일반기술

신개념 프리스트레싱 공법 및 그를 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보의 제작기술

구조부재의 압축력과 인장력을 모두 간단한 방법으로 조절할 수 있는 신개념 프리스트레싱 공법에 대해 명세서의 요약문을 통해 아래에 설명한다. (자세한 내용은 kipris검색으로 명세서를 참고하세요. 특허번호10-2004-0000210)본 발명은 건축물이나 교량에 사용되는 보나 거더와 같이 휨에 저항하는 구조부재에 포스트텐셔닝(Post-Tensioning) 방식으로 프리스트레스를 도입하는 방법에 관한 것이다. 기존의 기술은 구조물에 미리 비부착상태로 매설된 고강도 인장재를 유압잭으로 긴장하고 구조물에 설치된 정착구에 정착하여 구조물에 압축력을 도입함으로써 휨에 의해 발생하는 인장응력을 상쇄하도록 하고 있다. 압축력과 편심을 이용한 이러한 프리스트레싱 방법은 편심의 제약으로 하중에 의해 받게 될 휨에 저항하도록 반대방향의 휨을 미리 가하는데 한계가 있으며, 인장을 받게 될 부분에 미리 압축응력을 가하는 데는 효과적이나 압축을 받을 부분에 미리 충분한 인장응력을 도입하는 데는 어려움이 있다.본 발명의 목적은 기존의 포스트텐셔닝 방식을 사용하면서도, 구조물에 압축력을 가하지 않고 휨만을 가함으로써 휨에 저항하는 구조부재에 최적의 프리스트레스를 도입하고 , 구조부재의 단면중심과 인장재의 거리가 아닌 압축재와 인장재 사이의 거리가 편심이 되는 원리를 이용하여 작은 긴장력으로 큰 모멘트를 가하는데 있다.본 발명은 쉬스관을 통해 비부착상태로 휨을 받는 구조부재의 인장측을 지나는 고강도 인장재와 압축측을 지나는 고강도 압축재, 그리고 구조부재의 단부에서 인장재와 압축재를 연결하는 연결정착구를 통하여 이루어지며, 긴장장치로써 연결정착구에 지지하여 인장재를 긴장하고 정착함으로써 구조부재가 아닌 고강도 압축재가 긴장력의 반력인 압축력을 받도록 함으로써 이루어진다.이러한 방법을 단독으로 사용하거나 기존의 인장재만을 사용하는 프리스트레싱 방법과 병용하면 휨을 받는 구조부재의 위험단면에서 인장측의 압축프리스트레스와 압축측의 인장프리스트레스를 원하는 대로 용이하게 도입할 수 있다.본 기술이 콘크리트보에 적용되는 예를 들어 대표적인 특징을 요약하면 아래와 같다.1. 한번의 긴장장업으로 콘크리트보의 상연의 압축과 하연의 인장력을 조절할 수 있다.2. 콘크리트에 정착하지 않으므로 정착부 보강설계가 필요없다.3. 작은 긴장력으로 큰 모멘트를 가할 수 있다.4. 보에 압축력을 가하지 않으므로 고정하중에 대해 완전 무응력상태를 만들 수 있다.본 공법은 휨에 저항하는 각종 프리스트레스트 콘크리트 구조물에 적용가능하나 당장 가장 쉽게 적용가능한 콘크리트 교량 상부구조에 국한해서 볼 때도 연간 수천억원의 수요가 있으며, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 수요만도 연간 천억원이 넘는다. 또한 해외 건설선진국에 비해 국내의 강박스 거더 교량의 건설비율이 너무 크다는 인식과 함께 강재 비용의 상승으로 인해 콘크리트 거더교의 수요는 더욱 증가할 것으로 예상된다.최근에는 과거 미국 AASHTO에서 제시한 기준에 근거해 많이 사용되던 I형 PSC거더에서 탈피해 보다 효율적인 프리스트레스트 콘크리트 거더에 대한 개발이 이루어지고 있으며, 상업화에도 성공하고 있다. 이런 현실에서 본 기술에 의해 경제성, 기능성 면에서 혁신적으로 향상되는 콘크리트 거더를 사업화한다면 사업성이 있을 뿐 아니라 시장의 확대를 가져올 수 있을 것이다.뿐만 아니라 구체적 프리스트레싱 방법에 있어서는 본 공법에 비해 복잡하고 비경제적이지만 기술적 원리를 같이하는 공법이 일본에서 이미 개발되어 상용화되어 있기 때문에(특허출원명세서 참조) 상업화가 쉬울 뿐 아니라 기술의 수출도 가능할 것으로 예상된다. 본 기술은 휨을 받는 모든 구조물에 적용가능하지만,특히 Precast Prestressed Concrete Beam에 쉽게 적용할 수 있으며 기존 공법과 경제성, 기능성의 비교가 용이하다.압축영역과 인장영역의 응력을 모두 조절할 우 있는 본 기술을 이용하면 보의 단면의 상부면적이 작아지고 하부면적이 커지며, 같은 단면적으로 최장경간/최저형고의 PSC보를 제작할 수 있다. 기존 유사한 I형 거더와 같은 단면으로 40m 단순경간 1등급 교량에 필요한 거더가 형고 1.8m이며, 슬래브 시공후에 재긴장 하면 형고 1.4m이다. 또한 중공 슬래브교인 경우 1m 미만의 슬래브 높이가 가능하다(현재 일본에서 시공중).