061. 프리스트레스트콘크리트(Pre-stressed concrete)

건축시공기술사 기출해설 | 2015-04-13 오후 3:24:30 | 조회수 : 10783 | 공개

061. 프리스트레스트콘크리트(Pre-stressed concrete)

*72회 용어13. Pre-stressed concrete
*91회3교시-2. 프리스트레스(Pre-stressed)콘크리트의 공사방법과 건축공사에 적용 시 장점에 대하여 설명하시오

[해설]
1. 프리스트레스트콘크리트의 정의
-철근대신에 높은 인장강도를 발휘하는 고강도 강재(강선, 강연선, 강봉 등)를 사용하여 콘크리트에 미리 압축응력(프리스트레스, prestress)을 가해줌으로써,
-하중으로 인한 인장응력을 일부 상쇄시켜서 더 큰 외부하중을 가할 수 있게 만든 것이 프리스트레스트 콘크리트(prestressed concrete; PSC)이다.

2. 적용
-프리스트레스트 콘크리트는 철근 콘크리트가 가지는 균열의 발생과 이로 말미암은 철근의 부식 등에 의한 내구성이 저하되는 약점을 보완할 수 있고, 부재의 단면도 철근 콘크리트보다 작게 구조물의 요구와 구조적 성능을 조화시켜 장대교량, 초고층 빌딩, 주차장, 격납구조물 등 폭 넓은 분야에 사용될 수 있다.
-세계 각국의 추세를 보면 프리스트레스트 콘크리트 구조물은 안전성, 미관성, 사용성, 경제성, 유지관리성, 자연 및 환경과의 조화 등에서 탁월한 구조물로 받아들여지고 있다

3. 기본개념

-철근 콘크리트의 기본개념은 인장응력이 발생할 곳에 철근을 배근하는 것이다.
-프리스트레스트 콘크리트는 고강도 강재가 사용되고, 이러한 강재는 외부하중이 주어지기 전에 미리 인장을 가한다. 이렇게 강재에 미리 가하는 인장력은 주변 콘크리트에 미리 압축력을 가하게 되어 콘크리트가 균열 전에 더 큰 하중에 견딜 수 있게 해준다.

-프리스트레스트 콘크리트와 철근 콘크리트의 거동을 비교하고 있다.
-일반적으로 철근 콘크리트는 외부 하중이 주어지기 전에 철근이나 콘크리트에 어떠한 응력도 가하지 않았기때문에 프리스트레스트 콘크리트에 비해 상대적으로 작은 외부하중에 의해 균열이 시작되고 균열 발생시에 철근에 가해지는 인장응력과 콘크리트에 가해지는 압축응력은 매우 작다.

-일단 균열이 발생하면 철근의 인장응력은 급속히 증가하고 하중이 증가할수록 비례하여 증가한다. 파괴 시에는 철근에는 비교적 높은 인장응력이, 콘크리트에는 비교적 높은 압축응력이 작용한다.
-프리스트레스트 콘크리트는 프리스트레싱에 의해 강재와 콘크리트 사이의 응력 평형을 이루어 강재에 큰 인장응력을 발생시키고 콘크리트에는 그에 해당하는 압축응력이 발생하게 된다.

-외부하중이 주어지기 전에 큰 압축응력이 콘크리트에 존재하기 때문에 철근 콘크리트 부재보다 상당히 큰 외부하중에 의해 균열이 발생한다.
-철근콘크리트는 부과된 응력을 단지 수동적으로 수용해야하지만 프리스트레스트 콘크리트는 엔지니어에 의해 강재의 응력과 구조물의 변형을 주도적으로 조절할 수 있는 특징이 있다.

4. 프리스트레스트 콘크리트의 장점
1) 프리스트레스트 콘크리트에서는 균열이 발생하지 않도록설계되어 있으며 강재 부식의 위험성이 적으므로 내구성이 크며, 균열이 발생하여도 철근 콘크리트보다 훨씬 탄성적이고 복원성이 크므로 하중을 제거시키면 균열은 완전히 없어져 사용성에 있어 상당한 장점을 지니며 충격하중, 반복하중 등에 대한 저항력도 철근 콘크리트에 비해 크다.

2) 프리스트레스트 콘크리트에서는 전 단면을 유효하게 이용하므로 단면치수는 현저하게 작아져 얇게 함으로써 미적요구를 만족시킬 수 있다.

3) 프리스트레스트 콘크리트의 처짐량은 작고, 프리스트레싱에 의한 솟음 때문에 사하중을 받을 때의 처짐도 적다. 이는 특히 내민 부분을 갖는 구조물의 경우 상당한 장점이 된다. 또 균열이 발생하지 않으므로 단면 2차 모멘트는 균열을 발생한 단면의 경우에 비교해서 2 ~ 3배 되므로 활하중에 의한 처짐도 작아진다.

4) 프리스트레스트 콘크리트 구조물은 안전도가 크다. 프리스트레스트 콘크리트에서는 프리스트레싱 때에 최대응력을 콘크리트와 강재가 받는다. 프리스트레싱 작업은 실재로 응력을 도입하도록 재하한 것이므로 이 때 안전하게 하였다면 보통의 사용하중 범위 내에서는 충분히 안전하다고 불 수 있다.

5) 프리스트레스트 콘크리트 부재는 파괴전의 특징이 뚜렷하다. 이것은 구조물의 안전도에서는 중요한 성질이다.

5 . 결 론
-외국의 발표자료에 의하면 미국, 유럽 등에서는 프리스트레스트 콘크리트 교량이 꾸준히 증가하고 있다. 최근 미국에서는 전체교량의 75 % 이상이 프리스트레스트 및 철근 콘크리트 교량으로 건설되고 있는 것으로 보고되고있다.
-빌딩 구조물 즉 건축물에서도 미적효과와 구조적으로 탁월한 성능을 조합시켜 고층건물 등의 건설에 프리캐스트 프리스트레스트 구조물의 사용이 증가하고 있다.

-특히 열악한 환경 하에 있는 주차장등의 구조물에 건설에는 설계자가 균열을 제어할 수 있는 프리스트레스트 구조물의 사용이 급속히 늘고 있다.
-또한 높은 안전성을 요구하는 원자로의 격납고 및 LNG 탱크 등에 프리스트레스트 콘크리트의 사용이 계속적으로 증가하고 있다.

-프리스트레스트 콘크리트 구조물은 안전성, 미관성, 사용성, 경제성, 유지관리성 및 자연 및 환경과의 조화에서 탁월한 성능을 지니고 있어 세계적으로 건설이 증가하고 있으며 여러 분야에서 폭 넓게 사용되고 있는 것으로 사료되며, 우리나라에서도 세계 추세에 발맞추어 이에 대한 기술축척 및 진보를 해야 할 것으로 사료된다.

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