PSC/재료

콘크리트

높은 압축강도

PS 강재가 고강도이므로 콘크리트 강도도 고강도여야 함. 보통 30-40MPa. KDS 24 14 21 :2019 콘크리트교 설계기준(한계상태설계법) 1.5.7 프리스트레스트 구조물에 따르면 (기사 81)

• 프리텐션 방식 : $f_{ck}\geq 35MPa$
• 포스트텐션 방식 : $f_{ck}\geq 30MPa$

프리텐션 방식에서 더 큰 강도가 요구되는 것은 콘크리트와 강재의 부착에 의해 긴장력이 전달되기 때문. 포스트텐션 방식은 부재 양단 정착에 의해 긴장력이 전달됨.

$\phi 100\times 200mm$ 공시체 압축강도의 97%를 28일 압축강도로 봄. 원래 $\phi 150\times 300mm$ 공시체를 썼어야 했기 때문에.

피로강도는 정적강도의 55%

고강도 콘크리트(고성능 콘크리트)

압축강도 40MPa 이상인 것. 미국에선 120MPa인 것도 쓰였다.

프리스트레스 손실 줄여줌.

내구성 향상.

작은 건조수축, 크리프

배합설계 유의사항

• 물 시멘트비 작게
• 단위 시멘트량 작게
• 시공 가능 범위에서 사용수량 최소화.
• 알맞은 입도의 양질 골재 사용.

시공 유의사항

• 적당한 진동다지기 하여 고밀도 콘크리트로 만들어야 함.
• 엄격한 품질관리, 시공관리를 통해 균일한 품질의 콘크리트 만들어야 함.
• 부재 전체를 균등하게 습윤상태 양생. 국부 건조 없도록.

크리프

• 물시멘트비 크면 크리프 커짐.
• 응력 받을 때 재령 클수록 크리프 감소.
• 주위 온도 높을수록, 습도 낮을수록 크리프 변형 커짐.
• RC 구조물은 자중에 의해 크리프 발생. PSC 구조물은 프리스트레스에 의해 크리프 발생.

크리프 계수

$\epsilon _{c}=C_{u}\epsilon _{e}$

$C_{u}={\frac {\epsilon _{c}}{\epsilon _{e}}}$

• $\epsilon _{e}$ : 탄성 변형률(즉시 변형률). 콘크리트에 4.2MPa 응력이 생기도록 재하하는 즉시 생기는 변형률.

할선 탄성계수

• 구조기준에서 사용하는 콘크리트 탄성계수는 할선 탄성계수(19-1)

단위체적질량 m_c= 1450 - 2500kg/m³인 경우

$E_{c}=0.077m_{c}^{1.5}{\sqrt[{3}]{f_{cu}}}$

보통중량 골재를 사용한 콘크리트 ♣♣♣ (m_c = 2300kg/m³)

$E_{c}=8500{\sqrt[{3}]{f_{cu}}}(MPa)$

• $f_{cu}=f_{ck}+\Delta f$
  • $f_{ck}\leq 40MPa$이면 $\Delta f=4MPa$
  • $f_{ck}\geq 60MPa$이면 $\Delta f=6MPa$
  • 이 사이는 $f_{cu}=1.1f_{ck}$

크리프 계산 시 탄성계수

$E_{c}=0.85E_{ci}$

• $E_{ci}$ : 초기 접선 탄성계수

시멘트

• 보통/조강 포틀랜드 시멘트. 초조강 포틀랜드 시멘트는 사용 전 건조수축, 크리프 검토 필요. 외국에서 팽창 시멘트 사용.
• 물시멘트비 40% 이하
• 단위 시멘트량 400 - 450kg/m³

골재

잔골재

• 50체, 100체 통과 중량백분율 각각 5%, 0%

굵은골재

• 최대치수 25mm 표준

혼화재료

• 감수제 : 습윤, 분산작용에 의해 워커빌리티 개선하여 단위수량 줄임.
• 유동화제, 고성능 감수제 : 워커빌리티 개선하여 단위수량 줄임.
• 플라이애쉬 : 장기강도, 수밀성, 내구성 향상.
• 실리카 퓸 : 조기강도, 고강도 발현.

PS 강재 요구 성질

• 인장강도가 클 것.(고강도 철근의 약 4배) : 고강도일수록 긴장력 손실율이 작다. 높은 프리스트레싱 효율을 위해서는 최초 긴장재에 주는 인장응력이 커야 함.
• 항복비$\left({\frac {\text{항 복 강 도 }}{\text{인 장 강 도 }}}\right)$가 클 것(80% 이상) : PS강재는 뚜렷한 항복점이 없다.
• 릴렉세이션이 적을 것
• 부착 강도가 좋을 것 : PS 스트랜드나 이형 PS강재가 부착력 우수
• 직선성을 유지할 것.(코일 상으로 감아서 출하하는 PS 강선이나 PS 스트랜드를 풀었을 때 곧게 잘 펴져야 한다. 감은 지름은 소선 지름의 150배 이상이어야 함.
• 응력 부식에 대한 저항성이 클 것
• 적당한 늘음, 인성이 있을 것.
• 피로에 대한 저항성이 클 것(철도교, 도로교)

피로 고려하지 않아도 되는 긴장재 응력범위

KDS 14 20 26 :2016 콘크리트구조 피로 설계기준

위치	긴장재 응력범위(MPa)
연결부, 정착부	140
기타부	160

주요 개념

릴렉세이션(relaxation)

• PS 강재를 긴장한 채 길이를 일정하게 유지해 두면, 시간이 지나면서 PS 강재 인장응력이 감소하는 현상.

인성(toughness)

• 파괴 시까지 높은 응력을 견디며 큰 변형을 나타내는 성질

응력 부식(stress corrosion)

• 높은 응력을 받는 강재는 급속하게 녹스는 현상.
• 표면에 녹이 보이지 않아도 취약해짐.
• 원인 불명.

지연파괴(delayed fracture)

• 허용응력 이하로 긴장해둔 PS 강재가 긴장 후 몇 시간, 혹은 수십 시간 후에 갑자기 끊어지는 현상. 원인 불명임.

PS 강재 종류

• PS 강선
  • 원형강선 하나 이상으로 만든 긴장재.
  • 프리텐션, 포스트텐션에 쓰임.
• 이형 PS 강선
  • 콘크리트와 부착강도 향상위해 표면 돌기 있는 강선.
  • 주로 프리텐션 방식에 쓰임.
• PS 강연선(PS strand)
  • 소선을 꼬아 만듦.
  • 지름 작은 건 프리텐션, 포스트텐션에, 지름 큰 건 포스트텐션에 쓰임.
  • 곡선 배치 쉽고 시공성 좋아 많이 쓰임.
• PS 강봉
  • 포스트텐션에 쓰임.
  • 강선이나 강연선보다 강도는 떨어지나, 끝부분 제두가공, 나사전조하여 쉽게 정착시킬 수 있는 장점. 가공한 부분 품질 검토 필요.
  • 원효대교 Dywidag 공법 나사 강봉 : 현장 가공 불필요. 임의 위치 너트 정착 가능. 콘크리트와 부착성 우수.
  • 강선, 강연선에 비해 릴렉세이션 적음.
  • 구부리면 품질 저하.
  • 정착부에서 강봉과 정착면이 직각 이루지 않거나, 접속장치로 이은 PS 강봉이 일직선이 되지 않으면 응력부식, 또는 지연파괴 일으킬 수 있어 주의 필요.
• 이형 PS 강봉
  • 표면 돌기.
  • 포스트텐션에 쓰임.
• 이외 PS 강재

기타 재료

철근

PSC 부재에도 상당량의 철근이 들어간다. 전단철근, 배력철근, 긴장재 조립용 철근, 정착부 및 지압부 보강철근. 특히 partial prestressed beam에는 인장측 하면에 균열제어를 위해 인장철근이 들어간다.

쉬스

취급 중 변형되거나, 콘크리트 타설 시 시멘트 풀이 들어가면 긴장 시 마찰이 아주 커지므로 주의.