프리스트레스트 콘크리트(PSC)의 완전긴장과 부분긴장

이번 시간에는 프리스트레스트 콘크리트의 완전긴장과 부분긴장 개념에 대해 알아보고, 각각에 대한 장점과 단점에 대해 알아보도록 하겠습니다.

1. 프리스트레스트 콘크리트 : 완전긴장과 부분긴장의 개념과 실무 적용

프리스트레스트 콘크리트는 인장력이 발생하기 전에 압축력을 가해 구조물의 성능을 강화하는 기술입니다. 이를 통해 균열 저항성, 처짐 감소, 재료 효율성을 극대화할 수 있습니다. 이 과정에서 핵심적인 개념이 완전긴장(Full Prestressing)과 부분긴장(Partial Prestressing)입니다. 본 포스트에서는 이 두 개념의 정의, 장단점, 그리고 실무 적용 방안을 구체적으로 설명합니다.

 

2. 완전긴장(Full Prestressing)의 개념

완전긴장은 콘크리트 단면에 가해지는 압축력이 모든 외력 하중에서 인장 응력을 완전히 상쇄하는 방식입니다. 즉, 사용하중 상태에서도 단면에 인장 응력이 발생하지 않아 균열이 전혀 생기지 않습니다.

 

장점 :

• 균열 방지 : 콘크리트 단면에 인장 응력이 전혀 발생하지 않아 내구성이 높음.
• 장기 유지관리 비용 절감 : 균열 보수가 필요하지 않아 유지관리가 용이.
• 부식 저항성 향상 : 철근의 노출 가능성이 낮아 장기 내구성이 뛰어남.

 

단점 :

• 과도한 프리스트레스력 : 필요 이상으로 큰 프리스트레스력을 가해야 해 재료 낭비가 발생할 수 있음.
• 경제성 저하 : 긴장재 사용량 증가로 시공비 상승
• 단면에 큰 긴장력이 도입되어 부재의 중앙부에 상향처짐, 즉 솟음(camber)이 크게 발생하는 바람직하지 않은 경우가 생길수 있다.

 

3. 부분긴장(Partial Prestressing)의 개념

부분긴장은 외력에 의해 콘크리트 단면에 약간의 인장 응력이 발생하지만, 그 크기가 허용 균열폭 범위 내로 제한되는 방식입니다. 즉, 사용하중에서 소규모의 균열이 생기더라도 구조 성능에 큰 영향이 없습니다. 부분긴장의 개념은 프리스트레스트 콘크리트에 대한 경험이 쌓여 가면서 완전 긴장 콘크리트와 일반적인 철근콘크리트의 중간 정도에서 많은 장점이 있을수 있다는 것을 인지하면서 부분긴장의 개념이 정리됨.

 

장점:

• 재료 절약 : 완전긴장보다 적은 긴장재로 효율적 설계 가능.
• 시공성 향상 : 긴장력 조절이 유연해 복잡한 형상의 구조물에 적용하기 용이.
• 경제성 : 재료비와 시공비 절감으로 전반적인 공사 비용 감소.

 

단점:

• 균열 관리 필요 : 소규모 균열 발생 가능성으로 정기적인 유지보수가 필요.
• 부식 위험 : 균열을 통해 철근이 노출될 가능성.

 

4. 부분긴장 프리스트레스트 콘크리트의 정의

여러가지 제안이 있었으나, 근래에는 다음 중 하나 이상을 만족하는 부재 또는 설계개념으로 자리잡음

1. 프리스트레싱된 강재와 프리스트레싱 되지 않은 강재를 조합한 프리스트레스트 콘크리트 부재. 프리스트레싱 되지 않은 강재는 철근을 사용하거나 긴장재 일부를 프리스트레싱 하지 않은 방법.
2. 프리스트레싱 강재의 응력을 허용 가능한 최대 응력보다 훨씬 낮은 상태가 되도록 프리스트레싱의 수준을 낮춘 프리스트레스트 콘크리트 부재
3. 사용하중 하에서 휨인장 균열의 발생을 허용하도록 설계된 프리스트레스트 콘크리트 부재

실무에서는 긴장재의 가격이 높으므로, 2.방법보다는 1.의 방법에 따라 긴장재와 함께 인장을 받는 부분에 추가적인 철근이 사용된다.

 

5. 실무에서의 적용 사례

현재 실무에서는 구조물의 용도와 요구 성능에 따라 완전긴장과 부분긴장을 적절히 조합해 설계합니다.

예를 들어:

• 교량, 해양 구조물 : 장기 내구성과 부식 저항성이 중요한 경우 완전긴장 적용.
• 빌딩 슬래브, 주차장 : 경제성과 시공성이 중요한 경우 부분긴장 활용.
• 장스팬 구조물 : 장기 처짐 관리를 위해 부분긴장과 완전긴장을 혼합.

이상 프리스트레스트 콘크리트의 완전긴장과 부분긴장의 개념과 장단점에 대해 알아보았습니다. 결국 최적의 프리스트레싱 방식 선택은 구조물의 사용 목적, 환경 조건, 경제성을 종합적으로 고려해야 합니다. 이러한 설계 최적화를 통해 균열 저항성, 내구성, 경제성을 모두 만족하는 고성능 콘크리트 구조물을 구현할 수 있습니다.

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