[철근콘크리트와 강구조] 제 9장. 프리스트레스트 콘크리트(PSC)(PSC의 기본개념 및 분류/휨 부재의 해석)#2

 3. PSC의 기본개념 및 분류

  (1)응력 개념(균등질 보의 개념): 프리스트레스가 도입되면 콘크리트 부재를 탄성이론으로 해석 할 수 있다는 개념으로, Freyssinet가 제안한 개념이다.

   1)강재가 직선으로 도심에 배치된 경우

   2)강재가 직선으로 편심 배치된 경우

 

  (2)강도 개념(내력 모멘트 개념): RC와 같이 압축력은 콘크리트가 받고 인장력은 PS 강재가 받는 것으로 하여 두 힘에 의한 내력 모멘트가 외력 모멘트에 저항한다는 개념이다.

 

  (3)하중 평형 개념(등가 하중 개념): 프리스트레싱에 의한 작용과 부재에 작용하는 하중을 평형이 되도록 하자는 개념이다.

   1)강재가 포물선으로 배치된 경우

 

  (4)PSC의 분류

   1)완전 또는 부분 프리스트레싱

    ①완전 프리스트레싱(Full-prestressing): 부재에 설계하중이 작용할 때 부재의 어느 부분에서도 인장응력이 생기지 않도록 프리스트레스를 가하는 것을 말한다.

    ②부분 프리스트레싱(Partial-prestressing): 설계하중이 작용할 때 부재 단면의 일부에 인장응력이 생기는 경우이다.

 

 4. 프리스트레스의 도입과 손실

  (1)프리스트레스의 도입: 프리스트레스를 도입하고자 할 때는 부재의 콘크리트의 압축강도는 다음 조건을 만족 시켜야 한다.

   프리텐션, 포스트텐션 공법 모두 도입직후 최대응력의 1.7배 이상

   ·프리텐션 공법: 30MPa 이상

   ·포스트텐션 공법: 여러 개의 강연선: 28MPa 이상

                              단일 강연선 또는 강봉: 17MPa 이상

 

  (2)프리스트레스 손실의 종류

   1)프리스트레스를 도입할 때 손실(즉시 손실)

    ·콘크리트의 탄성변형(탄성 수축)

    ·정착단의 활동

    ·강재와 쉬스의 마찰

   2)프리스트레스를 도입 후 손실(시간적 손실)

    ·콘크리트의 건조수축

    ·콘크리트의 크리프

    ·강재의 릴랙세이션

 

  (3)유효율(R)

   (프리텐션 R=0.80, 포스트텐션 방식 R=0.85)

 

  (4)탄성 변형에 의한 손실

   1)프리텐션 방식: 콘크리트의 탄성병형률 입시론e 만큼의 PS강재의 응력감소가 발생한다.

   (fc:프리스트레스 도입 후 강재가 있는 위치에서 콘크리트의 응력, n: 탄성계수비=Ep/Ec)

   2)포스트텐션 방식

    ①강재를 한꺼번에 긴장할 경우는 응력의 감소가 없다. 콘크리트 부재에 직접 지지하여 강재를 긴장하기 때문이다.

    ②순차적으로 긴장할 때는 제일 먼저 긴장하여 정착한 PC 강재가 가장 많이 감소하고 마지막으로 긴장하여 정착한 긴장재는 감소가 없다.

 

  (5)활동에 의한 손실

   1)프리텐션 방식은 고정 지주의 정착 장치에서 발생한다.

   2)포스트텐션 방식의 경우

    ①1단 정착일 경우

    ·Ep: 강재의 탄성계수(2.0*10^5MPa)

    ·l: 긴장재의 길이

    ·델타l: 정착장치에서 긴장재의 활동량(지압식: 1mm 정도 활동, 쐐기식: 3~6mm 정도 활동)

 

  (6)마찰에 의한 손실: 강재의 인장력은 쉬스와의 마찰로 인하여 긴장재의 끝에서 중심으로 갈수록 작아지며, 포스트텐션 방식에만 해당된다.

   1)근사식: l이 40m 이내이고, 긴장재의 각변화(알파)가 30도이하인 경우이거나

    인 경우에는 근사식으로 계산할 수 있다. (여기서, 뮤: 곡률 마찰계수, k: 파상 마찰계수)

 

  (7)건조 수축과 크리프에 의한 손실

   1)콘크리트의 건조수축에 의한 손실

    (입실론cs: 강재가 있는 곳의 콘크리트 건조수축 변형률)

   2)콘크리트의 크리프에 의한 손실

    (파이: 크리프 계수(프리텐션 부재: 2.0, 포스트텐션 부재: 1.6)

 

  (8)강재의 릭랙세이션에 의한 손실

   1)근사식

    (강선, 강연선: r=5%, 강봉: r=3%)

 

 5. 휨 부재의 해석

  (1)콘크리트의 허용 응력(fca)

   1)비균열등급 또는 부분균열등급(PC는 생기지 않는다.) 프리스트레스트 콘크리트 휨부재에 대해 모든 프리스트레스 손실이 일어난 후 사용하중에 의한 콘크리트의 휨응력은 다음 값 이하로 하여야 한다. 이때 단면 특성은 비균열 단면으로 가정하여 구한다.

 

  (2)강재의 허용 응력(fpa)

   1)긴장을 할 때 긴장재의 인장응력

    ·0.80fpu 또는 0.94fpy 중 작은 값 이하 (fpu: 극한강도, fpy: 0.002 오프셋 시켰을 때)

   2)프리스트레스 도입 직후

   ·0.74fpu 또는 0.82fpy 중 작은 값 이하(fpu: 극한강도, fpy: 0.002 오프셋 시켰을 때)

   3)정착구와 커플러의 위치에서 프리스트레스 도입 직후 포스트텐션 긴장재: 0.70fpu

 

  (3)직사각형의 해석

   1)등가응력 깊이(a)

   2)공칭 휨 강도

   3)설계 휨 강도