PC 재료의 특성 /PC강재의 종류와 특징 /PC보 제작/ PC용 콘크리트에 요구되는 성질/ PC와 RC의 차이점, 특징, 시공시 유의사항

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PC 재료의 특성 1. 콘크리트 1) 압축강도 크고 2) 건조수축 Creep가 적어야 하고 3) 단위수량 W/C비가 최소가 되도록 4) 양질의 재료와 입도의 맞춤 - pre tension 19m/m이하 - post tension 25m/m이하 5) 양생은 전체가 균등하게 습윤양생 2. PC 강재 1) 강선(PCwire) : 1가닥 강연선(PCstand) : 여러가닥 꼬은것 (12.5m/m) 강봉 : stress bar, dywidag bar 라기도 함 2) Relaxation이 적을것(KS 규격) pc강재에 인장응력을 작용시켜 그 변형도를 일정하게 유지하면 pc강재에 준 인장응력이 시간의 경과와 더불어 점차감소하게 되는 현상 *순 Relaxation : 변형도를 일정하게 유지했을 때 Relaxation *겉보기 Relaxation : 주어진 변형도가 시간과 함께 감소하는 Relaxation PC강선/PC 강연선 경우 : 3% 이하 PC강봉 : 1.5% 이하 3) 항복점이 놓고,항복비가 크고 인장강도가 커야 한다. 가. PC강재의 인장강도 : 연강 4500㎏/㎠의 2-4배 나. PC강선의 인장강도 : 14,500-19,500㎏/㎠ 항복강도 : 12,500-17,500㎏/㎠ 다. PC강봉의 인장강도 : 9,500-14,500㎏/㎠ 항복강도 : 8,000-13,000㎏/㎠ 4) 콘크리트와 부착력이 커야 한다. 5) 강선 긴장 중 편심이 생기거나 절단되지 않을 것 6)연성과 인성이 크고 7)피로강도가 있고 8)응력부식에 대한 저항성이 커야 한다. 3. Grouting 1) 보통 portland cement 또는 조강 portland cement 2) Sheath와 PC강재 부착하고 PC강재 보호 3) W/C비 가급적 적게(38∼48%) 4) 혼화재료 사용시 PC강선에 무해한 것 사용 4. Sheath 관 1) 콘크리트 타설시 파손되지 않을 정도의 강성유지 2) 부착력이 좋아야 함 -------------------------------------------------------------- PC강재의 종류와 특징 1. PC 강재의 종류 지름이나 형상에 따라서 (1) PC 강선 (2) 이형 PC 강선 (3) PC 강연성(PC Strand) (4) PC 강봉 (5) 이형 PC 강봉 (6) 기타의 PC 강재 2. 특징 (1) PC 강선 1) 주로 Pretension 방식에 많이 쓰이며 2) 종류 ① 원형 PC 강선 : 보통 PC 강선하면 원형 PC 강선을 말한다. ② 이형 PC 강선 : 부착 강도를 높이기 위해서 표면에 돌기 붙인 것으로서 Ribbed wire, Indented wire가 있다. (2) PC 강연선(PC Steel Strand 또는 Stranded Cable) 1) 2연선 : 2개의 소선을 꽈배기 모양으로(S연) 꼰 것(2 Strand) 2) 7연선 : 1개의 소선 둘레에 6개의 소선을 S연으로 꼬아 만든 7연선(7 Strand)이 많이 사용된다. 7연선 중심에 두는 소선을 심선. 3) 둘레에 두는 6개의 소선을 측선이라고 한다. 4) 심선을 측선보다 약간 큰 것을 사용한다. 5) 적용성 ① PC 강연선은 Pre-Tension 방식과 Post-Tension 방식에 다 쓰이며 ② 큰 지름의 PC강연선은 Post-Tension 방식에 많이 쓰인다. ③ PC 강연선은 가요성이 있기 때문에 곡선배치가 쉽고, 시공성이 좋아서 최근 많이 쓰인다. ④ 지름이 작은 것은 Pre-Tension 방식에 많이 쓰인다. (3) PC강봉 1) 지름 : 9.2mm~32mm 2) 종류 ① 이형 PC 강봉 : ψ7.4~13mm ② 원형 PC 강봉 3) 적용성 : 주로 Post-Tension 방식에 많이 쓰인다. 4) 특징 ① PC 강선이나 PC 강연선보다 Relaxation(응력 이완)이 적다 ② 구부림 가공시 품질저하가 크다. ③ 연신율과 (늘음율) 성이 큰 것이어야 한다.(Ductility) (4) Relaxation PC 강재 Realxation을 보통의 PC 강선 또는 강연선 보다 훨씬 작게 한 것. (5) 특수한 PC 강연선 1) 3개의 소선을 꼬아 만든 3연선 또는 그 이상의 많은 수의 소선을 꼬아 만든 다층 PC 강연선임. 2) 종류 ① 다층 19연선 ② 다층 37연선 ③ 다층 91연선 (6) 이형 PC 강연선 콘크리트와의 부착을 좋게 하기 위해서 PC 강연선을 이형으로 한 것. (7) 피복된 PC 강제 : Plastic으로 피복한 것. 3. 인장강도가 큰 순서 PC 강연선 > PC 강선 > PC 강봉 4. PC 강재의 특성 № 공학적 성질 Pre-Tension 방법 Post-Tension방법 1 인 성 크 다 작 다 2 연 신 률 크 다 작 다 3 취성파괴 - - 4 연성파괴 - - 5 파탄시의 연신률 - PC 강선 - PC 강연선 - PC 강봉 - 3.5-4.50% 이상 3.5% 이상 5%이상 5. PC강재가 갖추어야 할 성질 (1) 인장강도가 크고 (2) 항복비가 크고 (3) Relaxation이 적어야 한다.(시간의 경과와 더불어 인장 응력이 감소되는 현상) (4) 연성과 인성이 크고 (5) 콘크리트와의 부착강도가 크고 (6) 피로 강도가 있고 (7) 응력 부식에 대한 저항성이 커야 한다. 6. 긴장재로서 고강도 강재를 사용하는 이유와 인장강도 및 항복강도 (1) RC에 쓰이는 연강(철근)을 PC강재를 사용해서 Prestressing 하면 (2) Concrete의 건조수축과 Creep에 의하여 Prestress의 힘이 소멸되어서 PC가 성립되지 않는다. (3) 따라서 『PC가 성립되기 위해서는 콘크리트의 건조수축과 Creep에 의하여 소멸되고도 상당히 큰 Prestress 힘이 남을 수 있도록 긴장할 수 있는 고인장 강재가 필요하다.』 (4) 고강도 강재의 인장강도 1) 일반 구조용 연강(철근)에 2~4배(σy = 4,000kg/cm2) 2) PC 강선의 인장강도 : 19,500kg/cm2 항복강도 : 17,500kg/cm2 3) PC 강봉의 인장강도 : 14,000kg/cm2 항복강도 : 17,500kg/cm2. --------------------------------------------------------------- PC보 제작 1. 개요 ⑴ Prestress는 prestress 도입 시후에 Con'c의 탄성수축, sliding, Friction, 건조수축, creep, relaxatio 등에 의해 상당량 감소한다. ⑵ PC보 부재는 제작운반가설에 따라 최대응력초기응력휨응력유효응력 등의 각기 다른 응력 상태를 나타낸다. 2. Prestress의 손실 원인 가. 즉시 손실(응력 도입시) 1.Con'c 탄성수축 2. 정착단의 활동(sliding) 3.강재와 Sheat의 마찰(Friciton) 나. 장기 손실(응력 도입후) 1.Con'c 건조 수축 2.Con'c Creep 3.강재의 relaxation 3. 응력 변화 가. 제작시 1) 긴장전 : 무근콘크리트 상태 2) 긴장중 : 최대응력 3) 긴장후 : 초기응력 나. 운반 가설시 : 휨응력 다. 최종단계 : 유효응력 4. 시공상 유의 사항 ⑴ 긴장전 ① 지반 침하 방지 ② 거푸집 변형 방지 ③ 동바리 변형 방지 ④ 초기 양생에 주의 ⑤ 온도변화에 의한 균열 방지 ⑥ 건조수축에 의한 균열 방지 ⑵ 긴장중 ① Con'c 설계기준강도는 pre tension에서 350㎏/㎠부터 post tension에서 300㎏/㎠ 이상 ② 긴장시기는 0.85σck 이상일 때 긴장 ③ 부착응력이 양호하게 함 ④ 긴장순서는 대칭으로 함 ⑤ 정착단의 활동 억제 및 마찰력 감소 ⑥ 긴장 기계쇓기구의 검사 ⑶ 긴장후 ① 즉시 손실의 최소화 ② 장기 손실을 줄이기 위한 재인장 실시 ③ Con'c에 작용하는 응력 확인 ④ PC 강재 신장량 확인 ⑤ 견고한 받침대 설치후 comber 관리 ⑥ Con'c 양생 철저 ⑷ 운반가설시 ① 받침 위치 배치시 과대한 응력 발생 방지 ② 지반 침하 방지 ③ 부재의 과대한 흔들림 방지 ④ PC 강재 신장량 확인 ⑤ Lifting 시 wire 강도는 30℃ 이상 유지 ⑥ 운반로를 정비하여 진동이나 충격 방지 ⑸ 최종 단계 ① 설계하중보다 초과 하중 금지 ② 국부하중 방지 ③ 편심 하중 방지 ④ 반복 하중에 의한 피로 파괴 방지 ⑤ 균열,파손 방지 ⑥ 정기적인 유지관리의 보수 철저 5. 결론 ⑴ PC 부재에서 초기응력은 여러 가지 prestress 손실원인에 의하여 상당 감소하며, PC부재의 제작,운반,가설시 각기 다른 응력 상태를 나타낸다. ⑵ 다른 응력 상태에 따른 응력변화의 원인을 분석하고 지반침하, 거푸집 변형, Con'c 강도, 응력 손실 감소, 부재 운반, 하중 등을 고려한 시공대책을 수립해야 한다. ---------------------------------------------------------------- PC용 콘크리트에 요구되는 성질 1. 개 요 PC는 고강도의 Concrete의 고강도의 강선, 고강도의 주재료로 한다. 그 밖에 보조재료로써, Sheath, 정착장치(Post - Tension), 용접장치(PC와 PC의 연결), Grout등이 있다. 2. PC용 Concrete에 요구되는 성질 (1) 압축강도가 커야하고 (2) 건조수축과 Creep가 작아야 한다. 3. 압축강도가 커야하는 이유 PC는 RC와 달라서 설계상의 큰 압력이 Prestressing에 의하여 실제로 Concrete에 일어나기 때 문이다. 4. PC에서 콘크리트의 설계기준강도와 배합강도 (1) Pre-Tension 방식 σck : 350kg/cm2 이상 σr = 1.15 σck (2) Post-Tension 방식 σck : 300kg/cm2 이상 σr = 1.15 σck 5. 배합 설계시 유의사항 (1) W/C비 적게 (35~40%이고, 공장 제조시는 33~35% 범위) (2) 단위 Cement량 적게 (3) 단위수량 적게 (4) 양조도 혼제 사용 6. 시공대책 (1) 진동 다지기 하여 - 치밀한 Concerte (2) 품질관리 - 시공관리를 엄격하게 하여 - 균일한 품질의 Concrete 생산 (3) 부재 전체를 습윤상태로 해서 - 국부적 건조 방지 7. 재 료 (1) Cement 1) 보통 Portland Cement 2) 조강 Portland Cement 3) 초조강 Portland Cement 4) 팽창 Cement ① PC용 Concrete에서는 RC보다 보통 부배합이 되므로 상당량의 Cement 사용한다. ② 최소 단위 Cement량 -Post-Tension 방식 : 300kg/cm2 -Pre-Tension 방식 : 350kg/cm2 실제는 그 이상 -허용기준강도 400kg/cm2인 Concrete의 경우 : 370~430kg/cm2 이다. ③ 단위 Cement량이 커지면 건조수축이 커지므로 특히 유의해야 한다. (2) 골재 1) 굵은 골재의 최대치수가 클루록 W/C비 적게되고 2) 경제적으로 되나 3) Concrete의 압축강도는 저하한다. 4) Gmax=25mm가 표준이다. 부재 최소치수의 1/3~1/4 정도로 한다. 5) 굵은 골재의 최대치수가 클수록 압축강도 저하 6) 연속 입도 (3) 혼화재료 1) PC 강재부식 여부 검토 2) 염화칼슘 또는 염화칼슘 다량 함유한 혼화제 사용해서는 안된다. 3) 고강도 PC에서는 고성능 감수제 사용 8. 콘크리트의 압축강도 (1) RC의 압축강도 : 180~240kg/cm2 정도 PC의 압축강도 : 300~400kg/cm2 이상 PC의 압축강도(고성능 감수제 사용시) : 800~1,000kg/cm2 W/C비 : 35~40% 정도이고 PC에서는 45% 이하로 하는 것이 좋다. (2) 압축강도 증진 대책 W/C비 적게 해야 건조수축이나 Creep가 적어진다. ----------------------------------------------------------------- PC와 RC의 차이점, 특징, 시공시 유의사항 1. 서 론 (1) 철근 콘크리트 - 콘크리트의 인장강도는 압축강도의 1/10-1/13정도로 매우 작고 취성재료이다 또한 콘크리트 의 휨인장강도(파괴계수)는 압축강도의 1/5-1/8정도 -콘크리트 보를 만들 때는 인장측에 철근을 넣어서 보강하는데 이것이 철근 콘크리트이다. -압축은 콘크리트가 받고 인장은 철근이 받게하는 것이다. 그러나 인장측의 균열은 막을 수 없다. (2) Prestressed Concrete -RC에서의 Con'c 부재에 발생하는 인장응력을 상쇄균열을 없애기 위해서 인장측에 (PC 강연선이나 강봉으로) 미리 압축응력을 준 것이 Prestressed Concrete임. -PC를 사용하므로써 장대교의 시공이 가능하며 안전관리품질관리에 유리하고 구조적인 미를 추구할 수 있어 앞으로 계속 발전 유지시켜야 한다. (3) PC의 필요성 ⑴ 장 span 시공이 가능 ⑵ 안전관리에 유리 ⑶ 품질의 우수 ⑷ 내구성 향상 2. PC 의 기본 개념 1)콘크리트에 prestress를 도입하면 콘크리트가 탄성재료로 전환된다는 응력 개념으로 해석,설계가 탄성이론에 따른다 2)프랑스의 eugene freyssinet가 제안 3)긴장재를 직선적으로 편심배치하면 4)강도개념이며 하중평형개념임 전단면이 유효 3. RC에서의 강도 설계법 1) cement concrete의 인장력 보강하기 위해 보강재를 철근을 사용한 콘크리트를 말한다. 2) 압축력은 콘크리트가 인장력은 철근이 받도록 한것이다. 3) 취성 개선하기 위해 파괴시 철근이 먼저 파괴토록하여 연성재료로 균열발생은 피할 수 없다. 균열로 인한 내구성 문제 4. PC의 장 단점 (1) 장점 1)고강도의 콘크리트와 강재를 사용하므로 높은 응력 수준 2) 부식저항성이 커 내구적이고 탄성적이고 복원성이 크다 3)PC는 RC보다 균열이 적도록 설계되므로 내구성, 수밀성 및 반복하중에 대한 저항이 크다. 4)구조물 중량경감 장경간에 유리 5)RC는 중립축을 중심으로 인장측의 콘크리트 응력은 무시하나, PC에서는 전단면이 유효하여 경제적이고 강성증가 및 처짐적어 안정성 6)PC는 장대교량이나 대형구조물에 적당하고, 단면을 줄일수 있어 단위중량이 작고 수려한 단면의 구조물을 만들 수 있다. 7)구조물의 적응성 - 공장제품으로 신뢰성 확보, 공기단축 8)긴장재를 구부려 곡선으로 배치할 때는 곡선 배치의 수직분력만큼 전단력이 감소 전단철근감소로 경재적 9)Prestressing시 최대 응력을 받으므로 자체적으로 품질검사가 되어 안정성이 높다. 10)Post tension 방식을 이용하면 연결시공, 분할시고이 가능 (2) 단점 1)변형이 크고 진동에 불리 2)고강도 강재는 고온에서 강도가 갑자기 감소하므로 내화성에 불리 3) 고강도 재료 사용,재료비가 고가 4)굵은골재 최대치수 관리 및 품질관리 어려움 5)RC보다 일반적으로 재료는 절약되지만 정착장치, Sheath, 기타 보조장치 필요 단가가 비싸다 6)설계와 시공에 세심한 주의 필요 7)PC의 강재비는 RC의 철근비 보다 작으므로 중립축의 상승이 빠르고 이때는 균열폭이 커진다 8)PC는 하중의 크기나 방향에 민감하므로 설계, 제작 및 운반, 가설에 주의 5. RC의 장 단점 (1) 장점 1) 재료의 입수가 쉽고 강구조에 비해 경제적인 재료이다. 2) 풍화에 대해 내구적이고 내화적이다. 3) 진동 충격에 저항력 크다. 4) 구조물 형상 치수를 현장에서 임의시공 가능 5) 유지 보수비가 적게 든다. (2) 단점 1) 인장응력, 건조수축, 온도변화에 균열발생하기 쉽다. 2) 자중이 크기 때문에 장시간에 불리 3) 보강과 개량이 어렵다. 4) 시공후 검사가 어렵다. 6. 구조적 차이점 가. RC 1) 콘크리트는 압축강도는 크나 인장강도는 작다 2) 구조물에 작용하는 압축응력은 concrete가 인장응력은 철근이 받도록 한다. 3) 중립축을 중심으로 압축측 콘크리트는 압축응력을 인장측 철근은 인장응력을 받는다. 나. PC 1) RC에서는 인장측의 응력을 철근이 받으나 2) 인장측에 발생하는 균열을 막을수 없다. 3) 인장측에 작용하중에 의해 발생되는 인장응력을 상쇄하기 위해 미리 압축응력을 준 콘크리트다 4) 단면전체에 인장응력 발생을 전혀 허용하지 않는 것을 Full stressing 이라하고 5) 콘크리트가 가지고 있는 인장응력 만큼의 인장응력을 허용하는 것을 partial prestressing 이라 한다. 6) Full stressing이 구조적인 면에서 안전하나 경제성을 위해서는 partial prestressing이 유리하다. 7. RC와 PC의 차이점 가. 공사관리적 측면(RC/PC) ① 사전조사 RC :현장위주의 입지조건, 지반조사, 기상등을 조사 PC :제작장과 현장의 입지조건, 교통, 상호연락 등 조사 ② 설계 도서 파악 RC :현장에서 적합한 설계 도서 파악 PC :공장 제작장의 Shop Drawing과 현장에 가설시 도면이 일치 ③ 공해 RC :소음, 진동, 분진, 약취 등 민원문제 야기 PC :기계화 시공과 현장 작업의 감소로 공해 예방 ④ 기상 영향 RC :기상 통계를 참고로 하여 강우기 한냉기 공정 파악 PC :기상 영향을 적게 받으며 동절기, 한서기 시공 가능 ⑤ 시공성 RC :현장의 시공능력, 공기, 품질, 안전성 파악 PC :시공 조건에 따른 계획의 변경없이 시공성이 좋음 ⑥ 경제성 RC :공사 상호간에 서로 연관성이 많아 최적의 경제성 난점 PC :공작제작에 의한 대량생산과 현장에서 조립하므로 경제적임 ⑦ 안전성 RC :인력작업 위주로 작업조건이 열악하여 인명 피해, 재산손실 초래 우려 PC :공장제작과 현장의 장비 위주의 작업으로 인력작업이 적어 안전성 확보 ⑧ 공기단축 RC :기후에 민감하고 동절기 시공이 불가능하여 공기단축에 한계 PC :기후에 영향을 받지 않고 동절기에 시공이 가능하여 공기단축 가능 ⑨ 품질관리 RC :다량의 자재가 일시에 반입되어 검수가 곤란하며, 현장 조건에 따라 오차가 크게 발생 PC :규격품 생산으로 오차가 적으며, 문제점 발생시 부품 교체 가능 ⑩ 노무인력 RC :비교적 인원 동원 및 관리가 용이 PC :전문 숙련공이 절대 필요 ⑪ 자재 RC :주부자재의 전량이 현장에 반입되어 자재 관리의 복합으로 자재 손실 큼 PC :주부자재가 공장생산으로 운송체계가 단순하고 자재손실이 적음 ⑫ 장비 RC :인력 위주의 시공 PC :장비 효율의 극대화로 경제성, 속도성, 안전성 확보 나. 구조적 측면(RC/PC) ① 강재 RC :SD 24, SD 30, SD 35, SD 40 이형철근으로 rib가 있어 부착력이 좋고 철근의 요철부에서 정착작용을 함 PC 강선: Pre tension 공법에서 사용 PC 강연선: PC 강선을 꼬아서 사용 PC 강봉: Post tension 공법에서 사용 ② Con'c 강도 RC :σck =210~400㎏/㎠ PC :Pre tension: σck ≥350㎏/㎠ Post tension: σck ≥300㎏/㎠ ③ 압축응력도 RC :중립축 상부에만 작용 PC :전단면에 유효하게 작용 ④ 탄성 재료 RC :Con'c의 인장력 부분은 탄성 성질 상실 PC :Con'c에 prestress를 가하여 탄성적 성질 보유 ⑤ 탄성적 복원성 RC :중립축 하부의 철근은 오직 인장력에만 저항하므로 복원성 결여 PC :외력에 의한 변형에 대하여 탄성적 성질과 원상회복의 성질을 가짐 ⑥ 응력 상쇄 RC :중립축 상부는 압축력, 중립축 하부는 인장력이 발생 PC :중립 하부에 인장응력을 상쇄할 수 있도록 Con'c에 미리 압축력을 가함 ⑦ 균열내구성 RC :균열 발생이 크며, 내구성과 수밀성에 약함 PC :균열이 적고, 염해중성화에 강함 ⑧ 구조미 RC :단면이 크고 자중이 무거우며 장 span에 적용이 어려운 구조로서 구조미 결여 PC :단면을 줄일 수 있어 사하중을 감소시키며, 아름다운 단면의 구조물이 가능장 span에 가능한 구조로 장대교량에 가능 ⑨ 장대교 RC :단 span에 가능한 구조 PC :장 span에 가능한 구조로 장대교량에 가능 ⑩ 분할 시공 RC :일체로 된 구조물로써 연결된 시공만 가능 PC :Post tension 공법에 의한 분할시공 가능 ⑪ 응력 변화 RC :철근의 인장응력은 Con'c 타설에서부터 최종 단게에 이르기까지 동일 PC :긴장전-무근 Con'c 상태 긴장중-최대 응력 긴장후-초기 응력 운반가설시-휨 응력 최종단계-유효 응력 ⑫ 응력 손실 RC :철근의 인장응력손실은 거의 발생치 않음 PC :즉시 손실-탄성변형 sliding, Friction 장기 손실-건조수축, Creep, relaxation ⑬ 유지 보수 RC :일단 타설된 Con'c의 보수는 어려움 PC 강선, PC 강봉, 정착장치 등 부속재료에 대한 수정보수가 가능 8. PC의 제작 시공시 관리(Prestress공법의 시공원칙) * 콘크리트 및 PC강재에 요구되는 성질 - 콘크리트:압축강도가 크고, 건조수축변형 크리프변형이 작을 것 - PC강재는 1) 인장강도 크고 2) Relaxation이 작으며 3) 항복비가 (항복응력/극한강도×100) 커야하고 4) 부식에 대한 저항성이 커야하고 5) 적당한 연신율과 인성이 있어야 함 6) 콘크리트와의 부착강도가 크고 7) 직선성이어서 시공성이 좋은것 사용 -배합 설계 1)W/C비가 적고, 단위시멘트 수량이 적으며, 양질골재 사용 2)밀도 높은 콘크리트, 균질의 콘크리트 생산 * 시공시 -진동다짐, 습윤양생 -그라우팅: 가.목적 : 강재부식방지, 부착성능 향상, 유동성 있는 grout 재 사용 나.기계 1) Grout mixer는 5분내에 mixing을 완료할 수 있는 것 2) Agitator는 grout를 천천히 휘저을 수 있는 것 3) Grout pump는 공기가 혼합되지 않게 밀폐되어 있는 것 다.배합 및 주입시 1) Duct 주입전 청소 2) 공극이 발생치 않도록 천천히 주장 3) 낮은곳에서 높은곳으로 주입 4) Duct가 길때는 적당한 간격으로 유출구 설치 5) 한중시 50℃의 물로 청소 6) 서중시 알루미늄 분말 사용에 유의 주입을 단시간내 완료 7) grout는 체로거른후 주입,grout가 유출될 때까지 연속 주입 라.grout배합 1)팽창률10%이하 2)압축강도 200kg/cm2이상,보통포틀랜드시멘트 3) w/c 45%이하 4)aluminum분말 시멘트의 0.015%사용하여 팽창성증대 5)온도상승을 막을수 있도록 지연제나 fly ash를 사용 *PC에서 콘크리트 설계기준 강도 pretension :350kg/cm2이상 posttension:300kg/cm2이상 pretension 방식이 post-tension 방식보다 큰 이유는 pretension 방식은 부착에 의해 prestress가 도입되기 때문이다. *긴장시 1) 인장장치 calibration 하고 2) 콘크리트 압축강도 시험실시 - 최대 도입응력의 1.7배이상 - pretension 방식 300kg/㎠ 이상 - posttension 방식 250kg/㎠ 이상 인지 확인 3) PC강재와 concrete 사이의 마찰계수 측정 4)긴장재의 탄성계수를 측정하여 prestress의 손실을 계산해애 한다. 5) Prestressing시 신장량과 계산치가 일치하도록 관리하며 순서에 따라 prestressing 실시 6) 하중과 변형량 측정, 직선관계인지 확인 7) 긴장재가 다수 배치되었을때 한개씩 관리 이외에 통계적 관리한다. 8) prestressing의 손실량 계산 * pretension에서는 ⅰ) 긴장시의 마찰손실 ⅱ) 정착장치의 활동에 의한 손실 계산 * posttension에서는 ⅰ) 콘크리트의 탄성 수축 ⅱ) 정착장치의 활동 ⅲ) 긴장재의 마찰과 같은 손실 계산 * 특히 마찰력이 너무 클때는 - 마찰 감소재(Grease)를 강재에 도포 - Jacking을 긴장재의 양단에서 실시 - 마찰 손실량만큼 더 긴장 실시 - Duct에 넣어 긴장 실시 - PC의 긴장 순서:편심이 작은 긴장재 먼저,복편심제거위한 대칭긴장 - PC 콘크리트의 제작, 시공중의 응력상태, 유의사항 prestressing 전:건조수축, 균열에 유의 습윤양생 prestressing 중:가장 큰 인장응력이 prestress강재에 작용,설계기준강도의 85%이상에서 긴장 prestressing 직후:정착구에 높은 응력이 작용하고 탄성수축에 의한 변형발생 ,정착구 미끄러짐 콘크리트 지압파괴 지반침하에 의한 2차효과 로 부재상부에 인장균열이 발생하니 유의 prestressing 완료후:탄성수축,건조수축,creep에 의한 prestress감소발생 재긴 장시 부분적인 강재의 이완이 예상되며 분할도입 운반 가설시:운반시 인양고리 설치,받침판이 경사되거나 거치 불량이 되지않 도록 유의 9. RC의 시공대책 1)재료의 개량 비비기 운반 치기 다지기 양생의 전과정에 걸쳐 재료분리가 일어나 지 않게 한다 2)운반시간 준수 3)치기시 인원 장비 자재 계획하에 연속타설하여 cold joint방지 4)진동 다짐 5)초기양생에 유의 초기침하균열 및 소성수축균열 억제,건조수축균열 및 온도균열 방지 6)w/c비를 작게 하여 수화열 억제 균열 방지 7)고성능 유동화제 사용 8)Creep, 건조수축 발생이 적도록한다 10. 결 론 PC는 근본적으로 RC의 균열을 해결하고 단면이 적게하면서 장경간의 시공이 가 능케한 공법으로써 PC강재의 긴장 관리, 콘크리트의 고강도화가 문제이므로 이에 대한 향후 연구, 개선방향의 도출이 시급함. (1) PC Box Girder제작시 균열 대책공법 연구 (2) 긴장방법 기계기구의 개선 (3) 정착장치의 활동방지 개선 (4) Grouting 콘크리트의 품질향상 대책 (5) 저렴한재료 개발 (6) 처짐 진동에 대한 구조 개선 (7) 시공관리 개선 -----------------------------------------------------------------

Prestressed concrete 1

1) 개요

⑴ Prestressed concrete란 콘크리트 부재에 발생하는 인장응력을 상쇄하기 위하여 미리 콘크리트 부재에 PC 강재로 압축력을 가한 콘크리트를 말한다.

⑵ PC 재료에는 PC 강재,콘크리트grouting 등이 있으며, prestressing 방법에는 pretension 방법,post tension 방법 등이 있다.

(3)Con'c에 prestress를 주기 위하여 보의 양끝에서 콘크리트에 압축력을 인위적으로 작용시키는prestressing 방법에는 보통 고강도 강재를 이용한다.

2) PC 재료

1. PC 강재

⑴ 종류

① PC 강선

PC강선은 지름 2.8~9㎜ 정도의 원형 강선으로써 프리텐션 및 포스트 탠션 방식에 사용된다.

② PC 강연선

PC 강연성은 두 개 이상의 강선을 꽈배기처럼 꼬아 사용하는 것을 말한다.

③ PC 강봉

PC 강봉은 지름 9.2~32㎜ 정도로 주로 포스트 텐션 방식에 사용되며 표면에 돌기 또는

곰보를 주어 콘크리트와의 부착성을 높이기도 한다.

⑵ 요구되는 성질

① 인장강도가 높아야 한다.

② Relaxation이 작아야 한다.

③ 항복비(항복점 응력의 인강장도에 대한 백분율)가 커야 한다.

④ 콘크리트와의 부착강도가 커야 한다.

⑤ 응력부식에 대한 저항성이 커야 한다.

2. 콘크리트

⑴ 압축강도가 높아야 한다.

⑵ 건조수축과 creep가 작아야 한다.

⑶ 포스트 텐션 방식은 300㎏/㎠ 이상, 프리텐션 방식은 350㎏/㎠ 이상으로 한다.

⑷ 배합시 물-시멘트비, 단위 시멘트량, 단위 수량은 될 수 있는 한 작게 한다.

3. Grouting

⑴ 반죽질기는 시공에 적합한 값을 선정해야 한다.

⑵ 팽창률은 10% 이하라야 한다.

⑶ 재령 28일의 압축강도는 300㎏/㎠ 이상이라야 한다.

⑷ 골재는 강도와 수축을 생각하여 세립의 잔골재를 사용한다.

⑸ 유동성을 좋게 하기 위하여 유동화제를 사용한다.

3) Pretension

콘크리트부재에 prestress를 주는 일은 prestressing이라 한다.

1. Pretension

미리 PC 강선에 인장력을 가하고 그 주위에 콘크리트를 부어넣어 굳은 다음에 인 장력을 풀어 prestress를 가하는 방법이다.

⑴ Long line 공법

① 100m가 넘는 긴 제작대를 이용한다.

② 한번에 여러부재를 제조할 수 있다.

③ PC 콘크리트의 대표적인 제작방법이다.

⑵ 단일 몰드(individual mold) 공법

① 한번에 한 부재씩 제조할 수 있어 제작면적이 작아도 된다.

② 운반비용을 절감할 수 있다.

③ 촉진양생을 함으로써 제작일수를 줄일 수 있다.

2. Post tension

콘크리트 경화 후에 PC강재에 인장력을 주고 그 강재를 콘크리트에 정착시켜서 prestress를 부여하는 방법이다.

⑴ Freyssinet 공법

① 프랑스의 freyssinet가 개발한 공법으로 가장 널리 보급됐다.

② 12개의 PC 강선을 긴장재로 구성하고 이 긴장재를 한번에 긴장하여 1개의 쐐기로 정착한다.

③ 지름 5㎜, 7㎜, 8㎜의 PC 강선 12개로 된 긴장재를 Cone을 사용하여 정착한다.

⑵ BBRV 공법

① 스위스에서 개발된 공법으로 개발에 개발에 참여한 네 사람이 이름 머리글자를 따서 공법의 이름을 지었다.

② 지름 7㎜의 PC 강선 끝을 제두기라는 특수한 기계로 냉간가공하여 리뱃머리를 만들고 이것을 anchor head에 지지시키는 것이다.

⑶ Dywidag 공법

① 독일의 Dyckerhoff & windmann사가 개발한 공법이다.

② PC 강봉 단부의 전조나사에 특수 강제너트를 끼워서 정착판에 정착한다.

③ 너트식 정착의 대표적인 공법이다.

④ 이 공법은 Coupler를 사용하여 PC 강봉을 쉽게 이어갈 수 있다.

⑷ VSL(Vorepann System Losiner) 공법

① 지름 12.4㎜, 12.7㎜의 7연선 PC 스트랜드를 anchor head의 구멍에서 하나씩 쐐기로 정착하는 방법이다.

② PC 강연선의 수는 1개에서부터 3개, 7개, 12개, 19개, 22개, 31개의 7종류가 있으며 최근에는 55개까지도 사요한 예가 있다.

⑸ Preflex 공법

① 미리 camber를 갖도록 한 강재보의 1/4 지점을 재하한다.

② 이 때의 하중을 preflexion 하중이라 하고 설계하중 정도로 잭에 의해 주어진다.

③ 이러한 상태에서 하부를 콘크리트 타설하고 콘크리트가 소정의 강도에 달했을 때 preflexion 하중을 제거하면 콘크리트에 prestress가 도입되게 되는데 이렇게 제작된 보를 preflex beam이라 한다.

4) 정착방법

1. 쐐기식

⑴ PC 강재와 정착장치(grip) 사이의 마찰력을 이용하여 쐐기작용(wedge action)으로 PC 강재를 정착하는 방식이다.

⑵ Freyssinet 공법, VSL 공법, CCL 공법 등이 이 방식으로 정착된다.

2. 지압식

⑴ 리벳머리식

① PC 강선 끝에 리벳모양의 머리를 냉간가공하여 만들고 이 머리를 지압판에 직접 지압하도록하여 PC 강선을 정착하는 방식이다.

② BBRV 공법이 이 방식의 대표적인 공법이다.

⑵ 너트식

① PC 강봉 끝을 나사로 가공하여 nut를 끼워, 정착판에 정착하는 방식이다.

② Dywidag 공법, 영국의 Lee-McCall 공법, 미국의 Stressteel 공법이 이 방식에 속한다.

3. 루프식

⑴ Loop 모양으로 가공한 PC 강선 또는 강연선을 콘크리트 속에 묻어 콘크리트와의 부착 또는 지압에 의하여 정착하는 방식이다.

⑵ Leoba 공법 및 Baur-Leon-Hardt 공법이 이 방식에 속한다.

5) RC 원리

⑴ 중립축

중립축의 상부는 압축력이 작용하고, 하부는 인장력이 발생한다.

⑵ 압축력

콘크리트의 압축력은 중립축 상부부분의 면적

C = 1/2 σca kd b

⑶ 인장력

철근의 인장력은 인장철근의 단면적(As)와 철근의 허용 인장력(σsa )의 곱

T=Asσsa

⑷ 저항 모멘트

① Con'c가 부담하는 저항 모멘트

M=C jd=1/2 σca kd b jd = 1/2 σca kj b d²

② 철근이 부담하는 저항 모멘트

M=T jd=As σsa jd

③ 철근 콘크리트

철근 콘크리트 구조물의 설계는 평형 철근비이하로 하므로 저항 모멘트

M=Asσsa jd

6) PC(PS Con'c) 원리

⑴ 외력에 의한 응력

⑵ 콘크리트에 압축 응력

Prestress 가 콘크리트에 작용하면 콘크리트는 압축응력

σ= P/A이 전 단면에 균등히 가해진다

⑶ 하중에 의한 응력

등분포 하중에 의하여 콘크리트 단면에서 중립축의 상부는 압축력이 작용하고 하부는 인장력이 발생한다.

⑷ 응력 상쇄

콘크리트의 인장응력은 압축응력에 비하여 1/10 ~ 1/13정도로 작아, 인장응력에 대한 결점인 균열을 제거하기 위하여 Con'c에 일어나는 인장응력을 상쇄할 수 있도록 미리 압축응력을 가한 Con'c를 Prestressed Con'c라 한다.

⑸ 균열 억제

Con'c의 결정인 인장력에 대한 균열을 억제시켜 철근의 부식 방지 및 내구성 향상에 이바지 한다.

⑹ 하중 증대

인장측에 미리 압축력을 가하여 하중에 의한 인장력을 미리 상쇄시키므로 더 많은 하중을 가할 수 있어 경제적이다.

⑺ 탄성재료

Prestress가 가해지면 콘크리트는 탄성재료가 되어 탄성이론에 의한 해석이 가능하여 콘크리트에 일어나는 응력쇓변형률 등의 계산은 탄성이론에 의해 계산할 수 있다.

⑻ 전단면 유효

RC는 중립축을 경계로 인장측의 Con'c 단면은 무사하나 PC는 전단면을 유효하게 이용한다.

⑼ Full Prestressing

단면전체에 압축응력만 작용하고 전혀 인장응력의 발생을 허용하지 않는 응력상태를 말하며, 안정성은 높으나 비경제적인 면이 있다.

⑽ Partial Prestressing

단면에 압축응력과 인장응력이 함께 발생할 때의 응력 상태를 말하며, 경제적인 방법이며 인장응력 부분은 인장철근이 부담토록 설계한다.

7) Prestress의 손실 원인

Prestress는 다음과 같은 원인에 의하여 손실된다.

가. 즉시 손실(응력 도입시)

1.Con'c 탄성수축

2.정착단의 활동(sliding)

3.강재와 Sheath의 마찰(Friction)

나.장기 손실(응력 도입 후)

1.Con'c 건조수축

2.Con'c creep

3.강재의 relaxation(이완)

8) 응력 변화

PC보 부재는 제작,운반,가설에 따라 단계별로 응력 상태가 변한다.

가. 제작시

1) 긴장전 : 무근콘크리트 상태

2) 긴장중 : 최대응력

3) 긴장후 : 초기응력

나. 운반 가설시 : 휨응력

다. 최종단계 : 유효응력

9) 향후 개발 방향

⑴ PC 강재 및 정착 장치 개발

⑵ 처짐,진동에 대비한 구조 개선

⑶ 장대교 span 개발

10) 결론

- Prestressed concrete는 현장 타설 Con'c에 비하여 공기 단축효과가 크고 고강도 Con'c 생산이 용이하며, 공장 제작에 의한 균질의 Con'c를 얻을 수 있다.

- PC를 사용하므로써 장대교의 시공이 가능하며, 공기단축,품질관리,원가관리,안전관리에 우수한 공법이다.

- 장래에 신재료의 개발과 시공법의 지속적인 발전으로 UR에 대비한 시장 개척과 대외 경쟁력을 높여야 한다.

- 최근 구조물의 대형화로 인하여 prestressed Con'c의 사용이 커질 전망이고, 3D 기피현상으로 인한 인력의 성력화에 크게 기여할 것으로 기대된다.

프리스트레스트 콘크리트 2

1. 일반

1) 프리스트레스를 주는 데는, 통상 고장력의 강재(PC강재)가 이용되며 다음의 두 방법으로 대별된다.

① 프리텐션방식 : 거푸집속의 소정위치에 배치된 PC강재에 인장력을 준 다음 콘크리트를 쳐 넣는다. 콘크리트의 경화 후 강재의 긴장력을 서서히 늦추어 콘크리트와 강재와 부착에 의해 프리스트레스를 주는 방식

② 포스트텐션방식 : 거푸집속의 소정위치에 PC강재를 통한 쉬스를 배치해 놓고 콘크리트를 쳐 넣는다.

콘크리트의 경화 후 PC강재에 긴장력을 주어 강재단을 콘크리트 부재에 정착하여 프리스트레스를 주는 방식, 통상 프리스트레스를 준 다음 쉬스내에 시멘트 페이스트 그라우트를 주입하여 콘크리트와 PC강재와의 부착을 생기게 한다.

* Pre-Tension 공법과 Post-Tension 공법의 비교

NO.	공종	Pre-Tension 방법	Post-Tension 방법
1	시공방법	PC 강선 인장 Concrete 타설 긴장 풀어서 Prestress 도입 공장제품으로 품질이 우수하다.	PC 강선 인장 Concrete 타설 경화후(σck가 85%일 때) 긴장-정착-Grouting
2	공장설비 필요성	대량생산 (L=12m까지 제작)	현장제작에 유리
3	곡선배치 가능성 (역학적 안정성)	직선배치	우수(곡선 배치)
4	장대지간에 적용성	불리	우수
5	분할시공서(Block Segment)	불리	우수
6	긴 부재	불리	유리
7	짧은 부재	유리
8	σck	350kg/cm2	300kg/cm2
9	σr	σck × 1.15	σck × 1.15
10	도입시기(압축강도 기준)	300kg/cm2	250kg/cm2
11	정착장치	불필요	필요
12	Prestressing 방식(종류)	Long Line방식, Individual Mold Method	Freyssinet, BBRV, VSL, Dywidag, Preflex 공법

* Post-Tensioning 방식

가. Grouting의 역할

(1) PC 강재의 녹방지 시키고

(2) Concrete와 부착시키기 위해서 Sheath안에 Mortar 투입

나. Grout 재료

(1) Concrete

(2) Mortar

다. Grout 배합

(1) Cement : Portland Cement 사용

(2) 조립 잔골재 사용

(3) W/C비 : 45%이하

(4) 지연제와 감수제

(5) Aluminum 분말 사용 - 팽창성 높게 한다.

라. PC Grout의 구비조건

(1) 반죽질기 : 시공에 적합해야 하고

(2) 팽창율 : 10% 이하

(3) 압축강도 : 200kg/cm² 이상(재령 28일)

마. 시공시 주의사항

(1) Grout Mixer, Grout Pump, 한중, 서중, Fly Ash

(2) Grout의 주입압력 : 6kg/cm² 이상

2) 프리텐션방식의 대표예로서 공장생산의 비교적 소형치수의 부재에 이용되는 롱라인방식이 있다. PC강재를 100∼150m 떨어진 지지대간에 긴장, 정착하여 동시에 다수의 제품을 만들 수가 있다.

포스트텐션 방식은 비교적 대형의 부재나 프리캐스트 부재의 접합에 이용된다. 포스트텐션방식에서는 사용하는 긴장재에 의해 여러 가지의 정착구가 고안되고 있다. 그 주요한 것은 쐐기고정(플레시네, MDC, 후프콘, OSPA등), 강선재두와 너트고정(BBRV), 전조나사·너트고정(DB 더크)등이 있다.

2. 콘크리트, PC강재, 정착구 및 접속구

1) 콘크리트

프리스트레스 콘크리트에는 고강도의 콘크리트 및 강재를 이용할 필요가 있다. 이것은 당초 주어진 프리스트레스가 콘크리트의 클립, 건조수축이나 PC강재의 리락크세이션(응력이완)에 의해 점차로 감소되기 때문에 큰 프리스트레스를 도입하고 또 이것을 오래 잔존시키기 위해서는 클립, 건조수축이 적은 고강도의 콘크리트를 필요로 하기 때문이다. 일반적으로 굵은골재의 최대치수 25mm를 표준으로 하고 압축강도 400kg/㎠ 이상의 콘크리트가 이용되고 있다.

2) PC강재

- PC강재의 저장에 있어서

① 코일상에 감은 PC강재를 세로로 몇단이나 겹치게 되면 유해한 휨이 지속적으로 작용하여 응력부식의 우려가 있으므로 겹치는 수를 제한 할 필요가 있다.

② 코일을 푸는 경우에 말려있던 습성이 남지 않도록 하기 위해 코일의 감기는 직경을 강재의 직경의 150배 이상으로 한다.

3) 정착구 및 접속구

(a) 정착구, 접속구에는 쐐기방식, 나사방식 등 여러 종류가 있으나 다음 항목을 만족하는 것으로 한다.

① 정착구와 콘크리트를 조합한 시험에 있어 정착제는 긴장재의 규격인장하중의 100%이상 견디어낼 것.

② 정착구 또는 접속구와 긴장재를 조합한 시험에 있어 부착없는 상태에서의 정적인장시험으로 정착구의 정착효율 또는 접속구의 접속효율은 긴장재의 규격인장하중의 95%이상일 것. 단, 효율이 95%미만 90%이상인 경우는 새로운 규격치를 정해 사용해도 좋다.

(b) 정착구 및 접속구의 시험은 『PC공법의 정착구 및 접속구의 시험방법(안)』에 의한다.

3. 긴장재(PC강재 또는 PC강재군)의 배치작업

1) 긴장재의 배치상황은 프리스트레스의 크기나 부재의 파괴안전도에 중대한 영향을 미치기 때문에 설계에 표시된 위치 및 형상에 정확히 배치하지 않으면 안된다.

허용되는 배치오차는 주로 부재치수에 의해 다르며 긴장재의 도심위치의 착오는 부재높이가 1m 미만의 경우 5mm 이하, 1m 이상의 경우는 부재높이의 1/20이하로 10mm 이하가 된다.

2) 배치작업 중 PC강재가 열영향을 받지 않도록 주의한다. 이 때문에 용접봉을 접촉시키지 않도록 하는 것은 물론 아크용접 불꽃을 받지 않도록 주의한다.

4. 프리스트레싱

1) 콘크리트에 주어진 프리스트레스는 여러 가지의 요인에 따라 감소되기 때문에 이러한 프리스트레스의 손실을 고려하여 긴장재를 인장하지 않으면 안된다. 즉 긴장재 끝에 주는 인장력은 다음식으로 표시된다.

P_i = P(x) + [ΔP_i(x) + ΔP(x)]

여기서, P_i : 긴장재 끝에 주는 인장력(kg), P(x) : 설계단면에 있어서 소요의 프리스트레스 힘(kg), ΔP_i(x) : 프리스트레싱 직후에 있어서 설계단면에 생기는 프리스트레스력의 손실(kg)에서,

① 콘크리트의 탄성변형에 의한 손실

② 긴장재와 덕트(쉬스기타에 의함)와의 마찰에 의한 손실

③ 긴장재를 정착할 때의 세트(정착구의 변형이나 유희)에 의한 손실등 ΔP_t(x) : 설계단면에 있어서 프리스트레스힘의 경과시 손실(kg)

① 콘크리트의 클립 및 건조수축에 의한 손실

② PC강재의 리락크세이션에 의한 손실

2) 프리텐션방식의 경우에는 보통 다수의 PC강재를 동시 긴장하여 콘크리트의 경화 후 동시에 해방하기 때문에 해방시에 부재단축(콘크리트의 탄성변형)이 일어나며 그 결과 긴장재가 풀려서 프리스트레스가 감소되므로 반드시 이것을 고려하지 않으면 안된다.

3) 포스트텐션방식의 경우에는

(a) 프리스트레싱의 경우 반력을 콘크리트 부재자체에서 받기 때문에 긴장재를 동시 긴장하도록 하는 경우에는 탄성변형에 의한 손실은 없다. 그러나 일반적으로 PC강재를 순차로 인장하기 때문에 앞에 정착된 PC강재의 인장력은 그 후의 프리스트레싱에 의한 콘크리트의 탄성변형에 의해 감소된다. 통상 간략하기 위해 평균감소량을 구하고 이것을 모든 PC강재의 인장력에 일정하게 가산한다.

(b) 긴장재 끝에 인장력을 줄 때 긴장재와 덕트와의 사이에 마찰에 의해 인장끝에서 멀어짐에 따라 인장력은 점차로 작아지기 때문에 이것을 고려하여 긴장재 끝에 주는 인장력을 할증해 둘 필요가 있다.

마찰손실이 크기 때문에 긴장재 끝에 주는 인장력이 과대해지는 경우에는 감마제를 이용한다. 감마제로서 중성세제, 수용성 그리스등, 긴장후 용이하게 제거될 수 있는 것을 이용한다. 단 부착이 생기지 않는 경우는 방청효과를 겸한 그리스, 파라핀, 왁스등이 이용된다.

4) 프리스트레싱을 실시해도 좋을 때 콘크리트의 강도

(a) 프리스트레싱을 실시해도 좋을 때 콘크리트의 압축강도는 프리스트레스를 준 직후에 콘크리트에 생기는 최대압축응력의 1.7배 이상으로 한다. 이것은 콘크리트에 생기는 최대압축응력은 긴장재의 리락크세이션, 콘크리트의 클립, 건조수축등에 의해 차츰 감소되기 때문에, 일반의 설계하중에 대해 안전도를 작게해도 좋은 것이다.

또한 콘크리트의 압축강도는 가급적 구조물의 콘크리트와 같은 상태로 제조 및 양생한 공시체의 압축강도로 한다.

(b) 프리텐션방식의 경우는 콘크리트와 PC강재와 사이에 충분한 부착강도가 필요한 것도 고려하여 300kg/㎠이상으로 한다. 부재길이가 짧은 경우는 부착길이도 짧기 때문에 부착에 대해서 특히 배려를 요한다. 보통 프리스트레싱시 압축강도는 400kg/㎠이상이 된다.

5) 프리스트레싱 중의 위험방지

프리스트레싱에 의해 인장력이 주어지는 긴장재는 큰 에너지를 갖기 때문에 만일 긴장재가 파단된다던지, 정착구나 인장장치가 파손 된다던지 하면 순식간에 에너지가 개방되어 추출될 우려가 있다. 그러므로 작업원의 위험방지를 위해 프리스트레싱 작업중 어떠한 경우라도 인장장치나 고정장치의 이면에 서지 않도록 지도하는 동시에 인장장치의 후방에 방호판을 둔다.

5. 긴장재 끝에 주는 인장력의 계산

긴장재 끝에 준 인장력은 여러 가지의 원인에 의해 감소된다. 이하에 인장력 또는 프리스트레스 힘의 손실의 계산법의 개요를 말한다.

1) 콘크리트의 탄성변형에 의한 손실

포스트텐션방식에 있어서 긴장재를 순차 인장하는 경우, 앞에 정착된 긴장재의 인장력은 그 후의 프리스트레싱에 의한 콘크리트의 탄성변형에 의해 감소되기 때문에 최초에 인장재의 손실이 크고 순차 손실량은 작아진다. 그라나 이와같이 하여 개개의 긴장재의 인장력을 계산하는 것은 번잡하므로 다음식에 의해 평균인장응력 감소량을 계산한다.

Δσ_p = (1/2)nσ_cpg(N-1)/N

여기서, Δσ_p : 평균인장응력 감소량(kg/㎠), n : PC강재와 콘크리트의 영계수비(E_p/E_c), σ_cpg : 프리스트레싱에 의한 긴장재 도심위치의 콘크리트의 압축응력에서 프리스트레스힘 및 동시에 작용하는 영구하중(빔의 변형에 의한 자중재하)을 고려하여 구하는(kg/㎠), N : 긴장회수(긴장재의 조수)

각 조의 긴장재의 단면적을 a_p로 하고, 간단히 하기 위해 각조의 긴장재의 인장력에 a_pΔσ_p를 일정하게 가산한다.

2) 마찰에 의한 손실

(a) 마찰손실은 덕트의 물결치는 것에 의한 길이에 따른 마찰손실과 휨에 의한 마찰손실에서 구성되는 것으로 한다.

(b) 긴장재 끝의 인장력을 P_i : 설계단면에 대한 인장력을 P_x로 하면 마찰의 영향은 다음식으로 나타낸다.

P_x = P_i e-^(μα+ix)

여기서, P_x 및 P_i : 설계단면 및 긴장재단에 대한 인장력(kg), α : 긴장재의 각변화(rad), x : 긴장재의 길이(m), μ : 각 변화 1rad당 마찰계수(휨의 영향), λ : 긴장재의 길이 1m당 마찰계수(파도치는 영향), μ, α는 실측치가 없는 경우 표이용

(c) 긴장재의 길이 40m 이하 각변화 30°정도 이하는 경우는 근사식으로서 사용할 수가 있다.

P_i = P_x/(1-μα-λx)

3) 정착구의 세트에 의한 손실

세트량은 정착구의 종류에 따라 다르며 쐐기방식의 경우 2∼4mm로 가장 크다. 그러나 세트에 의해 긴장재의 단부부근이 변형되어도 긴장시와 같은 마찰저항이 역방향으로 작용하여 부재가 극히 짧은 경우를 제외하고, 부재의 중앙부까지 그 영향을 미치는 일은 없으며 보통 긴장재 끝의 인장력의 산정에 세트의 영향을 고려하지 않아도 된다.

4) 콘크리트의 크리이프, 건조수축 및 PC강재의 리락크세이션에 의한 손실 이것들의 경과시 손실의 영향은 다음 식으로 표시하는 유효계수로 나타낸다.

η = P_e/P_t = (σ_pt - Δσ_pcs -Δσ_pr)/σ_pt

여기서, η : 유효계수, P_e : 유효인장력(kg), P_t : 프리스트레싱 직후의 긴장재의 인장력(kg), σ_pt : 프리스트레싱 직후의 긴장재의 인장응력(kg/㎠), Δσ_pcs : 콘크리트의 크리이프, 건조수축에 의한 긴장재의 인장응력의 감소량(kg/㎠), Δσ_pr : PC강재의 리락세이션에 의한 긴장재의 인장응력의 감소량(kg/㎠)에서 식 (13.23)에서 구한다.

Δσ_pcs = nΦ(σ'_cd+σ'_cpt)+E_pε'_cs / 1+n(σ'_cpt/σ'_pt)(1+Φ/2)

여기서, Φ : 콘크리트의 크리이프계수(표 참조), ε'_cs : 콘크리트의 건조수축변형(표 참조), σ'_cd : 긴장재 도심위치에 대한 영구하중(자중 및 사하중)에 의한 콘크리트의 압축응력(kg/㎠), σ'_cpt : 긴장재의 도심에 있어서 프리스트레싱 직후의 프리스트레싱(kg/㎠), σ_pt : 프리스트레싱 직후의 긴장재의 인장응력(kg/㎠)

Δσ_pr = γσ_pt

여기서 γ : 겉보기의 리락크세이션율(콘크리트의 크리이프, 건조수축에 의해 부재가 점차로 단축되는 것을 고려한 경우의 리락크세이션)로 표 에 의한다.

표 1 콘크리트의 크리이프 계수

시멘트의 종류	환경조건	프리스트레스를 주었을 때 또는 재하할 때의 콘크리트의 재령
		4∼7일	1∼4일	2∼8일	3개월	1년
조강 시멘트	옥외 옥내	2.6 4.0	2.3 3.3	2.0 2.8	1.7 2.1	1.2 1.3
보통 시멘트	옥외 옥내	2.8 4.3	2.5 3.6	2.2 3.1	1.9 2.4	1.4 1.6

표 2 콘크리트의 건조수축변형(×10^-6)

콘크리트의 재령 환경조건	3일이내	4∼7일	28일	3개월	1년
옥외의 경우	250	200	180	160	120
옥내의 경우	400	350	270	210	120

* 설계에서 건조수축을 고려할 때의 건조개시 재령

표 3 PC강재의 겉보기의 리락크세이션율 γ

종류	γ(%)
PC 강선, 강연선 PC 강봉 저리락크세이션 PC강재	5 3 1.5

6. 프리스트레싱의 관리

1) 프리스트레싱에 있어서 긴장재와 덕트간의 마찰상태등에 의해 설계단면에 있어서 인장응력은 변동되기 때문에, 이 편차를 고려하여 설계에서 정한 인장력을 만들지 않도록 긴장재 끝에 인장력을 주지 않으면 안된다.

2) 개개 긴장재의 프리스트레싱의 관리는 다음방법에 의하는 것이 편리하다.

(a) 긴장작업 중 잭의 하중계의 시도(示度)와 긴장재의 빼낸량을 측정하여 이것을 관리 특성으로 한다.

(b) 그림 에 표시한 바와 같이 임의의 마찰계수치 μ_A 및 μ_B를 이용하여 해당 긴장재에 대해서 기장재 끝에 주는 인장력과 빼낸량과의 관계직선을 구한다.

이 경우 물결치는 영향 λ은 각 변화로 환산한다.

λ = μΔα

여기서, Δα : 긴장재 1m당 부가각도화로 보통 Δα=0.012rad로서 만족하다.

(c) 긴장시에 있어서 하중계의 시도와 빼낸량과의 관계직선을 묘사하여 직선 AB와의 교점을 구하고, 이점이 표시하는 인장응력에 2∼3%를 할증한 것을 만류한다.

(d) 하중계의 시도와 빼낸량이 선형관계가 되지 않는 경우는 무엇인가의 이상이 생긴 것으로 판단되므로 프리스트레싱을 다시 고치지 않으면 안된다.

7. PC 그라우트

1) PC 그라우트는 덕트내에 완전히 충전하고 긴장재를 녹쓸지 않도록 보호하는 동시에 콘크리트 부재와 긴장재를 부착에 의해 일체화 할 것을 목적으로 한다.

일반 설계하중작용시에는 부착의 유무에 따라 프리스트레스트 콘크리트 부재의 역학적 거동에 변함이 없으나 파괴시의 내력은 부착이 없는 경우는 상당히 저하된다. 설계상은 보통 단면내력을 30% 저감한다.

2) PC 그라우트의 성질

PC 그라우트는 다음 조건을 만족하는 것으로 하고 시험은 「PC 그라우트 시험방법(안)」에 의한다.

① 유동성 : 덕트의 길이, 형상, 시공시기 등에 의한 JA 로트 유하시간 15∼30초(통상의 감수제를 이용하는 경우)

② 팽창율 : 10% 이하에서 주입완료까지(30분 정도) 블리딩율을 상회 할 것.

③ 블리딩율 : 3% 이하

④ 압축강도(28일) : 200kg/㎠ 이상

⑤ 염화물 함유량 : 그라우트 속에 전염화물 이온량은 0.30kg/㎥ 이하로 한다.

3) PC 그라우트의 시공

(a) PC 그라우트의 배합은 물시멘트비 40∼45%의 시멘트페이스트로 하고 발포제, 감수제등의 혼화재료를 적당히 첨가한다. 고성능감수제를 이용하여 물시멘트비를 35% 정도로 하는 것도 있다.

(b) 주입작업의 순서

① 덕트내에 물을 통하여 이물질을 제거하는 동시에 충분히 적신다.

② PC 그라우트를 그라우트펌프에 넣기 전에 1.2mm 체를 통과 시킨다.

③ 주입을 개시하여 유출구에서 일정한 유동성의 그라우트가 충분한 양이 유출될 때까지 중단치 않고 실시한다.

④ 유출구를 닫고, 주입압을 높이는데 유지하여 주입을 마친다.

(c) 한중 시공의 경우는 덕트주변을 5℃이상, 주입시의 그라우트의 온도를 10∼25℃로 하고, 주입 후 5일간 50℃이상으로 유지한다. 고성능감수제를 이용하여 물시멘트비를 저감한 경우는 한중 시공에 대해서 유리하다. 즉 덕트주변을 5℃, 그라우트 온도를 10∼25℃로 하면 주입완료후 기온이 -5℃에 도달할 때까지에 10시간 이상 경과되면, 그 후 단속적으로 기온이 -5℃가 되어도 凍害는 인정되지 않았다.

(d) PC 그라우트의 시험

공사 개시전에 유동성, 팽창율, 블리딩율, 압축강도의 시험을 실시한다. 공사중의 시험으로서는 상기 중 블리딩시험을 생략해도 좋다.