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Prestressed Concrete 는 건축에서 가장 중요한 부분 중 하나이며 반드시 그것에 대해 적절한 지식을 가지고 있어야합니다. 우리가 자세히 이해해 보자.
철근 콘크리트 구조물은 사용 전에 구조물에 초기 하중을 가하기 때문에 기존의 철근 콘크리트 구조물과는 다르다. 초기 하중 또는 사전 응력은 구조가 사용 기간 동안 발생하는 응력을 상쇄 할 수 있도록하기 위해 적용됩니다. 구조의 프레 스트레스는 19 세기 후반에 도입되었습니다. prestressing의 개념은 콘크리트에 적용되기 전에 존재했습니다.
Prestress 콘크리트 개발 전의 Prestressing에 대한 두 가지 예가 제공됩니다
나무 통에 금속 밴드가 강제로 끼워집니다. 금속 밴드는 초기 후프 압축 상태를 유도하여 통에 액체가 채워짐으로써 발생하는 후프 장력에 대항합니다
자전거 바퀴에서 스포크를 미리 장력을 가함. 자전거 바퀴에서 스포크의 프리 텐션은 항상 스포크에 잔여 인장이있을 정도로 적용됩니다
콘크리트의 경우, 다음과 같은 이유로 내부 응력이 유발됩니다 (일반적으로 인장 된 강철로). 콘크리트의 인장 강도는 압축 강도의 약 8 % ~ 14 %에 불과합니다. 균열은 보 및 슬래브와 같은 굴곡 부재의 하중 초기에 발생하는 경향이 있습니다. 이러한 크랙을 방지하기 위해서, 압축력을 수직 방향으로 적절히 가할 수있다. Prestressing은 굴곡부의 굴곡, 전단 및 비틀림 수용력을 향상시킵니다. 파이프 및 액체 저장 탱크에서 후프 인장 응력은 원형 예압에 의해 효과적으로 상쇄 될 수 있습니다.
다음의 그림은 prestress의 적용을 설명합니다.
콘크리트를 만들기 전에 가벼운 강철 막대를 놓고 펴십시오.
그림 - 연강 봉에 의한 콘크리트 보의 프레 스트레스
가벼운 강철 막대가 펴지고 주위에 콘크리트가 부어집니다. 콘크리트가 경화 된 후,로드의 장력이 해제됩니다. 막대는 원래 길이를 다시 얻으려고 시도하지만 이것이 강철이 결합 된 주변 콘크리트로 인해 방지됩니다. 따라서, 콘크리트는 현재 사전 압축 상태에있다. 다음 스케치에서 보여지는 하중과 같은 인장 응력을 상쇄 할 수 있습니다.
그러나 초기 스트레스 시도는 완전히 성공적이지 않았습니다. prestressing의 효과는 시간이 경과함에 따라 감소하는 것으로 관찰되었다. 부재의 내하 중성은 제한적이었다. 지속적인 하중 하에서, 회원들은 실패한 것으로 판명되었습니다. 이는 다음과 같은 이유로 인한 것입니다. 콘크리트는 시간이 갈수록 줄어든다. 또한 지속적인 하중 하에서 콘크리트의 변형은 시간이 증가함에 따라 증가합니다. 이를 크리프 변형이라고합니다. 크리프 및 수축으로 인한 길이 감소는 임베디드 스틸에도 적용될 수있어 인장 변형률이 크게 감소합니다.
프레스 강재의 형태
전선 - 전 압선은 강으로 만든 단일 단위입니다.
스트랜드 - 2, 3 또는 7 개의 와이어가 감겨 서 응력이 가해지는 스트랜드를 형성합니다.
腱 (Tendon) - 스트랜드 또는 와이어 그룹이 상처를 입어 힘줄을 형성합니다.
케이블 - 힘줄 그룹이 긴장 케이블을 형성합니다.
바 - 힘줄은 하나의 강철 막대로 구성 될 수 있습니다. 막대의 직경은 와이어의 직경보다 훨씬 큽니다.
콘크리트 - 강철 인터페이스의 특성
Bonded tendon - prestressing tendon과 콘크리트 사이에 적절한 결합이있을 때이를 접착 된 tendon이라고합니다. Pre-tensioned 및 grouted post-tensioned tendons은 접착 된 힘줄입니다.
Unbonded tendon - prestressing tendon과 콘크리트 사이에 결합이없는 경우 unbonded tendon이라고합니다. post-tensioning 후에 그라우트가 적용되지 않을 때, tendon은 unbonded tendon입니다. Loading Stages prestressed 멤버 분석은로드의 단계별로 다를 수 있습니다.
적재 단계는 다음과 같습니다.
1) 초기 : 두 단계로 세분 할 수 있습니다.
a) 강 인장시
b) 프리스트레스를 콘크리트로 전달할 때.
2) 중급 (Intermediate) :이 것은 선하 중 부재의 운송 중 하중을 포함한다.
3) 결승전 : 두 단계로 나눌 수 있습니다.
a) 운행 중, 운전 중.
b) 궁극적으로, 극단적 인 사건들 동안에
Prestressing의 장점
콘크리트의 프리 스트레스는 프리 스트레스가없는 전통적인 철근 콘크리트 (RC)에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 완전 철근 콘크리트 부재는 일반적으로 수명 기간 동안 압축됩니다. 이것은 콘크리트의 몇 가지 결함을 수정합니다. 다음의 텍스트는 철근 콘크리트 부재의 RC 부재에 대한 장점을 광범위하게 설명합니다. 각 효과마다 혜택이 표시됩니다.
이 섹션은 서비스로드 중 uncracked 상태로 유지됩니다.
강 부식 감소 내구성 증가.
전체 섹션 활용
높은 관성 모멘트 (더 높은 강성)
변형이 적습니다 (향상된 서비스 가능성).
전단력 증가.
압력 용기, 액체 유지 구조물에 사용하기에 적합합니다. 동적 및 피로 하중 하에서 성능 (탄력성)을 향상 시켰습니다.
높은 스팬 - 깊이 비 (span-to-depth ratios) 프리스트레스 (prestressing)로 가능한 더 큰 스팬 (교량, 큰 기둥이없는 공간이있는 건물) 슬랩의 스팬 - 깊이 비의 일반적인 값은 다음과 같습니다.
비 프레스 스트랩 28 : 1 프리스트레스 슬래브 45 : 1 동일한 스팬의 경우 RC 부재에 비해 깊이가 적습니다.
체중 감량.
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보다 경제적 인 섹션.
프리 캐스트 제작에 적합
프리 캐스트 제작의 장점은 다음과 같습니다.
신속한 공사
향상된 품질 관리
반복적 인 구조에 적합한 유지 보수 감소 폼웍의 다양한 사용.
거푸집 공사 감소.
표준 도형의 가용성.
포스트 인장
Prestressing 시스템은 수년에 걸쳐 개발되었으며 여러 회사가 자사 제품에 특허를 취득했습니다. 시스템에 대한 자세한 정보는 회사가 발행 한 제품 카탈로그 및 브로셔에 있습니다. IS 1343 : 1980의 12 절의 prestressing에 대한 일반적인 지침이 있습니다.이 절에 제공된 정보는 기본적으로 시스템의 기본 개념에 중점을두고 소개됩니다. Prestressing 시스템과 장치는 두 가지 유형의 prestressing, pre-tensioning 및 post-tensioning에 대해 개별적으로 설명됩니다. 이 섹션에서는 포스트 인장에 대해 다룹니다. 프리 텐 셔닝 시스템 및 장치는 프리 텐션을 포함합니다. 포스트 인장 상태에서는 콘크리트가 경화 된 후에 인장력이 인장에 가해집니다. 포스트 - 인장의 단계는 다음에 설명됩니다.
포스트 인장의 단계
포스트 인장 시스템에서, 힘줄 (또는 스트랜드) 용 덕트는 콘크리트 주조 전에 보강재와 함께 배치됩니다. 힘줄은 콘크리트 주조 후 덕트에 배치됩니다. 덕트는 인장 작업 중 콘크리트와 힘줄 사이의 접촉을 방지합니다. 프리 텐 셔닝과는 달리 텐돈은 경화 된 콘크리트에 대해 작용하는 반응으로 당겨집니다. 덕트가 그라우트로 채워지면 보세 포스트 텐 셔닝이라고합니다. 그라우트는 깔끔한 시멘트 페이스트 또는 적절한 혼합물이 들어있는 모래 시멘트 모르타르 입니다.
결합되지 않은 포스트 인장력에서, 이름에서 알 수 있듯이 덕트는 그라우팅되지 않으며 힘줄은 최종 앵커리지에 의해서만 장력을받습니다. 다음 스케치는 그라우트 된 포스트 텐션 부재의 개략도를 보여줍니다. 덕트의 프로파일은지지 조건에 따라 다릅니다. 단순하게지지되는 부재의 경우, 덕트는 단부 사이에서 처지는 프로파일을 갖는다. 연속적인 부재의 경우, 덕트가 스팬 내에서 새그 (sag)가되어 서포트를 뒤집어 쓴다.
포스트 - 인장 작업의 다양한 단계는 다음과 같이 요약됩니다.
콘크리트 주조.
힘줄 배치.
앵커리지 블록과 잭 배치. 힘줄에 긴장감을 줌.
웨지 좌석.
힘줄 절단
철근 콘크리트 (RC) 는 콘크리트의 상대적으로 낮은 인장 강도 및 연성이보다 높은 인장 강도 또는 연성을 갖는 보강재의 포함에 의해 방해받는 복합 재료입니다. 보강재는 일반적으로 강철 보강 바 (보강 철근) 일 뿐이지 만 일반적으로 콘크리트 세트에 수동식으로 내장되어 있습니다. 보강 계획은 일반적으로 수용 할 수없는 균열 및 / 또는 구조적 결함을 유발할 수있는 콘크리트의 특정 영역에서 인장 응력에 저항하도록 설계됩니다. 현대 철근 콘크리트는 철근과 결합 된 강철, 고분자 또는 대체 복합 재료로 만들어진 다양한 보강재를 포함 할 수 있습니다. 철근 콘크리트는 또한 작업 하중 하에서 최종 구조물의 거동을 개선하기 위해 영구적으로 (응력 상태에서) 응력을받을 수 있습니다. 미국에서는 이것을하는 가장 일반적인 방법을 프리 텐 셔닝 (pre-tensioning) 및 포스트 텐션 (post-tensioning)이라고합니다.
강하고 연성이 있고 내구성이 강한 구조물의 경우 보강재에는 최소한 다음과 같은 특성이 있어야합니다.
높은 상대 강도.
인장 변형에 대한 높은 내성.
pH, 수분 및 이와 유사한 요인에 관계없이 콘크리트에 우수한 접착력.
열적 호환성. 변화하는 온도에 따라 허용 할 수없는 스트레스를 유발하지 않습니다.
부식이나 지속적인 스트레스에 관계없이 콘크리트 환경에서의 내구성.
시공에 사용
건설중인 Sagrada Família의 지붕의 보강근 (2009)
· 슬래브, 벽, 보, 기둥, 기초, 프레임 등 철근 콘크리트를 사용하여 여러 가지 유형의 구조물 및 구조물 구성 요소를 만들 수 있습니다.
철근 콘크리트는 프리 캐스트 (precast) 또는 현장 캐스트 (cast-in-place) 콘크리트로 분류 할 수 있습니다.
가장 효율적인 바닥 시스템을 설계하고 구현하는 것이 최적의 건물 구조를 만드는 데 중요합니다. 바닥 시스템의 설계가 약간 변경되면 자재 비용, 건설 일정, 궁극의 강도, 운영비, 점유 수준 및 건물 최종 용도에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.
보강하지 않으면 콘크리트 재료로 현대 구조물을 건설 할 수 없습니다.
주요 특징
세 가지 물리적 특성은 철근 콘크리트에 특별한 특성을 부여합니다.
콘크리트의 열 팽창 계수는 열팽창 또는 수축의 차이로 인한 큰 내부 응력을 제거하여 강재의 열팽창 계수와 유사합니다.
콘크리트 내의 시멘트 페이스트가 경화 될 때, 이는 강재의 표면 디테일에 부합하므로, 다른 재료간에 효율적으로 응력이 전달 될 수 있습니다. 일반적으로 강철 막대는 콘크리트와 강철 사이의 결합이나 응집력을 향상시키기 위해 거칠거나 주름진 형태로되어 있습니다.
경화 된 시멘트 페이스트에 함유 된 알칼리 예비 (KOH, NaOH) 및 포틀랜드 (수산화칼슘)에 의해 제공되는 알칼리성 화학 환경은 스틸 표면에 부동화 피막을 형성하여 부식에 대해 훨씬 더 강한 내성을 갖게합니다 중성 또는 산성 조건에 처한다. 시멘트 페이스트가 공기에 노출되고 유성수가 대기 중 이산화탄소와 반응 할 때, 경화 된 시멘트 페이스트의 포틀랜드와 규산 칼슘 수화물 (CSH)은 점차적으로 탄화되고 고 pH는 13.5-12.5에서 점진적으로 8.5로 감소하고, pH 방해석 (칼슘 카보네이트)과 평형을 이룬 물은 더 이상 부동화되지 않습니다.
엄지의 법칙에 따르면, 철강은 ~ 11 이상의 pH에서 보호되지만 강철 특성 및 콘크리트가 탄산 될 때의 국부적 인 물리 화학적 조건에 따라 ~ 10 이하로 부식되기 시작합니다. 콘크리트의 보강 바가 파손 된 가장 큰 이유는 클로라이드 진입과 함께 콘크리트의 카보네이션 때문입니다.
일반적인 철근 콘크리트에 필요한 강철의 상대 단면적은 일반적으로 매우 작으며 대부분의 보 및 슬래브의 경우 1 %에서 일부 기둥의 경우 6 %까지 다양합니다. 보강 바는 일반적으로 단면이 둥글며 지름이 다양합니다. 철근 콘크리트 구조물에는 습기 및 습기를 조절하기 위해 환기 된 중공 코어와 같은 조항이있는 경우가 있습니다.
수직 철근 콘크리트 요소의 단면을 따라 콘크리트 (보강에도 불구하고)의 강도 분포가 불균일하다.
보의 강화 및 전문 용어
강화 차와 배선, 정션 박스 및 그 아래에있는 차 고지 레벨 용 천장 조명을 설치하는 데 필요한 기타 전기 부품을 모두 포함하는 주차 차고 슬래브에 필수적인 두 개의 교차 빔.
보가 굽힘 모멘트 하에서 굴절되어 곡률이 작아집니다. 곡률의 바깥면 (인장면)에서 콘크리트는 인장 응력을 받지만 내면 (압축면)에서는 압축 응력을 겪습니다.
단독으로 보강 된 빔은 콘크리트 요소가 인장면 근처에서만 보강되고 인장 강이라고하는 보강재가 인장력에 저항하도록 설계된 보입니다.
이중 보강 된 빔은 인장 보강 외에도 콘크리트 요소를 압축하기 위해 압축면 근처에서 보강됩니다. 후자의 보강재를 압축 강이라고합니다. 콘크리트의 압축 영역이 압축 모멘트 (양의 순간)에 저항하기에 부적합 할 때, 건축가가 단면의 치수를 제한하면 추가 보강이 제공되어야합니다.
보강되지 않은 보 (under-reinforced beam)는 인장 강도의 인장 강도가 콘크리트와 압축 강철 (인장면에서 보강이 부족한 보강재)의 압축 용량보다 작습니다. 철근 콘크리트 요소가 증가하는 굽힘 모멘트에 영향을 받으면 콘크리트가 최종 파괴 조건에 도달하지 않는 동안 인장 강이 생성됩니다. 인장 강이 늘어나고 늘어남에 따라 "under-reinforced"콘크리트도 연성 방식으로 생성되어 최종 파괴 이전에 큰 변형과 경고를 나타냅니다. 이 경우 강철의 항복 응력이 설계를 제어합니다.
과도하게 보강 된 빔은 인장 강재의 인장력이 콘크리트와 압축 강철 (인장면에서 과도하게 보강 된)의 복합 압축력보다 큽니다. 따라서 "과도하게 강화 된 콘크리트"보는 압축 영역 콘크리트를 파쇄하고 장력 영역 강철이 생산되기 전에 고장을 일으키지 않습니다. 즉, 파손이 즉각적으로 발생하기 전에 어떠한 경고도 제공하지 않습니다.
균형 잡힌 보강 된 빔은 압축 및 인장 지역이 빔에 가해지는 동일한 하중에서 항복하고 콘크리트가 부수고 인장 강이 동시에 생성되는 보입니다. 그러나이 디자인 기준은 과도한 철근 콘크리트와 마찬가지로 위험합니다. 콘크리트가 인장 강철 수율과 동시에 파괴되어 파손이 갑자기 발생하기 때문에 응력 파손의 조짐에 대한 경고가 거의 없습니다.
철근 콘크리트 모멘트 운반 요소는 일반적으로 구조물의 사용자가 임박한 붕괴에 대한 경고를받을 수 있도록 과소하게 보강되도록 설계되어야합니다.
특성 강도는 표본의 5 % 미만이 강도가 낮은 재료의 강도입니다.
설계 강도 또는 공칭 강도는 재료 안전 계수를 포함하여 재료의 강도입니다. 안전 계수의 값은 일반적으로 허용 응력 설계에서 0.75에서 0.85 범위입니다.
최종 한계 상태는 특정 확률로 이론적 인 실패 지점입니다. 이것은 인자 화 된 부하와 인자 화 된 저항으로 표현됩니다.
