PSC/프리스트레스의 도입과 손실

위키배움터
< PSC
둘러보기로 가기 검색하러 가기

프리스트레싱 할 때 콘크리트 강도[편집]

  •  : 프리스트레싱을 할 때의 콘크리트의 압축강도.
    • 프리텐션 방식에서 콘크리트의 압축강도는 30 MPa 이상
    • 짧은 부재나 단부 근처 큰 휨모멘트나 전단력을 받는 부재는 35MPa 이상.
  •  : 프리스트레스를 준 직후, 콘크리트에 일어나는 최대 압축응력

프리스트레스 손실 원인[편집]

♣♣♣ 기사 필기 92, 18-1, 18-2 / 실기

  • 즉시손실
    • 탄성변형에 의한 손실
      • 포스트텐션 방식
        • 긴장재 하나만 긴장할 때는 콘크리트 변형 발생 후 긴장력 측정하므로 손실 고려할 필요 없음.[1]
        • 여러 긴장재 긴장할 때는 콘크리트 탄성 변형도 축차적으로 일어나므로 손실 고려.
    • 강재와 쉬스[2]의 마찰에 의한 손실 : 포스트텐션에서만 발생.[3]
    • 정착단의 활동
  • 시간적 손실
    • 콘크리트 크리프
    • 건조수축
    • 긴장재 릴렉세이션

92

  • 프리텐션 부재가 포스트텐션 부재보다 프리스트레스 손실량이 약간 더 큼.(콘크리트 건조수축, 크리프에 의한 프리스트레스 손실량)
  • 프리, 포스트텐션 두 경우 모두 건조수축, 크리프에 의한 손실이 큰 몫 차지.

감소율(손실율), 유효율[편집]

기사 14-1 딱히 공식이랄 건 없고 그냥 상식적으로 이해하면 됨.

초기 프리스트레싱 Pi : 재킹(Jacking)력에 의한 콘크리트 탄성수축, 긴장재와 시스의 마찰때문에 감소된 힘

유효 프리스트레싱 Pe : 초기 프리스트레싱이 콘크리트 건조수축 및 크리프, 긴장재의 릴렉세이션에 의해 감소된 힘

  • 프리텐션 R = 0.800
  • 포스트텐션 R = 0.855

즉시 손실[편집]

콘크리트 탄성수축에 의한 손실[편집]

프리텐션[편집]

긴장재가 단면의 도심배치 또는 편심배치되는 경우(기사 15-1, 19-1)

  • .
    • 의 정확한 추정은 실용상 그렇게 중요하진 않다.
  •  : 부재 자중에 의한 모멘트

긴장재가 단면 도심에 배치될 때(e=0) 환산단면을 쓰는 경우

  •  : 프리스트레스 도입 직후 PS 강재 도심 위치에서 콘크리트 압축응력
  •  : 프리스트레스 도입 직후 PS 강재에 작용하는 인장력(긴장재 초기 인장력)
  •  : 긴장 작업 시 측정하는 재킹 힘
  •  : 환산 단면적

긴장재가 단면 도심에 배치되고(e=0), 긴장재 단면적을 무시하여 총단면적으로 계산하는 경우(기사 13-1, 14-2, 16-2)

긴장재 단면적을 무시해버리는 경우가 약산식임.

  • n : 탄성계수비

기사 18-3

단면이 400×500mm이고 150mm2의 PSC강선 4개를 단면 도심축에 배치한 프리텐션 PSC부재가 있다. 초기 프리스트레스가 1000MPa일 때 콘크리트의 탄성변형에 의한 프리스트레스 감소량은? (단, n = 6)


포스트텐션[편집]

다수의 긴장재를 순차적으로 당김. 탄성단축도 순차적으로 일어남.

제일 먼저 긴장한 긴장재는 그 시점에서 탄성단축에 의한 손실 없음. 그러나 나머지 긴장재를 긴장하면서, 제일 먼저 긴장했던 긴장재에도 탄성손실이 생김.

제일 먼저 긴장한 긴장재 탄성변형 손실이 가장 많이, 마지막으로 정착하는 긴장재는 인장력 손실 없음.

아래 세 가지 방법으로 계산 가능.

  1. 제일 먼저 긴장한 긴장재 감소량 계산(4회 나누어 긴장 시 계산에 쓰이는 양은 3회)하여, 그 값의 1/2을 모든 긴장재 평균 감소량으로 보는 방법
    • N : 긴장 횟수(긴장재 케이블 수)
    • 로 해도 무방.
  2. 도입 순서 따라 순차 계산, 산술평균

정착장치 활동(일단 정착)에 의한 손실[편집]

긴장재-쉬스 사이 마찰 없는 경우(프리텐션)

기사 15-3

(훅의 법칙) 양단 정착 시 ×2해준다.

  •  : 긴장재 길이
  •  : 정착장치에서 긴장재 활동량

긴장재-쉬스 사이 마찰 있는 경우(포스트텐션)

긴장재와 쉬스 간 마찰이 있는 경우 정착장치에 의한 프리스트레스 손실.jpg



 : 정착부에서 정착장치 활동으로 인해 영향 받는 긴장재 길이.

정착장치 활동량은 그림에서 삼각형 부분 면적에 비례.

p : 단위길이 당 손실되는 인장력이라 할 때,

대입하여 을 구하면

♣♣♣

긴장재-쉬스 마찰에 의한 손실[편집]

포스트텐션 긴장재의 마찰에 의한 손실

위 그래프에서, 긴장하는 곳으로부터 멀어질수록 인장력 손실이 생기는 원인 2가지

  • 곡률마찰 손실 : 긴장재 각도 변화(curvature)에 의한 손실
  • 파상마찰 손실 : PS 강재 길이영향(length effect)에 의한 손실. PS 강재가 완벽하게 매끄럽지 않고 울퉁불퉁하기 때문에 생기는 마찰에 의한 손실.

곡률마찰[편집]

  • α : 각변화(radian)

  •  : 각변화 1 radian에 대한 곡률 마찰계수

적분 시

♣♣♣

인장단에서 긴장재 인장력이 라 하면

인장단으로부터 거리 x인 곳에서 긴장재 인장력

파상마찰[편집]

♣♣♣

파상 영향으로 인한 각변화를 이라 하면( : 계산 원하는 지점까지 PS 강재 길이)

곡률마찰 손실 식에서 α 대신 을 넣으면 된다.

  • k : 긴장재 길이 1m에 대한 파상마찰계수

곡률, 파상 동시에 받는 경우 마찰[편집]

♣♣♣

마찰로 인한 긴장재 인장력 손실

♣♣♣

마찰손실 근사계산[편집]

♣♣♣

일 때(기사 15-3)

손실량 계산 시 쓰이는 각변화

♣♣♣

마찰손실을 감안하여 더 긴장하고자 할 때[편집]

일 때 근사식은

시간적 손실[편집]

콘크리트 크리프에 의한 손실[편집]

  •  : 크리프 계수(1 ~ 3. 제시해줌)

콘크리트 건조수축에 의한 손실[편집]

기사 16-1

(훅의 법칙)

긴장재 릴렉세이션에 의한 손실[편집]

  • 순 릴렉세이션 : 변형률이 일정할 때
  • 겉보기 릴렉세이션 : 시간 경과에 따라 건조수축, 크리프가 일어나 변형률이 변할 때. 겉보기 릴렉세이션 손실이 더 작음.

프리텐션 부재[편집]

  • 는 도입직후 의 90%만 씀.

포스트텐션 부재[편집]

  • t : 프리스트레싱 후 손실계산까지의 시간(hour)

저 릴렉세이션 강재를 쓴 프리텐션 부재[편집]

저 릴렉세이션 강재를 쓴 포스트텐션 부재[편집]

위 식들에서 크리프와 건조수축 영향 반영을 위해 대신 사용.

겉보기 릴렉세이션 사용하는 경우[편집]

  • γ : PS 강재의 겉보기 릴렉세이션 값(PS 강선 : 5%, 강봉 : 3%)

각주[편집]

  1. 전찬기 외 (2015). 《토목기사 필기 철근콘크리트 및 강구조》. 성안당. 343쪽. 
  2. 포스트텐션 방식에서 강재 삽입 위해 뚫어두는 구멍을 덕트(duct)라 하고 덕트 형성을 위해 쓰이는 관을 쉬스(sheath)라 함.
  3. 한솔아카데미 (2020). 《토목기사 블랙박스 하권》. 14쪽. 

참고 자료[편집]

  • 신현묵. 《프리스트레스트 콘크리트》 10판. 동명사. 
  • KCS 14 20 53 :2018 프리스트레스트 콘크리트
  • 전찬기 외 (2015). 《토목기사 필기 - 철근콘크리트 및 강구조》. 성안당.