프리스트레싱 방법

이번 시간에는 프리스트레싱 방법에는 어떠한 방법들이 있는지에 대해 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

1. 서 론

프리스트레스트 콘크리트(Prestressed Concrete, PSC)는 인위적으로 압축력을 도입하여 콘크리트의 균열을 방지하고 높은 강성을 유지하도록 설계된 구조 기술이다. 프리스트레싱 방법을 적용하면 콘크리트의 인장 저항성을 높이고, 구조물의 내구성과 경제성을 향상할 수 있다. 이러한 방법은 특히 교량, 건축물, 터널 라이닝, 수조 및 원자로 구조물과 같은 대형 구조물에 널리 사용된다.

프리스트레싱 방법은 크게 기계적 방법과 비기계적 방법으로 나눌 수 있으며, 기계적 방법은 다시 프리텐션(Pre-Tension) 방식과 포스트텐션(Post-Tension) 방식으로 세분된다.

 

 

2. 프리스트레싱 방법의 분류

2.1 기계적 프리스트레싱 방법

기계적 프리스트레싱 방법은 강연선(PC 강선, Prestressing Steel)에 물리적인 힘을 가하여 콘크리트에 프리스트레스를 도입하는 방식이다. 대표적인 방법으로 프리텐션 방식과 포스트텐션 방식이 있다.

 

2.1.1 프리텐션(Pre-Tension) 방식

프리텐션 방식은 콘크리트를 타설하기 전(pre~)에 강연선에 긴장력을 가하고, 콘크리트가 경화된 후 강연선을 해방하여 압축력을 도입하는 방식이다.

 

프리텐션 방식 프리스트레싱의 기본 원리(출처:프리스트레스트콘크리트,동명사)

 

• 프리텐션 방식의 특징 :
• 일반적으로 설비가 좋고 작업환경이 좋은 공장에서 제작되므로 품질을 높일수 있다.
• 장비를 반복하여 사용할 수 있어서 경제적이며, 동일한 형상과 치수를 갖는 프리캐스트 부재를 대량으로 생산할 수 있다.
• 콘크리트와 긴장재의 부착에 의해 프리스트레스트가 도입되므로, 포스트텐션 방식에서 필수적인 쉬스와 정착장치가 필요하지 않다.
• 긴장재를 곡선 형상으로 배치하기 어렵고, 긴장재를 절곡 배치하더라도 부분적으로 비효율적인 긴장재 배치를 피하기 어렵다.

 

2.1.2 포스트텐션(Post-Tension) 방식

포스트텐션 방식은 콘크리트를 타설하고 굳은 후(post~) 콘크리트를 지지대로 하여 긴장재를 인장하고, 그 끝을 정착시켜서 콘크리트에 프리스트레스트를 도입하는 방식이다.

 

포스트텐션 방식 프리스트레싱의 기본 원리(출처:프리스트레스트콘크리트.동명사)

 

• 포스트텐션 방식의 특징
• 프리스트레싱 강재를 곡선 형상으로 배치할 수 있어서 단면에 효율적으로 프리스트레스트를 가할수 있다.
• 콘크리트 부재를 지지대로 하여 프리스트레싱 강재를 인장하기 때문에 인장대가 필요 없으므로, 현장에서 간편하게 프리스트레스를 도입할 수 있다.
• 프리텐션 방식에는 필요하지 않은 덕트와 정착장치가 필요하다.
• 프리스트레싱 강재를 부착시키지 않은 포스트텐션 부재는 부착시킨 부재에 비하여 파괴강도가 낮고 균열 폭이 커지는 등 구조적 성능이 떨어진다.

 

2.2 비기계적 프리스트레싱 방법

비기계적 방법은 물리적인 힘을 직접 가하지 않고, 프리스트레스를 도입하는 방법으로, 대표적으로 화학적 방법과 전기적 방법이 있다.

 

2.2.1 화학적 방법

화학적 방법은 콘크리트의 수축 및 팽창을 이용하여 프리스트레스를 도입하는 방식이다. 대표적으로 팽창성 시멘트를 사용하여 콘크리트가 경화하면서 내부 응력을 형성하도록 유도한다.

• 장점: 별도의 강연선 없이 프리스트레스를 도입할 수 있다.
• 단점: 응력 제어가 어렵고, 장기적인 효과가 불확실하다.

 

2.2.2 전기적 방법

전기적 방법은 강연선에 전류를 흘려 열팽창을 유도한 후, 냉각 시 수축력을 이용하여 프리스트레스를 도입하는 방식이다.

• 장점: 특정 부위에 선택적으로 프리스트레스를 도입할 수 있다.
• 단점: 전력 공급이 필요하며, 열응력으로 인한 구조적 영향이 발생할 수 있다.

 

3. 프리텐션 방식의 상세 과정

1. 긴장대(Stress Bed) 위에 강연선을 설치한다.
2. 강연선에 긴장력을 가한 후 고정한다.
3. 긴장된 상태에서 콘크리트를 타설한다.
4. 콘크리트가 경화될 때까지 양생한다.
5. 콘크리트가 충분히 경화된 후 강연선의 긴장력을 해방하여 콘크리트에 압축력을 도입한다.

 

4. 포스트텐션 방식의 상세 과정

1. 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설한다.
2. 콘크리트가 경화된 후 덕트 내부에 강연선을 삽입한다.
3. 강연선에 긴장력을 가한 후 정착장치로 고정한다.
4. 필요에 따라 덕트 내부에 그라우트를 주입하여 강연선을 보호한다.

 

5. 프리스트레싱 방법의 분류

대분류	중분류	소분류
기계적 방법	프리스트레싱 강재에 외력을 가하고 그 반작용을 이용한 방법	프리텐션 방식
		포스트텐션 방식
	구조물 자체에 외력을 가하고 그 반작용을 이용하는 방법	경간 내부에 외력을 가한 후 제거하는 방식 (Preflex 공법)
비기계적 방법	화학적 방법	팽창 시멘트 등
	전기적 방법	프리스트레싱 강재와 전기이용
	재료특성을 이용하는 방법	형상기억합금 이용

 

6. 결 론

프리스트레싱 방법은 기계적 방법(프리텐션, 포스트텐션)과 비기계적 방법(화학적, 전기적)으로 나뉘며, 각각의 방식은 적용 대상 및 시공 방법이 다르다. 프리텐션 방식은 공장에서 대량 생산되는 부재에 적합하며, 포스트텐션 방식은 현장 시공이 필요한 대형 구조물에 주로 사용된다. 비기계적 방법은 연구 및 실험적 단계에서 활용되고 있으며, 향후 다양한 활용 가능성이 기대된다. 각 방식의 특성을 고려하여 적절한 프리스트레싱 기법을 선택하는 것이 구조물의 경제성과 내구성 확보에 중요한 요소가 된다. 이번 시간에는 프리스트레싱 방법에 대해 알아보는 시간이었습니다.

---