📝 예상문제 & 모범답안
용어예상프리텐션 방식(Pre-tension)에 대하여 설명하시오. (10점)
1. 정의
PC강선을 인장장치로 미리 긴장한 상태에서 그 주위에 콘크리트를 타설하고, 콘크리트가 소요강도에 도달한 후 긴장력을 서서히 해제하여 강재-콘크리트 부착력만으로 프리스트레스를 도입하는 방식이다.
2. 종류·특징
① 주로 공장제작 PC부재(거더·슬래브·파일 등)에 적용되며, 강선 긴장대(long-line bed)를 이용해 여러 부재를 동시 생산할 수 있어 대량생산·품질균일화에 유리하다. ② 정착구가 불필요하여 단부 처리가 간단하다.
3. 유의사항
콘크리트 압축강도가 설계기준(전달강도) 이상 확보된 것을 확인한 후 긴장력을 서서히 해제해야 하며, 급격한 해제는 부착파괴·단부균열을 유발하므로 반드시 순차적으로 절단(release)한다.
용어예상포스트텐션 방식(Post-tension)에 대하여 설명하시오. (10점)
1. 정의
콘크리트 타설 시 강연선이 통과할 쉬스관(Sheath)을 미리 매입해 두고, 콘크리트 경화 후 그 안에 PC강연선을 삽입·긴장하여 정착구(Anchorage)로 기계적으로 고정하는 방식이다.
2. 종류·특징
① 주로 현장시공(교량거더·장경간 슬래브 등)에 적용되며, 부재 형상에 맞춰 강연선을 곡선 배치할 수 있어 설계 자유도가 높다. ② 긴장 완료 후 쉬스관 내부를 그라우팅하여 부착력 확보 및 강재 방청을 겸한다.
3. 유의사항
쉬스관의 배치 곡률이 클수록 마찰손실이 커지므로 곡률을 완만하게 계획하고, 정착구 배면은 지압응력이 집중되므로 보강철근(스파이럴·격자철근)을 배치해야 한다.
용어예상프리스트레스 손실(Loss of Prestress)에 대하여 설명하시오. (10점)
1. 정의
긴장재에 도입된 초기 긴장력(P0)이 시공 직후 및 시간경과에 따라 점차 감소하는 현상으로, 실제 구조성능은 손실을 제외한 유효프리스트레스(Pe)로 평가된다.
2. 종류
① 즉시손실(긴장 도입 시 순간 발생): 마찰손실·활동(슬립)손실·탄성수축손실 ② 시간손실(장기간 진행): 콘크리트 크리프·건조수축, PC강재 릴랙세이션.
3. 유의사항
설계단계에서 손실률(통상 15~25% 내외)을 과소평가하면 사용 중 유효프리스트레스 부족으로 처짐·균열이 발생하므로, 손실원인별로 정량 산정하여 초기 긴장력에 반영해야 한다.
용어예상그라우팅(Grouting, 포스트텐션)에 대하여 설명하시오. (10점)
1. 정의
포스트텐션 긴장 완료 후 쉬스관 내부의 빈 공간에 무수축 그라우트재를 주입하여 PC강연선과 콘크리트를 부착시키고 강재를 보호하는 마무리 공정이다.
2. 역할·특징
① 부착력 확보로 긴장재와 콘크리트가 일체 거동하도록 함 ② 강재 부식방지 — 그라우팅 불량(보이드) 시 수분·염분 침투로 강연선 부식·파단 위험이 커진다.
3. 유의사항
긴장 완료 후 가급적 조기에 그라우팅을 실시하고, 주입 전 쉬스관 내부를 청소하며, 주입압·주입량 관리로 보이드를 방지하고 배출구에서 원액 유출을 확인한 후 마감한다.
서술형예상PSC 시공에서 프리스트레스 손실의 원인과 대책에 대하여 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요
PSC는 인장측에 미리 압축력을 도입해 사용하중 하의 인장응력을 상쇄시키는 공법으로, 도입된 긴장력이 시공 중·후에 얼마나 유효하게 유지되느냐가 설계성능 발현의 핵심이다. 손실 산정을 소홀히 하면 구조물의 처짐·균열 등 사용성 문제로 직결되므로, 원인별 손실기구를 정확히 이해하고 시공단계에서 관리하는 것이 중요하다.
Ⅱ. 유효프리스트레스의 구조와 손실 분류체계
긴장재에 도입된 초기 긴장력 P0는 Pe = P0 − ΔP(즉시손실) − ΔP(시간손실)의 관계로 시간경과에 따라 감소하며, 즉시손실은 긴장 및 정착 과정에서 순간적으로 발생하고 시간손실은 재령이 진행되며 서서히 누적되는 특성을 가진다. 설계 시에는 전체 손실률(통상 15~25% 내외)을 예측해 초기긴장력을 결정한다.
Ⅲ. 손실원인 (두문자: 즉시손실 마·활·탄 / 시간손실 크·건·릴)
① 마찰손실 : 쉬스관의 곡률마찰 및 표면의 파상(요철)마찰에 의해 긴장단에서 멀어질수록 긴장력이 지수적으로 감소, 포스트텐션에서 특히 크게 나타난다.
② 활동(슬립)손실 : 긴장 완료 후 잭을 제거하고 정착장치에 하중을 넘기는 순간, 강재가 정착구 내에서 미세하게 밀려들어가며 발생.
③ 탄성수축손실 : 긴장력이 콘크리트에 도입되는 순간 콘크리트가 탄성적으로 압축변형되며 강재의 긴장력도 함께 감소(다단계 긴장 시 후속 긴장이 선행 긴장재에 추가 손실 유발).
④ 크리프손실 : 지속압축응력 하에서 콘크리트가 장기적으로 소성변형을 일으키며 긴장력이 서서히 감소.
⑤ 건조수축손실 : 콘크리트의 자유수 증발에 따른 체적감소가 긴장재의 길이 감소로 이어져 긴장력 저하.
⑥ 릴랙세이션손실 : PC강재 자체가 일정 변형률로 구속된 상태에서 시간경과에 따라 응력이 이완되는 현상.
Ⅳ. 대책
① 마찰손실 저감 : 쉬스관 배치 곡률을 완만히 하고 저마찰 쉬스관·활재(윤활재)를 사용, 양단긴장을 적용해 마찰 영향 구간을 절반으로 단축한다.
② 활동손실 저감 : 정착장치는 검증된 규격품을 사용하고 시공관리를 철저히 하여 슬립량을 최소화한다.
③ 탄성수축손실 저감 : 긴장 순서를 다단계로 조정(부재 대칭·순차 긴장)하여 손실이 특정 강재에 편중되지 않도록 관리한다.
④ 크리프·건조수축 저감 : 조기재령에서의 긴장(재하)을 지양하고, 물-시멘트비 저감·충분한 양생으로 장기변형을 억제한다.
⑤ 릴랙세이션 저감 : 저릴랙세이션(Low-relaxation) PC강재를 사용하여 시간손실을 근본적으로 줄인다.
유효프리스트레스 Pe = P0 − ΔP(즉시손실) − ΔP(시간손실)이며, 마찰손실은 쉬스관 곡률각·마찰계수에 따라 지수함수적으로 증가하므로 곡률 관리가 대책의 핵심이 된다. 설계단계에서 전체 손실률(통상 15~25% 내외)을 반영해 초기긴장력을 결정한다.
장경간 PSC교량에서 마찰손실을 과소 산정하여 긴장단 대비 원거리부의 유효프리스트레스가 부족해지고, 사용 중 처짐·균열이 발생한 사례가 있다. 양단긴장 미적용, 곡률 과다 배치가 복합 원인으로 지적되었다.
Ⅴ. 맺음말
프리스트레스 손실은 설계단계의 정확한 예측과 시공단계의 긴장관리(신장량 이중확인, 저릴랙세이션 강재 사용)가 병행되어야 하며, 준공 후에도 장기 처짐 계측을 통해 유효프리스트레스가 설계값 대로 유지되는지 지속적으로 확인해야 한다.
서술형예상포스트텐션 방식의 긴장관리 및 그라우팅 시공관리방안에 대하여 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요
포스트텐션은 긴장·정착·그라우팅이 모두 현장에서 이루어지므로, 어느 한 단계라도 관리가 소홀하면 프리스트레스 부족 또는 강재부식이라는 치명적 하자로 이어진다. 특히 긴장력과 그라우팅 충전상태는 완료 후 육안으로 확인이 어려워 시공 중 실시간 관리와 기록이 무엇보다 중요하다.
Ⅱ. 긴장장치와 신장량 관리의 구조/원리
긴장력은 유압잭의 압력계(하중계) 지시값과, 강재의 이론 신장량 ΔL = P·L / (A·E)(긴장력·강재길이·단면적·탄성계수)로 산정한 계산값을 상호 대조하는 이중확인 방식으로 관리한다. 실측 신장량이 이론값과 어긋나면 마찰 이상·강재 손상 등을 의심해야 한다.
Ⅲ. 긴장관리 절차 및 유의사항
① 긴장순서 : 설계도서에 규정된 긴장순서(대칭긴장·양단긴장 등)를 준수하여 부재에 편심응력이 발생하지 않도록 한다.
② 긴장력 이중확인 : 압력계 지시값과 실측 신장량을 동시에 기록하고 상호 검증한다.
③ 오차관리 : 신장량 오차는 통상 ±5% 이내로 관리하며, 초과 시 즉시 작업을 중단하고 마찰과다·강재이상 여부를 조사한 후 재긴장 여부를 판단한다.
④ 정착구 관리 : 정착 직후 강재의 활동(슬립)량을 확인하고 정착구 주변 콘크리트의 손상 여부를 점검한다.
Ⅳ. 그라우팅 관리
① 목적 : 강재 부식방지 및 콘크리트와의 부착력 확보라는 두 가지 목적을 동시에 달성해야 한다.
② 사전준비 : 긴장완료 후 조기에 그라우팅을 실시하고, 쉬스관 내부를 사전에 청소하여 이물질·잔류수를 제거한다.
③ 주입관리 : 주입압·주입량을 관리하여 보이드(공극) 발생을 방지하고, 배출구에서 원액이 나오는 것을 확인한 후 마감한다.
④ 재료관리 : 무수축 그라우트재를 사용하고 물-시멘트비를 규정 범위로 관리하여 충전성과 강도를 동시에 확보한다.
신장량 이론값 ΔL = P·L / (A·E)와 실측값의 오차율(±5% 이내 관리)은 긴장력이 설계대로 도입되었는지를 판정하는 유일한 정량적 지표이므로, 압력계만으로 관리하는 것은 부적절하며 반드시 신장량과 병행 확인해야 한다.
그라우팅 미충전(보이드)으로 강재 부식이 서서히 진행되어 준공 수년 후 PC강연선 파단이 발견된 사례가 있다 — 조기 그라우팅 원칙 미준수와 주입량 관리 소홀이 근본 원인으로 지적되었다.
Ⅴ. 맺음말
포스트텐션은 긴장과 그라우팅 모두 사후 확인이 어려운 공정이므로, 시공 중 압력계·신장량 이중확인과 그라우팅 주입 기록관리를 철저히 하여 하자를 사전에 예방하고, 필요 시 향후 점검을 위한 시공기록을 영구 보관해야 한다.