제3장 프리스트레싱과 정착

3.1 프리스트레싱 방법

3.1.1 프리텐션 방식 (Pre-tensioning)

프리텐션 (Pre-tension) = 선긴장 방식

Pre (먼저) + Tension (긴장)
→ 콘크리트를 타설하기 전에 먼저 PS 강재를 긴장하는 방식

시공 순서 (3단계):

STEP 1. 긴장재를 먼저 긴장한 후에
  • 인장대(Tensioning Bed) 위에 PS 강재 배치
  • 한쪽 끝은 고정단 정착판에 정착
  • 다른 끝은 가동단 정착판에 정착하여 잭으로 긴장
[그림 3.1.1a 프리텐션 방식의 긴장 순서 - (a) 프리스트레싱 강재의 인장]
STEP 2. 콘크리트를 치고
  • 긴장된 PS 강재 주위에 거푸집 설치
  • 콘크리트 타설 및 양생
  • 콘크리트가 충분한 강도에 도달할 때까지 대기
[그림 3.1.1a - (b) 콘크리트의 타설과 양생]
STEP 3. 콘크리트가 굳은 다음 긴장재에 가해 두었던 인장력을 이완
  • 긴장재의 끝단을 절단하거나
  • 긴장재의 끝단에 설치된 잭의 힘을 풀어서 이완
이완된 긴장력은 긴장재와 콘크리트의 부착에 의해서 콘크리트에 전달되어 콘크리트 부재에 프리스트레스를 준다.
[그림 3.1.1a - (c₁) 긴장력의 도입: 긴장재의 절단에 의한 방법]
[그림 3.1.1a - (c₂) 긴장력의 도입: 하중잭의 이완에 의한 방법]
[그림 3.1.1c 프리텐션 방식의 기본 원리]

프리텐션 방식의 특징:

장점:
  • 공장제작: 설비가 좋고 작업환경이 좋은 공장에서 제작되므로 품질을 높일 수 있음
  • 증기양생: 증기양생 설비를 이용하면 부재의 생산 기간 단축 가능
  • 대량생산: 장치와 장비를 반복하여 사용할 수 있어 경제적
  • 간단: 쉬스(sheath)와 정착장치 등이 불필요 (콘크리트와 긁장재의 부착으로 프리스트레스 도입)
단점:
  • 긴장재 배치 형상: 긴장재를 곡선 형상으로 배치하기 어려움
  • 부재 크기 제한: 인양(lift) 장비, 운반 차량의 성능 및 교통상황을 고려해야 함
  • 단부 긴장력 작음: 전달길이(transfer length) 내에서는 긴장력이 작음
[그림 3.1.1b 프리텐션 방식 정착부의 정착구조]

제작 방법에 따른 분류:

구분 롱라인 공법
(Long-line)		 단일 몰드 공법
(Individual Mold)
특징 연속식 단속식
제작 방식 1회의 긴장으로 동시에 여러 개의 부재 제작 1회의 긴장으로 비교적 큰 부재 1개 제작
소요 면적 넓은 면적 필요 상대적으로 작은 면적
경제성 대량생산에 유리 거푸집과 긴장대의 회전율을 높여 경제성 확보
적용 동일 부재 대량생산 대형 부재 또는 소량생산
[그림 3.1.2 롱라인 공법]

3.1.2 포스트텐션 방식 (Post-tensioning)

포스트텐션 (Post-tension) = 후긴장 방식

Post (나중에) + Tension (긴장)
→ 콘크리트를 타설하고 굳은 후에 PS 강재를 긴장하는 방식

시공 순서 (3단계):

STEP 1. 콘크리트가 굳은 후에
  • 거푸집 조립 시 쉬스(덕트)를 소정의 위치에 배치
  • 콘크리트 타설 및 양생
  • 콘크리트가 소정의 강도(일반적으로 30~35 MPa)에 도달
[그림 3.1.2a 포스트텐션 방식의 긴장 순서 - (a) 덕트가 배치된 부재의 콘크리트 타설 및 양생]
STEP 2. 긴장재를 인장하고
  • 쉬스 안에 PS 강재 삽입
  • PS 강재 끝에 잭을 부착하고 긴장
  • 소정의 인장력으로 긴장
[그림 3.1.2a - (b) 긴장력의 도입: 긴장재의 인장에 따른 콘크리트의 압축]
STEP 3. 그 끝부분을 콘크리트에 정착시켜서 프리스트레스를 부재에 도입
  • 긴장재를 정착장치에 의하여 콘크리트 부재에 정착
  • 그라우팅 실시 (부식방지 및 부착)
[그림 3.1.2a - (c) 긴장재의 정착]
[그림 3.1.2b 포스트텐션 방식의 기본 원리]

포스트텐션 방식의 특징:

장점:
  • 긴장재 배치 자유: PS 강재를 곡선 형상으로 배치 가능 → 효율적인 프리스트레스
  • 현장 적용성: 인장대 불필요, 현장에서 간편하게 프리스트레스 도입
  • 현장 조립 용이: 프리캐스트 부재를 결합하고 조립하는데 편리
  • 재긴장 가능: 비부착 긴장재의 경우 PS 강재의 재긴장 가능
단점:
  • 성능·품질관리: 비부착 포스트텐션 부재는 부착 부재에 비해 구조적 성능이 다소 낮음
  • 복잡: 덕트, 정착장치 등 부속장치 필요
  • 마찰손실: 긴장재와 쉬스 사이의 마찰로 인한 손실 발생

긴장재 배치의 다양성:

[그림 3.1.2c - (a) 덕트와 긴장재의 배치]
[그림 3.1.2c - (b) 연속 경간 부재의 긴장재 배치]
[그림 3.1.2c - (c) 중간격벽과 외부 긴장재의 배치]

3.2 정착장치

포스트텐션 공법에서는 경화한 콘크리트에 PS 강재를 긴장하여 정착하여야 하므로 여러 가지 정착공법이 개발되었다.

[그림 3.2.0 정착이란?]

정착장치의 분류:

정착장치의 형태에 따라 다음과 같이 분류된다:

  1. 쐐기식 (Wedge type): PS 강선, PS 강연선용
  2. 지압식 (Bearing type, 나사식): PS 강선, PS 강봉용

3.2.1 쐐기식 (Wedge Type)

PS 강재와 정착장치 사이의 마찰력을 이용한 쐐기작용(wedge action)으로 정착하는 방식

특징:

주요 공법:

공법명 국가 특징
프레시네(Freyssinet) 프랑스 가장 오래되고 널리 사용
VSL 독일 다양한 용량의 시스템
CCL 영국 -
마그넬(Magnel) 벨기에 -
[그림 3.2.1a 쐐기 방식의 고정법]
[그림 3.2.1b - (a) 쐐기 및 쐐기 정착장치]
[그림 3.2.1b - (b) 포스트텐션 쐐기 정착장치]
[그림 3.2.1b - (c) 건축구조 슬래브용 포스트텐션 쐐기 정착장치]

3.2.2 지압식 (Bearing Type; 나사식)

정착장치와 긴장재 사이의 지압력으로 정착하는 방식

종류:

  1. 리벳머리식: PS 강선 끝을 리벳머리와 같이 가공하여 지압판으로 지지
  2. 너트식: PS 강봉 끝에 나사를 만들고 너트를 끼워서 지압판으로 지지

특징:

주요 공법:

공법명 방식 국가
BBRV 리벳식 스위스
Dywidag 너트식 독일
Lee-McCall 너트식 영국
[그림 3.2.2a 나사 방식의 고정법]
[그림 3.2.2b Dywidag사의 강봉과 너트 정착장치]

연습문제

문제 1: 2019년 공무원 9급 (토목설계)

포스트텐션 방식의 PSC 보를 시공하는 순서를 바르게 나열한 것은?

ㄱ. 거푸집 조립
ㄴ. 콘크리트 타설
ㄷ. 그라우팅 실시
ㄹ. 프리스트레스 도입
ㅁ. 쉬스관 설치

  1. ㄱ → ㄴ → ㄹ → ㅁ → ㄷ
  2. ㄱ → ㅁ → ㄴ → ㄹ → ㄷ
  3. ㅁ → ㄱ → ㄴ → ㄷ → ㄹ
  4. ㅁ → ㄷ → ㄱ → ㄹ → ㄴ

해설: 긴장재의 프리스트레스 도입 시기에 따라 1) 프리텐션 방식과 2) 포스트텐션 방식으로 구분한다.

포스트텐션 순서:
거푸집 조립(ㄱ) → 쉬스관 설치(ㅁ) → 콘크리트 타설(ㄴ) → 프리스트레스 도입(ㄹ) → 그라우팅 실시(ㄷ)

답: 2

문제 2

다음은 프리텐션 방식과 포스트텐션 방식의 장점을 열거한 것이다. 옳지 않은 것은?

  1. 프리텐션 방식은 보통 공장에서 제조되므로 제품의 품질에 대한 신뢰도가 높다.
  2. 프리텐션 방식은 PS 강재를 곡선으로 배치하기가 쉬워서 대형 부재 제작에도 적합하다.
  3. 프리텐션 방식은 같은 모양과 치수의 프리캐스트(precast) 부재를 대량으로 제조할 수 있다.
  4. 포스트텐션 방식은 프리캐스트 PSC 부재의 결합과 조립에 편리하게 이용된다.

해설: 포스트텐션은 조립과 긴장재의 곡선 배치를 통한 대형부재 제작이 용이하다.

답: 2

문제 3

PSC에서 롱라인 공법(long line system)에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 프리텐션 방식에 속한다.
  2. 여러 개의 부재를 동시에 제작할 수 있다.
  3. 일반적으로 프리캐스트 부재의 공장 제품에 사용되는 방법이다.
  4. 거푸집 비용이 너무 많이 들기 때문에 많이 사용되지 않는다.

해설: 이 방법은 거푸집 비용이 많이 들지만, 대량 생산을 위해 많이 사용되는 방법이다.

답: 4

← 목차로 돌아가기