프리스트레스트 콘크리트 구조

프리스트레스 구조의 원리는 철근콘크리트 구조에서 철의 인장력을 적극적으로 사용하는 방법의 하나로 블록을 옆으로 나열시키고 이것에 철봉을 통과시켜 양단에서 단단히 잡아줌으로써 보를 형성하는 방법이었고, 이것을 프리스트레스구조의 원형으로 볼 수 있다.

이후 이를 응용한 개념으로 프리스트레스트 콘크리트를 장스팬 구조물에 적용시켰다.

통상 보는 하중에 의해 단면상에서 상부측이 압축, 하부측이 인장으로 된다. 그러데 하부측을 미리 압축시켜 두면 보통 상태에서 인장력이 상쇄되어 응력이 발생하지 않게 된다. 따라서 콘크리트와 같이 압축강도가 매우 높고 인장강도가 낮은 성질의 재료에 적절하다.

이렇게 설계하중에 의한 인장응력의 전부 또는 일부를 없앨 수 있도록 강재를 잡아당겨 두고 이것의 복원력으로 압축응력을 발생시킨 콘크리트 부재를 보나 기둥 등의 중용한 부분에 사용한 구조형식을 프리스트레스트 콘크리트조라고 한다.

PSC조는 프리스트레스를 주는데 강재를 사용하는 것으로 철근콘크리트조의 일종이라고 생각할 수 있는데, 일반 철근콘크리트조와 비교해 다음과 같은 특징이 있다.

1. 균열부에 물이 침입해서 내부에 녹이 발생하고 다시 균열이 확대되는 악순환이 생기지 어려워 내구성이 좋다.

2.고강도이며 강성도 뛰어나 부재단면적을 감소할 수 있고 큰 간사이 가구가 가능하다.

3.균열발생하중과 파괴하중이 비슷해 설계하중의 가정에는 주의가 필요하다.

4.프리스트레스를 준 강재는 늘 고응력을 받으므로 부식되기 쉽고 열에 의한 손상을 입기 쉽다.

5.고강도의 콘크리트와 강재를 사용하므로 재료비가 높고 생산하는데 품이 많이 든다.

 

프리스트레스트 콘크리트는 프리스트레스를 주는 시기에 따라 선긴장 방식과 후긴장 방식으로 분류된다. 전자는 인장측에 미리 PSC강재에 의한 인장력을 부여한 후 콘크리트를 타설, 굳은 후에 단부를 절단함으로써 인장된 강재가 콘크리트에 부착된 상태에서 복원하려는 힘으로 압축응력을 부여하는 것으로 공장에서 제작된다.

후자는 인장측에 콘크리트와 직접 부착되지 않도록 관상재의 속에 관입되어 있는 PSC강재를 배치하고 콘크리트를 타설해서 콘크리트의 경화 후에 관 속의 PSC강재를 양단에서 인장시킨 상태에서 기계적인 방법으로 고정시켜 그 복원력으로 압축응력을 부여하는 것으로 현장시공이 가능하다.

PSC조에 사용되는 콘크리트는 그 구조원리로부터 높은 압축강도가 요구되고 건조수축이나 크리프가 크면 프리스트레스가 시간의 경과와 함께 감소하게 되므로 팽창성의 시멘트를 싸용한다.

PS조에는 보통 철근콘크리트용의 봉강과 함께 PSC강봉, PSC강성, PSC연선이 있고 일반적인 강재에 배해 2배이상의 강도를 갖는다.

프리텐션공법에서 PSC강재는 부착에 의해 콘크리트와 일체가 되나 포스트텐션공법에서는 프리스트레스를 부여하고 있는 PSC강재를 콘크리트에 정착하는 기구가 필요한데 이것을 정착구라 한다. 정착구는 미리 콘크리트와 보강근 등으로 일체로 되어 있어 PSC강재를 나사식, 쐐기식 등의 방법으로 긴결한다.

PSC조에는 이 외에도 PSC부재간의 접합부에 주입하는 줄눈용 충전재와 포스트텐션공법에서의 콘크리트 속에 PSC강재를 배치하기 위한 중공의 도관, 그리고 콘크리트와 PSC강재의 부착을 위해 도관 내에 주입하는 충전재 등이 사용된다. 

공장에서 제작은 프리텐션에 의한 것이 많다. 이 경우 하나하나 만드는 것보다 두 대의 고정구 사이를 여러 거푸집을 나란히 배치하여 한번에 대량으로 제작하는 일이 많아 이를 롱라인 구법이라 한다.

PSC조의 현장시공은 크게 두가지로 분류된다. 공장에서 미리 제작된 PSC제품을 접합하는 것과 콘크리트를 타설한 후 건축물에 포스트텐션으로 프리스트레스를 도입하는 것이다. 전자의 경우 접합부를 핀절점으로 하는 겨우 일반적인 철근을 사용한 방식에 의하지만 강절점으로 하여 라멘을 형성하기 위해서는 프리스트레스를 도입하는 경우가 많다.

후자의 경우 보 등의 강성, 강도의 향상, 그에 따른 접합부 강도의 확보가 주된 목적이다.