2,400 MPa급 고강도 강연선을 적용한 프리텐션 부재의 전달길이

Abstract

콘크리트와 긴장재의 부착으로 콘크리트 구조물에 프리스트레스를 도입하는 프리텐션 방식에 있어 프리스트레스가 완전히 발현되는 단부로부터의 거리인 전달길이(Transfer length)는 설계 시 핵심적인 사항이다. 이 연구에서는 다양한 변수를 가진 프리텐션 부재의 전달길이를 측정하고 이를 변수에 따라 분석하였으며, 또한 설계기준과의 비교를 통해 적합한 전달길이 산정식을 고찰해 보았다. 특히 이 연구에서는 1,860 MPa급 일반강도 강연선 외에 최근에 개발된 2,400 MPa급 고강도 강연선을 적용한 프리텐션 부재도 고려하였다. 선행연구의 전달길이 영향 변수를 참고하여 콘크리트 압축강도, 강연선 직경, 강연선 인장강도, 강연선 중심 간격, 긴장력 도입방법 등을 변수로 하여 26개의 부재를 제작하여 실험하였다. 또한 콘크리트 표면 및 강연선 표면에 부착한 전기저항식 센서와 스마트 강연선을 통해 3가지 방법으로 전달길이를 산정하여 비교해 보았다. 또한 긴장재 절단 이후의 장기적인 전달길이 변화도 확인해 보았다. 분석 결과 전달길이는 300∼1200 mm까지 다양하게 분포되어 있었다. 변수에 따른 영향으로서 강연선 직경 및 긴장력 도입방법의 경우 직경 및 도입속도 증가에 따라 전달길이도 증가하여 일부 설계기준 식과 유사한 경향을 보였다. 그러나 콘크리트 압축강도의 경우 경향성이 명확치 않았으며 압축강도 이외의 다른 물성도 영향을 미쳤기 때문으로 생각된다. 강연선 인장강도의 경우 일부 설계기준의 식에는 인장강도와 전달길이가 비례하는 것으로 제시되어 있으나, 이 실험에서는 그러한 경향성이 명확히 나타나지 않았다. 이는 인장강도의 영향 이외에도 일반강도 강연선과 고강도 강연선의 호이어 효과 차이가 영향을 미쳤기 때문으로 판단된다. 강연선 중심 간격의 영향은 일반강도 강연선보다 고강도 강연선에서 더 부각되었다. 따라서 고강도 강연선 적용 시에는 일반강도 강연선에서 주로 적용하는 50 mm 간격보다 좀 더 간격을 증가시키는 것이 바람하다고 생각된다. 한편 스마트 강연선 계측 결과 시간에 따라 전달길이가 증가하는 경향을 확인할 수 있었으며, 이는 시간에 따른 콘크리트 크리프 현상에 의한 호이어 효과 감소때문으로 판단된다. 연구 결과 2,400 MPa급 고강도 강연선의 경우 콘크리트구조기준(2012), ACI 318-14(2014), PCI(2004)에서 채택하고 있는 전달길이 식을 적용할 때 실험값과 비교하여 전달길이를 보수적이고 안전측으로 유추하여 적합한 것으로 나타났다. 이 연구 결과는 고강도 강연선을 적용한 프리텐션 부재 설계 시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.