토목기사 프리스트레스 도입과 손실 — 즉시 손실과 시간적 손실

도입 단계에서 힘이 어떻게 흐르는지부터 잡는다. 긴장재에 인장력을 주어 정착장치로 콘크리트에 압축을 전달하는데, 이 과정에서 정착장치가 활동하며 긴장재가 미끄러지고, 포스트텐션에서는 덕트 마찰이 생기며, 콘크리트가 압축되면서 긴장재도 함께 줄어드는 탄성수축이 일어난다. 이 셋은 도입 과정이나 직후에 생기므로 즉시 손실이다.

탄성수축 손실은 곱셈 하나로 구한다. 콘크리트의 압축응력 fc에 탄성계수비 n을 곱하면 긴장재의 응력 감소량이 된다(Δfp = n·fc). 프리텐션 부재에서 fc = 7MPa, n = 6이면 42MPa가 감소한다. n을 나누거나 압축응력과 무관한 값을 넣은 선지가 오답이다. 편심이 있는 부재에서는 긴장재 위치의 콘크리트 응력 σcp를 먼저 구해 같은 방식으로 곱한다.

시간적 손실은 도입 후에 생긴다. 지속적인 압축을 받는 콘크리트의 크리프, 건조에 따른 건조수축, 긴장재가 일정 변형률에서 응력이 줄어드는 릴랙세이션이 그 원인이다. 정착장치의 활동을 시간적 손실로 적거나, 크리프·건조수축을 즉시 손실로 뒤집은 선지가 오답이다.

건조수축 손실은 변형률과 강재 탄성계수의 곱이다. 콘크리트의 건조수축변형률 εcs에 PS강재의 탄성계수 Ep를 곱하면 긴장재의 인장응력 감소량이 된다(Δσ = εcs·Ep). εcs = 1.8×10⁻⁴, Ep = 2.0×10⁵MPa이면 36MPa가 감소한다. 콘크리트 탄성계수를 곱하거나 변형률을 나눈 값이 오답이다.

설계 원칙도 함께 나온다. 프리스트레스트 콘크리트의 단면은 원칙적으로 탄성이론에 따라 산정하고 응력집중을 고려한다. 부분적 프리스트레싱은 설계하중의 일부를 긴장재가 부담하고 나머지를 콘크리트의 인장응력이 견디는 방식이다.