대치수는 부재의 최소치수의1/3~1/4 정도로 할 수 있으나 긴장재, 쉬스, 철근 등의 둘레에 콘크리트가 충분히 돌 수 있도록 해야하므로 PC에 있어서는 굵은 골재의 최대치수를 일반적인 경우 25mm를 표준으로 하고 있다.
시공순서
특징
이 방식은 콘크리트가 경화한 후에 PS강재를 긴장하여 그 끝을 콘크리트에 정착하여 프리스트레스를 도입하는 방법이다.
이 방식에서는 PS강재를 인장할 때 PS강재와 콘크리트가 부착해 있으면 안되므로 콘크리트 부재속에 긴장재를 배치할 구멍을 미리 뚫어 놓아야한다. 이 구멍을 덕트(duct)라고 하며, 이 속에 배치된 PS강재는 자유로워야 한다.
포스트텐션방식
장점
이 방식은 PS 강재에 인장력을 주어 긴장해 놓은채 콘크리트를 타설하고 콘크리트가 경화한 후에 PS강재의 인장력을 서서히 풀어서 콘크리트에 프리스트레스를 주는 방법으로서, 콘크리트와 PS강재의 부착에 의해 프리스트레스를 도입
하는 방식이다.
프리텐션방식
시공순서
공법에 관하여
1. 일반사항

2. RC와 PSC의 비교

3. 콘크리트 품질

4. 재료에 관하여

5. 공법에 관하여

6. 시공방법

7. 결론/느낀점

8. 참고문헌


CONTENTS
철근
PC부재에서 전단 철근과 배력철근을 비롯하여 긴장재의 조립용 철금, 정착부 및 지압부의 보강철근 등 상당한 양의 철근을 필요로 한다.
쉬스
덕트를 형성하기 위하여 쓰이는 관이다. (덕트는 긴장재를 수용하기 위해 콘크리트속에 뚫어놓는 구멍)
쉬스는 취급 중에 변형되거나 콘크리트 타설시 쉬스 속에 시멘트 풀이 들어가거나 하면 PS강재를 긴장 할 때 마찰이 몹시 커진다.
쉬스의 이음부에서 시멘트풀이 새어 들어가지 않는 구조로 되어야한다.

PC그라우트
PC구조물이 녹슬지 않도록 해주며, 쉬스 안에 완전히 매워 PS강재를 둘러싸게 해야 한다.
종류
압축력을 작용시키는 방법으로 PS 강재를 긴장시키는데, 긴장하는 시기에 따라 분류한다.
프리텐션방식(Pre-tentioning system)과 포스트 텐션방식(Post tensioning system)으로 나눠진다
프리텐션방식
포스트텐션방식
a. 일반적으로 설비가 좋은 공장에서 제조되므로 제품의 품질에 대한 신뢰도가 높다.
b. 동일한 형상과 치수의 프리캐스트 부재를 대량으로 제조할 수 있다.
c. 쉬스(Sheath), 정착장치 등이 필요하지 않다.


단점
a. 긴장재를 곡선으로 배치하기가 어려워서 대형부재의 제작에는 적합하지 않다.
b. 부재의 단부(정착구역)에는 소정의 프리스트레스가 도입되지 않기 때문에 설계에 주의를 요한다.

a. PS강재를 곡선상으로 배치할 수 있어서 대형구조물에 적합하다.

b. 콘크리트 부재를 받침으로 하여 PS강재를 인장하기 때문에 현장에서 쉽게 프리스트레스를도입할 수 있다.
즉, 인장대를 필요로 하지 않는다.

c. 프리캐스트 PSC부재의 결합과 조립에 편리하게 이용된다.

d. 부착시키지 않은 PSC부재는 그라우팅이 필요하지 않으며, PS 강재의 재긴장도 가능하다.

e. 부착시키지 않은 PSC부재는 부착시킨 PSC 부재에 비하여 파괴강도가 낮고 균열 폭이 커지는 등 역학적 성능이 떨어진다.
1.제작대 설치
2.철근 가공
3.철근 조립
시공순서
7.강관설치(빔중앙부)
8.강관설치(빔 연속부)
9.빔콘크리트타설
시공순서
10.증기양생
11.거푸집탈형
12.1차강선삽입
시공순서
13. 1차강선헤드장착
14. 1차강선 긴장
15. 1차강선 긴장후 절단
시공순서
16. 1차강선 정착구 마감
17. 1차강선 그라우팅
18. 단부몰탈
시공순서
19. 2차인장 강선 삽입
20. 2차인장 강선 헤드장착
(슬래브 타설 후 인장)
4.쉬스설치
5.정착구설치
6.거푸집설치

철근 콘크리트의 결점을 없애기 위해 철근 콘크리트 보에 일어나는 인장 응력을 상쇄할 수 있도록
미리 콘크리트에 압축 응력을 주어 인장강도를 증가시키는 것을 psc, 프리스트레스 콘크리트라고 한다.

psc는 내구성이 크며, 소재의 사용량이 절약되고, 구조물이 가볍고 강하며 복원성이 우수하고,
부재에 확실한 강도와 안전율을 갖게 한다.

또한 건축생산방식의 합리화가 되고 프리패브리케이션이 가능하며, 역학적인 특성을 살려
장대스팬 등 공간 창조를 위한 도구가 된다.

반면, 철근콘크리트에 비하여 강성이 적으므로 진동하기 쉽고, 화재 시에 위험도가 높다. 또 공사가 복잡하므로 고도의 기술을 요하는 단점이 있다.

현재 프리스트레스 콘크리트는 교량, 지하철 레일 등 대규모의 건축 및 토목산업에 많이 쓰이고 있다.
결론
프리스트레스트 콘크리트. 신현묵. 동명사. 1997

건축구법. 최민권. 기문당. 2006

프리스트레스트 콘크리트 구조설계 / 심종성, 김기두, 변윤주

화성산업 APT 지하주차장 P.C. 복합화 공법 과정안

대구도시철도공사 http://www.dtro.or.kr/

위키백과사전

NAVER 지식인

youtube동영상
참고 문헌
경청해주셔서 감사합니다.
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