철근 콘크리트 프리스트레스트 콘크리트 (PSC) 기본 핵심 이론

본문내용

변형을 수반하고 급격한 파괴를 일으킨다.
(2) 극저 보강보 : 균열 발생과 동시에 콘크리트의 인장력이 PS 강재에 옮아가므로 강재 응력이 인장 강도에 달하게 되어 급격한 취성 파괴를 나타낸다.
(3) 저보강보 : PS 강재의 응력이 항복 강도 이상으로 된 후에 큰 인성을 나타내면서 콘크리트의 압축 파괴를 서서히 일으킨다.
7.2 콘크리트의 응력 해석(균열 발생전)
(1) 해석상의 가정
a. 단면의 변형도는 중립축에서의 거리에 비례한다.
b. 콘크리트와 PS 강재 및 보강 철근을 탄성체로 본다.
c. 콘크리트의 전단면을 유효하다고 본다.
d. 단면 계산은 다음과 같다.
- 긴장재를 부착시키기 전 : 덕트의 단면적 공제 ->
- 부착시킨 긴장재 및 보강 철근 또는 프리텐션 부재 : 콘크리트 단면으로 환산한다.
(2) 콘크리트의 응력 해석
여기서, : 콘크리트 단면의 상연 응력
: 콘크리트 단면의 하연 응력
: 콘크리트 총단면적 ()
: 콘크리트의 단면 2차 모멘트 (정밀 계산시는 환산 단면의 이용)
: 콘크리트 단면의 도심에서 PS 강재가 편심 배치된 거리
, : 도심에서 상연, 하연 까지의 거리
: 보의 자중에 의한 휨모멘트
: 보의 추가 고정하중에 의한 휨모멘트
: 보의 활하중에 의한 휨모멘트
: 보의 전체하중에 의한 휨모멘트
7.3 하중 작용으로 인한 PS 강재의 응력 증가
(1) PS강재와 콘크리트를 부착시킨 경우
여기서, : 하중에 의해 증가되는 PS 강재의 응력
: PS 강재 도심 위치에 있는 콘크리트의 응력
: 하중에 의한 휨모멘트
(2) PS 강재와 콘크리트를 부착시키지 않은 경우
여기서, : 보의 중앙 단면의 휨모멘트
: 보의 중앙 단면의 편심거리
7.4 PS 강재와 콘크리트의 허용 응력
(1) 콘크리트의 허용 응력
a. 프리스트레스 도입 직후
허용 휨압축 응력 : (안전율 )
허용 휨인장 응력 :
단순지지 부재 단부 이외의 경우 :
단순지지 부재 단부의 경우 :
b. 설계하중이 작용할 때(사용 상태)
허용 휨압축 응력 : (안전율 )
허용 휨인장 응력 :
일반 조건 :
부식 환경 :
특수 조건 :
여기서, : 프리스트레스를 도입할 때의 콘크리트의 압축강도
: 콘크리트의 설계 기준 강도 (사용 상태의 강도)
(2) PS 강재의 허용 응력
a. 잭에 의한 허용 인장 응력 : 와 중 작은 값
b. 프리스트레스 도입 직후의 허용 인장 응력
프리텐셔닝 : 와 중 작은 값
포스트텐셔닝 :
7.5 휨균열 모멘트
(1) 콘크리트의 휨인장 강도 : 휨균열이 발생될 때의 휨인장 강도를 말하며, 파괴계수라고도 한다.
콘크리트의 휨인장 응력 : (대체적으로 ~이다.)
(의 (-)부호는 인장 응력이기 때문이다. 은 로 사용하기도 한다.)
(2) 휨균열 모멘트 : 휨균열을 일으키는 모멘트 ()
7.6 휨강도
(1) 공칭 휨강도와 설계 휨강도
PSC 휨부재는 각 하중 단계에서 계산된 응력이 허용응력을 넘지 않으면 안전하다. 그러나 PSC보의 파괴에 대한 안전을 확인하기 위해서는 극한하중이 작용할 때를 고려해야 한다.
극한하중은 사용하중에 하중계수를 곱한 하중이고, 응력분포는 등가 직사각형의 극한 분포로 나타내지는 강도 설계법 개념으로 휨강도를 계산한다.
a. 공칭휨강도
여기서, : 공칭 휨강도
: 공칭강도 발휘시 PS강재 인장응력
: 유효 높이 (하연의 균열로 RC보와 같이 중립축 이하의 콘크리트 단면을 무시하므로 상연(압축연단)부터 PS강재 도심까지의 거리를 취한다.
: 응력 사각형의 깊이
(, 즉 에서 구한다.)
b. 설계 휨강도
여기서, : 설계 휨강도(설계시 안전을 고려하여 공칭 강도에 강도 감소 계수 를 곱해서 사용한다.)
: 강도 감소 계수(휨부재에서는 RC에서와 같이 0.85이지만, 공장 생산된 프리캐스트 부재는 0.90이다.)
c. 공칭 휨강도와의 관계
설계 휨강도는 극한 하중(사용하중 하중계수)에 의한 극한 휨강도 보다 커야 한다. 즉, 다음 식을 만족시켜야 한다.
(2) 설계기준의 (공칭 강도 발휘시 PS 강재 인장응력)
는 보가 파괴될 때의 PS강재의 응력이다. 의 크기는 와 사이에 있으며 시방서에서는 근사값을 제시하고 있다. 이 때 PS 강재의 유효 인장 응력 가 의 1/2을 넘어야 한다.
a. PS 강재가 부착된 경우
여기서, : PS 강재비
: PS 강재 종류에 따른 계수 (0.28 ~ 0.55)
: 중립축 거리에 대한 등가 직사각형 응력 블록 깊이의 비
: 인장 철근의 유효 높이
: PS 강재의 유효 높이
: 인장 철근의 강재 지수 ( )
: 압축 철근의 강재 지수 ( )
b. PS 강재가 부착되지 않은 부재
:
:
여기서, 는 또는 다음 값 이하이어야 한다.
() 식11-27(a)의 경우
() 식11-27(b)의 경우
(3) 설계기준의 휨강도(직사각형보의 경우)
a. PS 강재만 고려한 경우
b. 인장 철근의 효과를 고려한 경우
c. 압축 철근의 효과를 고려한 경우
(4) 설계 기준의 강재량 제한 규정
PSC 보의 연성파괴를 유도하기 위해서는 저보강보가 되어야 하고, 그러기 위해서는 PS 강재의 상한을 규제해야 한다. PSC에서는 이것을 강재 지수 라는 용어를 사용하여 아래 식들을 만족해야 한다. 이는 RC에서의 평형 철근비나 최대 철근비의 개념과 유사하다.
a. PS 강재만 가지는 보
여기서, : 강재 지수 ( )
에서
b. PS 강재와 철근을 가지는 직사각형 보
7.7 철근의 역할
일반적으로 PSC 보에는 철근을 동시에 배치하게 된다. 이 때 철근량이 작을 경우는 응력 계산시 무시해도 되지만, 철근량이 비교적 많아 휨에 대한 기여가 크면 응력 계산시 포함시켜야 하며 이러한 PSC 보를 프리스트레스 철근 콘크리트보 라고 한다.
철근의 역할을 배치된 부분별로 보면 다음과 같다.
(1) 스터럽 : 전단과 사인장 응력에 저항
(2) 횡철근 : 얇은 플랜지의 보전과 시공 중 다른 철근의 위치 확보
(3) 상면과 중간보의 종철근
- 포스트텐션 보: PS 강재의 긴장전에 발생할지 모르는 수축균열 억제
- 부분 PSC 보: 균열제어
(4) 하면 종철근
휨균열을 제한하고 처짐을 조절하는 것을 도우며 극한 휨강도를 증가시킨다.

키워드

철근,   콘크리트,   프리스트레스,   PSC,   prestress,   설계