프리스트레싱 강재의 역학적 성질 및 특성

1. 응력변형률 곡선

프리스트레싱 강재와 철근의 응력변형률 곡선을 나타냅니다. 곡선의 상승부는 모두 거의 동일한 기울기로 상승하며, 프리스트레싱 강재는 철근에 비하여 인장강도와 항복강도가 높지만 바단변형률이 작은 형태의 응력변형률 곡선을 보입니다. 일반적으로 강도가 1860MPa인 강연선이나 강선은 인장강도가 440MPa인 SD300 철근이나 인장강도가 560MPa인 SD400철근의 약 4배 정도입니다. 인장강도가 1030~1230MPa인 강봉은 SD300이나 SD400 철근의 2배 이상의 인장강도를 나타냅니다.

 

 

2. 탄성계수 및 항복강도

프리스트레싱 강재의 탄성계수는 일반적으로 190~210GPa 정도입니다. 설계기준에는 프리스트레싱 강재의 탄성계수를 시험에 의하여 결정한 값이나 제조자가 제공하는 값을 사용하는 것을 원칙으로 하지만, 그렇지 않은 경우는 철근과 동일하게 200GPa을 표준으로 사용하도록 규정하고 있습니다. 프리스트레싱 강재의 응력변형률 곡선에는 뚜렷한 항복점이 존재하지 않지만, 프리스트레싱 강재에 대한 산업표준의 최소 항복강도 규정을 만족하는지 평가하기 위해서는 항복점을 결정하여야 합니다. 프리스트레싱 강재의 항복점을 결정하는 방법은 여러 가지가 사용되고 있습니다.

 

우리나라의 산업표준에서는 0.2%의 영구신율을 나타내는 응력을 항복점으로 규정하고 있습니다. 이 방법은 변형률 0.2%인 위치에서 응력변형률 곡선과 평행하게 직선을 그이 응력변형률 곡선과 만나는 점을 찾는 것입니다. 이렇게 정의된 항복강도를 0.2%내력 이라고 합니다. 한편 유럽 등과 같은 지역에서는 0.2% 내력 대신 0.1% 내력으로 항복점을 결정합니다. 이 방법에는 변형률 0.2% 대신 0.1%를 기준으로 하여 동일한 방법으로 항복점을 결정합니다. 한편 미국에서는 강선과 강연선에 대하여는 1%의 변형률에서 수직선과 만나는 점, 강봉에 대하여는 0.7%의 변형률에서의 수직선과 만나는 점을 항복점으로 하고 있습니다. 일반적으로 응력제거 강재의 항복강도는 인장강도의 85% 정도이고, 저 릴랙세이션 강재의 항복강도는 인장강도의 90% 정도입니다.

 

 

3. 릴랙세이션

릴랙세이션은 프리스트레싱 강재를 긴장한 상태에서 일정한 길이로 유지했을 때 시간이 경과함에 따라 인장응력이 감소하는 현상입니다. 릴랙세이션은 크리프와 발생 요인이 동일한 것이지만, 외형으로 나타나는 형태로서 릴렉세이션과 크리프를 구분합니다. 즉 단기하중과 장기하중에 의한 응력변형률 곡선에 나타나는 바와 같이 변형률이 일정한 상태에서 시간 경과에 따라 응력이 감소하는 현상을 릴랙세이션이라고 하며, 응력이 일정한 상태에서 시간 경과에 따라 변형률이 증가하는 현상을 크리프라고 합니다.

 

강재의 릴랙세이션은 온도가 높을수록 크게 발생하며, 또 응력으 클수록 작게 나타납니다. 따라서 매우 높은 수준의 인장응력을 받는 프리스트레싱 강재는 릴랙세이션에 따라 긴장력이 감소하게 되며, 설계에서 이를 고려하여야 합니다.

 

프리스트레스트 콘크리트에서 프리스트레싱 강재의 릴랙세이션은 순 릴랙세이션 과 겉보기 릴랙세이션의 두 가지로 구분이 됩니다. 순 릴랙세이션은 변형률이 일정한 상태에서 발생하는 인장응력의 감소량으로서, 최초에 작용한 인장응력에 대한 백분율로 나타냅니다. 이 값은 프리스트레싱 강재만을 대상으로 한 시험에 의하여 구할 수 있습니다. 그러나 프리스트레스트 콘크리트에서 콘크리트에 압축력이 도입되면, 콘크리트의 수축이나 크리프 등의 변형으로 인하여 프리스트레싱 강재의 변형률이 일정하게 유지되지 않고 감소하게 됩니다. 이렇게 시간 경과에 따라 변형률이 감소하는 상황에서 발생하는 릴랙세이션을 겉보기 릴랙세이션이라고 합니다.