프리스트레스트(Prestressed) 콘크리트

우리가 구조재료로 많이 쓰는 콘크리트는 인장강도가 압축강도의 1/10 정도이기 때문에 인장응력을 거의 부담하지 않는다고 봅니다. 그래서 보에서 중립축 아래에 인장력이 작용하는 부분에는 철근만 힘을 발휘한다고 생각합니다. 그런데 만약 중립축 아래에 위치한 콘크리트에 압축응력만 생기도록 처리하면 콘크리트도 어느 정도 힘을 발휘할 수 있을 것입니다. 어떻게 처리할 수 있을까요?

 

▶ 보의 구조적 역할

▶ 응력이란?

▶ 휨응력에 대한 이해

 

프리스트레스트 콘크리트구조

프리스트레스트(Prestressed) 콘크리트구조는 콘크리트에 미리(Pre) 응력이 발생하도록(Stressed) 처리한 구조를 말합니다.

 

 

그림에서 볼 수 있는 것처럼 휨을 받는 부재는 아래로 쳐져서 하부에 인장응력이 발생합니다. 콘크리트는 인장응력을 거의 부담하지 못한다고 보기 때문에 콘크리트를 최대한 활용하려면 인장응력이 발생하지 않도록 만들어야 합니다.

 

보가 아래로 구부러져서 하부가 늘어나는 것이라고 생각하면 미리 위로 구부리는 방식으로 서로 상쇄시킬 수 있겠죠? 미리 응력을 유도한다는 것(Pre-stressed)은 부재에 먼저 압축력을 가해서 나중에 인장력이 거의 생기지 않게 만드는 전략인 셈입니다. 

 

부재에 응력을 미리 도입하는 방법은 두 가지가 있다. 콘크리트 타설 시점을 기준으로 먼저 프리스트레스를 도입하면 프리텐션(Pre-tension)이라고 하고, 콘크리트가 굳고 나서 나중에 프리스트레스를 도입하면 포스트텐션(Post-tension)이라고 합니다.

 

프리텐션은 긴장재를 당겨놓은 상태에서 콘크리트를 타설하고 콘크리트가 경화되면 인장력을 푸는 방식으로 만듭니다. 긴장재의 인장력이 풀리면 긴장재가 수축하면서 콘크리트에 마찰력이 전달되고 결과적으로 콘크리트가 압축력을 받게 됩니다.

 

포스트텐션은 쉬스(sheath; 쉬스는 칼을 집어넣는 칼집이라는 뜻이 있다)라는 관을 이용해서 인장력을 나중에 가하는 방식으로 만들어냅니다. 콘크리트를 타설하기 전에 쉬스관을 묻어놓고 콘크리트가 경화하면 쉬스관 속으로 긴장재를 관통시켜 인장력을 가한 후 정착장치로 고정합니다. 보통 포스트텐션 방식이 더 큰 인장력을 도입할 수 있기 때문에 공연장이나 회의장 같은 장스팬 구조물에 적용됩니다.

프리스트레스트콘크리트는 휨모멘트를 받는 슬래브와 보에 모두 적용할 수 있습니다. 슬래브에 프리스트레스를 적용하면 바닥판의 두께가 얇아져 콘크리트와 철근량을 줄일 수 있습니다. 결과적으로 슬래브 자체의 자중을 줄일 수 있기 때문에 고층건물에 적용하면 기둥과 기초에 작용하는 수직하중의 부담을 줄일 수 있습니다.

 

▶ 보 배근 기본

▶ 슬래브 배근 기본

 

 

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