철근콘크리트구조(RC)는 경제성이 뛰어나 가장 널리 사용되고 있지만, 인장응력에 취약하고 콘크리트의 자중이 커서 처짐 제어가 어렵다는 단점이 있다. 프리스트레스트콘크리트구조는 이를 극복할 수 있는 가장 효율적인 방법으로 이미 오래전부터 알려져 있지만 국내에서는 건축 현장 여건 때문에 적용사례가 매우 드물다. 특히, 대부분 부정정 구조물인 건축물에 적합하면서 일체성을 확보할 수 있는 포스트텐션(PT) 공법은 국내에서는 최근에서야 비로소 몇몇 건축 현장에 도입하기 시작하였다. 그러나 전구간 포스트텐션 공법을 적용하는 것에는 현장여건상 여전히 많은 엔지니어들이 부담을 가지고 있는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 RC구조의 처짐억제 효율성을 높이면서도 현장 실무자들에게 부담을 최소화 할 수 있는 현실적 대안으로 부분 구간에만 PT공법을 적용시키는 방법을 제안하고 거동 특성을 분석하였다. 본 연구에서는 부분 구간PT공법의 적용성을 높이기 위하여 상향긴장방식을 적용하였으며, 실제 현장적용을 통하여 얻은 계측값과 해석결과의 비교를 통하여 거동 특성을 분석하였다.
철근콘크리트구조(RC)는 경제성이 뛰어나 가장 널리 사용되고 있지만, 인장응력에 취약하고 콘크리트의 자중이 커서 처짐 제어가 어렵다는 단점이 있다. 프리스트레스트콘크리트구조는 이를 극복할 수 있는 가장 효율적인 방법으로 이미 오래전부터 알려져 있지만 국내에서는 건축 현장 여건 때문에 적용사례가 매우 드물다. 특히, 대부분 부정정 구조물인 건축물에 적합하면서 일체성을 확보할 수 있는 포스트텐션(PT) 공법은 국내에서는 최근에서야 비로소 몇몇 건축 현장에 도입하기 시작하였다. 그러나 전구간 포스트텐션 공법을 적용하는 것에는 현장여건상 여전히 많은 엔지니어들이 부담을 가지고 있는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 RC구조의 처짐억제 효율성을 높이면서도 현장 실무자들에게 부담을 최소화 할 수 있는 현실적 대안으로 부분 구간에만 PT공법을 적용시키는 방법을 제안하고 거동 특성을 분석하였다. 본 연구에서는 부분 구간PT공법의 적용성을 높이기 위하여 상향긴장방식을 적용하였으며, 실제 현장적용을 통하여 얻은 계측값과 해석결과의 비교를 통하여 거동 특성을 분석하였다.
Reinforced concrete (RC) structures have been most widely used because of the economic efficiency. However, it is very weak to tensile stresses and difficult to control deflection due to the heavy self-weight of concrete. Although it is generally known that prestressed concrete structures can be the...
Reinforced concrete (RC) structures have been most widely used because of the economic efficiency. However, it is very weak to tensile stresses and difficult to control deflection due to the heavy self-weight of concrete. Although it is generally known that prestressed concrete structures can be the most effective to overcome the demerit of RC structures, its application is very seldom in domestic construction for the difficult onsite circumstances. The post-tension method, which is well fit for buildings that are mostly indeterminate structures and beneficial for monolithic construction, has been introduced to just a few building construction. The application of full PT method into entire spans makes construction engineers feel very difficult due to the lack of current condition in construction fields. Therefore, this study proposed the partially applied PT method as an alternative, which can improve the deflection control of RC structures and reduce the construction difficulty by applying the PT method in a part of span length as needed, and analyzed its characteristics of structural behavior. In this study, the top anchorage was applied to improve the applicability of partial PT method, and the analysis results of slab behavior were compared to the measured values obtained from the post-tensioned slab constructed by the partial PT method.
Reinforced concrete (RC) structures have been most widely used because of the economic efficiency. However, it is very weak to tensile stresses and difficult to control deflection due to the heavy self-weight of concrete. Although it is generally known that prestressed concrete structures can be the most effective to overcome the demerit of RC structures, its application is very seldom in domestic construction for the difficult onsite circumstances. The post-tension method, which is well fit for buildings that are mostly indeterminate structures and beneficial for monolithic construction, has been introduced to just a few building construction. The application of full PT method into entire spans makes construction engineers feel very difficult due to the lack of current condition in construction fields. Therefore, this study proposed the partially applied PT method as an alternative, which can improve the deflection control of RC structures and reduce the construction difficulty by applying the PT method in a part of span length as needed, and analyzed its characteristics of structural behavior. In this study, the top anchorage was applied to improve the applicability of partial PT method, and the analysis results of slab behavior were compared to the measured values obtained from the post-tensioned slab constructed by the partial PT method.
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문제 정의
또한, PT공법을 필요한 구간, 즉, 슬래브의 일부 구간에만 도입하여 긴장력의 도입이 비효율적인 구간에서는 이를 선택적으로 배제할 수 있으며, 국내에서 PT공법을 도입함에 따른 현실적인 제약조건에 의한 부작용을 최소화 할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 부분PT공법의 적용성을 검토하고 긴장작업을 개선하기위하여 정착구가 상부에 있는 경우 즉, 상향긴장방식의 적용성 검토 및 정착거동의 분석을 목적으로 하였다.
전구간 포스트텐션(PT)구조의 적용이 부담스러운 국내의 현실을 감안하여 본 연구에서는 큰 처짐이 예상되는 경간에 상향긴장식 부분PT를 적용하여 그 적용성을 분석하였다. PT의 상향력에 의한 처짐 제어가 비교적 효율적으로 나타났으며, 현장 공정상 큰 무리없이 적용이 가능하여 현장적용성이 우수함을 확인할 수 있었다.
제안 방법
앞서 언급된 PT공법 중 긴장 정착구를 상부에 위치시키고, 일정구간에만 PT공법을 적용하는 상향긴장식 부분PT구조를 그림 2(a)에 보이는 바와 같이 국내의 M프로젝트 현장에 실제로 적용하였다. 긴장방식 및 PT적용 구간의 영향을 살펴보기 위하여 지상 7층 슬래브에는 일반적인 측면 정착구를 사용하여 단부에서 긴장하였으며, 지상 8층 슬래브에는 그림 2(b)에 나타낸 바와 같이 본 연구에서 제안한 상향 긴장정착구를 사용하여 슬래브 내부에서 긴장작업을 수행하였다. M프로젝트의 7층 및 8층의 평면도와 긴장재 배치형상은 그림 3(a)에 나타낸 바와 같으며, 이에 대한 해석모델의 일반사항은 그림 3(c)에 서술하였다.
긴장력 도입에 따른 응력을 알아보기 위하여 변형율 게이지를 슬래브 내에 매립하였으며, 게이지의 위치는 그림 4에 나타낸 바와 같다. 게이지는 정착구 전면과 후면의 국부 변형율 및 내부 경간의 중앙부와 부모멘트 지역의 변형율을 측정하였다. 그림 5에는 7층 및 8층 슬래브에 긴장력을 도입한 직후에 각 게이지 위치에서 계측된 변형률을 응력으로 환산한 값을 해석값과 비교하여 나타내었다.
반면에, 슬래브 상부면에 포켓폼을 형성하여 긴장작업을 수행할 수 있는 상향긴장방식은 콘크리트를 재 타설할 필요가 없으므로 시공성이 우수하다. 다만, 상향긴장방식을 적용하는 경우에는 긴장 정착구 뒷면에 발생할 수 있는 인장응력을 제어할 수 있는 부착철근을 배근하여야 하며, 본 연구에서는 이를 슬래브의 배근 설계에 반영하였다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 기존의 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC)공법을 대체하는 공법으로서가 아니라 기존의 RC공법을 보완하는 방법으로 부분PT공법(partial post-tension)의 도입을 검토하게 되었다. 즉, RC구조에 PT구조를 추가하여 처짐을 제어하거나, PT를 부분적으로만 도입하여 전면적으로 도입하는데 따른 부담을 최소화 하는 방법이다.
성능/효과
전구간 포스트텐션(PT)구조의 적용이 부담스러운 국내의 현실을 감안하여 본 연구에서는 큰 처짐이 예상되는 경간에 상향긴장식 부분PT를 적용하여 그 적용성을 분석하였다. PT의 상향력에 의한 처짐 제어가 비교적 효율적으로 나타났으며, 현장 공정상 큰 무리없이 적용이 가능하여 현장적용성이 우수함을 확인할 수 있었다. 상향긴장방식은 정착구 전후면에 국부적인 응력을 발생시키지만 이는 추가적인 철근의 배치를 통하여 제어가 가능하다는 것을 확인할 수 있었으며, 현장적용과 현장계측을 통하여 해석값과 거의 일치하는 결과를 얻을 수 있어서 부분PT구조의 거동이 비교적 안정적으로 설계에 반영될 수 있음을 확인하였다.
2 MPa 정도의 분포를 보여 7층의 경우보다 약간 작은 값으로 측정되었다. 또한, 7층과 8층 슬래브에서 계측된 결과와 해석값을 비교해 보면, 긴장력 도입후 응력이 실제 계측값과 매우 근접하게 예측되었다는 것을 알 수 있다.
이는 정착구의 위치가 강성이 큰 보의 바로 앞에 위치하고 있기 때문으로 판단된다. 반면 정착구 앞쪽의 압축응력은 평균 1.2 MPa 정도의 분포를 보여 7층의 경우보다 약간 작은 값으로 측정되었다. 또한, 7층과 8층 슬래브에서 계측된 결과와 해석값을 비교해 보면, 긴장력 도입후 응력이 실제 계측값과 매우 근접하게 예측되었다는 것을 알 수 있다.
PT의 상향력에 의한 처짐 제어가 비교적 효율적으로 나타났으며, 현장 공정상 큰 무리없이 적용이 가능하여 현장적용성이 우수함을 확인할 수 있었다. 상향긴장방식은 정착구 전후면에 국부적인 응력을 발생시키지만 이는 추가적인 철근의 배치를 통하여 제어가 가능하다는 것을 확인할 수 있었으며, 현장적용과 현장계측을 통하여 해석값과 거의 일치하는 결과를 얻을 수 있어서 부분PT구조의 거동이 비교적 안정적으로 설계에 반영될 수 있음을 확인하였다. 다만, 실제 계측에 의하여 사용하중에 의한 부분PT구조의 거동을 면밀히 분석하고자 하는 경우에는 온도, 건조수축 및 크리프의 영향을 고려하여 계측할 수 있는 적절한 방법이 필요할 것으로 판단된다.
5 MPa 보다 약간 더 높게 나타났다. 스팬 중앙에서 측정된 응력들은 대략 0.2 MPa 정도의 평균인장응력을 나타냈으며, 부모멘트 지점에서 측정된 압축응력은 정착구 앞쪽의 압축응력보다 약간 낮은 정도의 응력분포를 보였다. 그림 5(b)에 나타낸 8층 슬래브의 경우에도 7층 슬래브의 경우와 마찬가지로 긴장력 도입후 정착구 지압판 뒤쪽의 인장응력과 앞쪽의 압축응력이 가장 큰 값을 보였으며, 정착구 지압판 뒤쪽의 인장응력이 대략 평균적으로 0.
그림 5(a)에서 보이는 바와 같이 긴장력 도입 직후 7층 슬래브에서는 정착구 지압판 뒤쪽의 인장응력과 앞쪽의 압축응력이 가장 큰 값을 보이고 있음을 알 수 있다. 정착구 지압판 뒤쪽의 인장응력은 0.3~0.5 MPa 정도의 분포를 보여 휨 균열강도인 2.95 MPa 보다 작게 나타났으며, 지압판 앞쪽의 압축응력은 1.7~2.0 MPa 정도의 분포를 보여 평균압축응력인 1.5 MPa 보다 약간 더 높게 나타났다. 스팬 중앙에서 측정된 응력들은 대략 0.
후속연구
상향긴장방식은 정착구 전후면에 국부적인 응력을 발생시키지만 이는 추가적인 철근의 배치를 통하여 제어가 가능하다는 것을 확인할 수 있었으며, 현장적용과 현장계측을 통하여 해석값과 거의 일치하는 결과를 얻을 수 있어서 부분PT구조의 거동이 비교적 안정적으로 설계에 반영될 수 있음을 확인하였다. 다만, 실제 계측에 의하여 사용하중에 의한 부분PT구조의 거동을 면밀히 분석하고자 하는 경우에는 온도, 건조수축 및 크리프의 영향을 고려하여 계측할 수 있는 적절한 방법이 필요할 것으로 판단된다.
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