(주)회덕 직원모임

◈ 구조용 강재의 장점 1. 고강도이므로 자중감소로 장경간 유리 2. 균질성이므로 시간에 따라 특성이 변하지 않는다. 3. 탄성이므로 설계가정에 가깝게 거동한다. 4. 연성을 가지고 있어 파괴되지 않으면서 큰변형에 저항한다. 5. 접합이 용이하여 기존구조물 증측 가능 6. 간단한 연결장치(용접, 볼트, 리벳 등) 7. 사전조립이 가능 8. 가설속도가 빠르다. 9. 해체후 재사용이 가능 ◈ 구조용 강재의 단점 1. 유지비용 필요 2. 내화성이 약해 때로는 Fire proofing cost 증가 3. 좌굴에 대한 민감성 (고강도이거나 세장비가 크면) 4. 교번응력에 의한 피로파괴 5. 취성파괴 : 극한응력 이하의 응력에서 갑작스러운 파괴 ◈ 구조용강의 응력 변형률 곡선 구조용강은 철과 비금속원소인 탄소와의 합금으로 연강 또는 저탄소강으로 알려져 있으며 탄소함량이 증가할수록 경도와 강도는 증가하겠으나 더욱 취성이며 용접성을 줄어든다. ▸OA구간 : 응력과 변형률이 비례하므로 선형(탄성)이라 하고 A점을 지나면 선형관계가 없어지는데 이때 A점의 응력을 비례한도라 한다. 고강도일수록 비례한도가 높다. ▸AC구간 : 비례한도를 넘어 하중을 증가하면 변형률이 응력에 비해 훨씬 빨리 증가하며 경사가 점점 작아지다가 수평이 되는 B점에 도달한다. B점의 응력을 항복응력(항복점)이라 하며, B점을 지나서는 작용하중의 증가없이도 변형이 일어나는 완전소성상태가 된다. ▸CD구간 : 변형경화가 시작되어 재료는 원자 및 결정구조의 변화를 일으켜 더 큰변형에 대한 재료의 저항을 증가시킨다. 인장력이 증가해야 추가적인 신장이 생기며 결국 하중은 최대치에 도달하며 이때의 응력을 극한응력이라 한다. ▸DE구간 : 극한응력을 넘어서면 하중은 감소하는데도 변형을 계속되며 E점에서 파단(fracture)이 일어난다. 가로수축동반으로 단면적 감소. ◈ 구조용강의 응력 변형률 선도 일반구조용 연강은 대표적인 탄소성재료이다. 재료의 역학적 특성을 규명하는 응력-변형률 선도는 상기 그림과 같으며 이것을 설명하면 다음과 같다. ① 비례한도 : proportional limit 응력-변형률 선도의 직선부분의 경계응력, 즉 선형탄성(linear elastic)을 나타내는 최대응력. 즉 σ=Eε가 성립하는 영역의 한계값 ② 탄성한도 : elastic limit 비례한도를 지나도록 응력을 가한후 응력을 제거시킨 경우 원상태로 되돌아 올수 있는(elastic) 경계응력. 이때의 응력하에서는 소성변형(영구변형)이 발생되지 않음. ③ 항복응력, 항복점응력 : yield stress 응력이 증가하지 않는데도 불구하고 변형이 증가되기 시작(소성유동)할 때의 경계응력으로 일반적으로 높은 응력을 상항복점, 낮은응력을 하항복점이라 한다. 이때 상항복점은 극히 짧은 변형구간에서 존재하고 그 후 하항복점이 계속되므로 일반적으로 항복점이라 하면 하항복점이다. ④ 인장강도 : tensile strength 응력-변형률 곡선중 응력의 최대값으로 이것을 극한강도(ultimate strength)라고도 칭한다. 이 값 이후부터 단면감소, 즉 네킹(necking)현상이 발생한다. ⑤ 파단강도 : breaking strength 재료의 파단이 발생될때의 응력으로 강재는 이때 cup and cone형 파괴가 발생된다. ◈ 용접부 잔류응력의 영향과 대책 1. 강구조물은 제작과정이 접합가공 아니면 리벳, 볼트로 접합되어 있다. 접합가공은 작업성, 안전성, 경제성 및 미관성 등으로 그 사용범위가 점차 증대되고 이에 대한 신뢰도가 높아감에 따라 보편화되어 가고 있다. 이 경우 구조물 강도에 직접적인 영향을 주는것이 잔류응력 문제이며, 특히 강재가 고강도화 되어가고 구조세목도 복잡다양하며 국부응력의 집중현상을 수반하는 부분에서는 용접접합에 따른 제문제를 면밀히 검토해야 한다. 2. 용접부의 잔류응력의 원인 일반적으로 용접시공에서는 용접접합부 부근에 국부적 가열, 냉각으로 열팽창 변형의 불균일분포와 고온소성변형, 용착강의 응고수축으로 인하여 응력을 발생시키으므로 상온으로 냉각된후에도 반드시 응력이 잔류하게 된다. 3. 잔류응력의 영향 1) 용접구조물의 취성파괴 2) 용접구조물의 피로파괴 3) 용접구조물의 부식저항 및 좌굴강도에 영향을 주게된다. 이러한 영향을 고려하여 용접구조세목은 잔류응력을 경감하는 용접시공법과 주요부재의 경우 용접선의 방향, 부속재의 연결상태 등을 엄밀하게 분석하여 전체구조물이 충분한 강성을 갖고 재료의 특성과 역학적인 요건을 만족시킬수 있도록 강구되어져야 한다. 4. 잔류응력 경감을 위한 대책 1) 용착강의 량을 극소화 하므로서 수축변형량을 감소시키고 구속을 감소하도록 적절한 용착법과 용접순서를 사용한다. 2) 5~15℃ 정도의 예열을 실시하여 용접시 온도구배를 감소시키도록 한다. 3) 용접접합선의 방향을 응력방향과 평행하게 배치한다. ◈ 강재의 취성에 대하여 1. 취성파괴 강구조물 부재는 notch, 리벳구멍, 볼트구멍 및 용접접합의 응력집중이 많고, 저온으로 냉각되든가 하중이 충격적으로 작용하는 등의 여러요인이 겹칠 경우 작용하중에 의한 응력이 그 강재의 인장강도 또는 항복강도 이하일지라도 파단되는 경우가 있으며 이러한 현상을 취성파괴라 한다. 취성파괴를 연성파괴와 비교하면 다음과 같다. ---------------------------------------- 항 목연성파괴취성파괴 ---------------------------------------- 소성변형 크 다거의없다 파괴에너지 안 정불안정 파면 섬유상결정상 파괴양식전단파괴벽개파괴 파괴위치결정위내결정위계 ---------------------------------------- 2. 취성파괴의 원인 1) 재료의 인성 부족 ◦ 재료의 화학성분 불량 및 금속조직의 결함 ◦ 열처리 미흡이나 용접열 영향으로 인한 이상경화 ◦ 용접봉의 불량 및 용접작업 불량 ◦ 용접시 발생한 잔류응력 ◦ 경도가 너무큰 고강도강재의 사용 ◦ 온도저하로 인성이 낮아짐에 의한 것 2) 결함(흠)의 존재로 인한 응력집중 ◦ 용접시 발생한 균열 및 잔류응력 ◦ 강판두께의 급격한 변화 ◦ 주위 분위기 불순으로 인한 응력부식 ◦ 리벳구멍, 볼트구멍, 노치의 마모 및 소성변형 등 3) 반복하중으로 인한 피로 3. 영 향 취성파괴의 전형적인 예로서 유리가 깨지는 것을 들수 있다. 구조물이 취성파괴를 일으킬 경우 소성변형은 수반되지 않으므로 변형기간은 대단히 작고 파괴는 갑작스레 발생되므로 커다란 위험을 초래한다. 또한 이 현상은 불안정파괴이므로 외부로부터 에너지 공급이 없이도 파괴는 진행되므로 파괴의 진전은 대단히 빠르다. 4. 인성평가 방법 취성파괴에 저항하는 재료의 성질을 인성이라 하는데 이것을 간단히 평가하기 위해 charpy 충격시험, Izot 충격시험이 채용되고 있다. 5. 결론 및 대책 강재의 취성파괴는 소성변형을 동반하지 않는 불안정안 파괴형태이므로 강구조물 설계시에는 취성파괴의 원인이 되는 ◦ 재료의 인성부족 ◦ 결함(흠)으로 인한 응력집중 ◦ 반복하중으로 인한 피로 등에 대한 세심한 배려를 하여야 한다. ◈ 강재의 피로에 대하여 논하라. 1. 강구조물 부재가 반복하중의 작용에 의하여 재료의 저항력이 감소되어 부재의 내력이 인장강도 또는 항복강도 이하인 경우에도 파괴되는 현상을 피로파괴라 한다. 강재의 종류 또는 형상이 일정하지 못하면 어느 응력 수준에 대하여 거의 일정한 반복횟수에서 파괴된다. 이 반복횟수를 강재의 피로수명이라 부른다. 응력수준이 어느한계 이하면 무한횟수의 반복에 대해서도 파괴되지 않는데 이 한계응력을 피로한계 또는 내구한계라 한다. 2. 피로강도에 영향을 주는 요인 ① 부하응력 : 응력진폭의 종류, 형상, 조합, 부하속도 및 반복속도 ② 응력집중 : 구조부재의 형상, 부재의 표면상태, 용접결함 ③ 부재소재 :재료강도, 재료의 현미경조직 ④ 기 타 : 잔류응력 3. S-N 곡선(wűler-diagram) 피로현상을 표현하기 위하여 응력의 진폭 또는 응력범위를 종축에, 횡축에는 피로수명(반복횟수)의 대수를 잡아 정리한 곡선. 피로한계에 대응하는 수명은 시험조건에 따라 변화하는데 106~107회가 된다. 그러나 107회를 대상으로 하면 시험기간이 길어지므로 토목구조물 설계에서는 N=2×106를 대상으로 하는 시간강도를 많이 채택하고 있다. ◈ 연결의 종류와 특징 1. 리벳 연결 리벳축의 전단 및 지압에 의해 내력을 전달하는 방법으로 축방향 인장력을 받는 구조물에서는 사용할 수 없다. 장 점 :◦ 형상이 원활케되고 도장처리도 양호 단 점 :◦ 이음 품질검사룰 목견이나 햄머타격 등 검사원의 경험에 의존 ◦ 리벳 가열요함 ◦ 작업이 위험 ◦ 타입시 높은 충격음 발생 따라서 고장력볼트 연결에 비해 불리한 점이 많아 최근에는 거의 사용하지 않는 방법이다. 2. 고장력볼트 연결 고장력볼트 연결에는 응력전달기구에 따라(내력을 전달하는 역학적 특성에 따라) 마찰이음, 지압이음, 인장이음으로 구분되는 3종이 있다. 1) 마찰이음 : 고장력볼트를 이음재편을 연결하여 재편사이에 일어나는 마찰력에 의해 응력을 전달하는 방법 2) 지압이음 : 볼트 원호부의 전단저항 및 구멍벽과 원호부의 지압에 의해 응력을 전단하는 방법 3) 인장이음 : 힘의 전달방향으로 볼트를 연결하여 접합부재단의 응력의 변화에 따라서 응력을 전달하는 방법 일반적으로 설계시공이 용이한 마찰이음이 사용되어고 지압이음과 인장이음의 사용은 더물다. 장 점 :◦ 품질검사가 합리적이다 (토크확인) ◦ 작업위험이 적다 ◦ 저소음이다. ◦ 현장이음에 좋다. ◦ 시공이 간편하다. 단 점 :◦ 형상이 타연결에 비해 원활치 못하며 도장에 유의하여야 한다. 3. 용접 부재와 부재사이에 용접봉을 용착시켜 연결하는 방법으로 홈용접과 필렛용접이 있다. 장 점 :◦ 응력전달기구가 확실하다. ◦ 미관이 양호 ◦ 강재 절감 ◦ 임의의 부재형상에 따라 연결이 자유롭다. 단 점 :◦ 연결부 변형에 의한 2차응력, 과도한 응력집중 및 강재의 피로 등에 주의를 요한다. ◈ 연결형식 결정시 고려사항 전술한 바와 같이 리벳연결은 사용예가 줄어듬으로 해서 숙련공의 수도 줄어 거의 사용되지 않고 있다. 따라서 고장력볼트와 용접연결에 관해서 언급키로 한다. 연결형식 결정시 최우선적 조건은 구조물 기능에의 적합여부이다. 탱크, 관로 등과 같이 수밀성, 기밀성을 요하는 구조물에는 용접연결이 적합하여 포장의 내구성을 중시하는 강상판도 용접으로 하는 예가 많다. 기능면이 문제가 없다면 부재의 제작을 포함한 시공성 및 경제성이 중요 고려사항이 되겠다. 시간◯◯을 받아 시공성이 중요할 때는 고장력볼트 연결이 적용되야하고 고장력볼트 시공이 어려운 곡면부재나 소형폐단면부재 등에는 용접을 적용해야 한다. 경제성으로도 용접자세가 좋은 원판용접을 제외하곤 일반적으로 고장력볼트가 유리하다. 도시고속도로와 같은 외관이 중시되는 구조물에는 경제성은 떨어지지만 용접연결을 이용하여 외관을 향상시키는 것이 중요하다. ◈ 강구조부재의 연결 연결이란 강구조물을 구성하는 부재의 재편을 적절한 연결방법으로 연결하여 작용응력 및 변형을 원활히 전달하여야 한다. ① 부재의 연결은 작용응력에 대하여 설계함을 원칙으로 하고 적어도 모재전강도의 75% 이상의 강도를 갖도록 설계하여야 한다. 부재연결부 구조에서는 -응력전달이 확실할 것 -편심이 일어나지 않도록 할 것 -해로운 응력집중을 일으키지 않도록 할 것 -해로운 잔류응력과 2차응력을 일으키지 않도록 할 것 ② 연결의 종류에는 기계적인 방법과 야금학적인 방법이 있으며 강구조물에 적합한 것은 리벳연결, 고장력볼트 연결, 용접연결 등이다. ③ 용접, 리벳 및 고장력볼트의 병용 병 용 가 : 맞이음홈용접+고장력볼트의 마찰이음 응력방향에 나란한 필렛용접+고장력볼트의 마찰이음 병용불가 :응력과 직각을 이루는 필렛용접+고장력볼트의 마찰이음 용접+고장력볼트의 지압이음 용접+리벳 리벳+고장력볼트 ◈ 용접검사방법에 대하여 논하라 1. 용접부의 품질검사에 이용되는 비파괴검사방법은 다음과 같다. 용접부 표면검사 : 육안에 의한 검사, 침투탐상검사, 자분탐상검사 용접부 내부검사 : 초음파투과검사, 방사선투과검사 이상의 검사방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. ① 육안에 의한 검사 경험있는 검사원의 육안에 의한 방법으로 가장 간단한 검사방법이다. 언더컷, 비이드 등의 검사에는 충분한 방법이다. 미세한 균열에 대해서는 기대할수 없다. ② 침투탐상검사 침투액을 표면장력의 작용으로 침투시킨다음 결함내부의 침투액이 현상액의 모세관현상에 의해 출현되는 것을 이용한 방법이다. 침투탐상시험은 특별한 장치나 동력원을 필요로 하지 않기 때문에 형상이 복잡한 이음이나 주위에 동력원이 없는 경우에 적합한 방법이다. ③ 자분탐상검사 용접부의 표면 또는 표면 가까운 부분에 결함이 있는 경우 용접부를 자화시키면 결함부의 자력누출로 이 부분에 자분을 살포하면 자분이 응집하므로 결함을 육안으로 검출할 수 있다. 이 방법은 특히 선상결함의 검출에 적당하다. ④ 초음파투과검사 초음파를 입사해서 브라운관을 통해 내부의 결함을 관찰하는 방법으로 T이음, 모서리이음의 검사에 이용된다. 초음파탐상법의 결함검출능력은 방사선투과방법에 비해 일반적으로 선상 혹은 면상결함에 대해서 예민하고 구상의 결함에는 둔하다. ⑤ 방사선투과검사 용접부에 X선 혹은 γ선을 투과해서 필름에 기록된 투과상에 의해 결함을 검출하는 방법으로 맞이음, 겹이음에 적용된다. 장점 : 검사결과가 객관적자료인 사진으로 남는다 단면 : 주위에 방사선장해방지가 필료하고 시험장비가 대형으로 손이 많이 간다. 촬영으로부터 판독까지 시간이 많이 걸린다. 어느정도 부피가 있는 결함의 검출에는 좋으나 미세한 균열이나 판면에 평행된 균열은 발견이 어렵다. 2. 실구조물에의 적용 강교의 예를 들어 방사선투과시험은 주요부재의 맞이음, 겹이음 초음파투과검사는 T이음, 모서리이음 육안에 의한 검사는 부분용입홈용접 침투탐상검사 및 자분탐상검사는 보조적인 검사방법으로 쓰이고 있다. ◈ 제강공정 1. 제강공정 순서 : 제선 - 제강 - 압연 2. 제선 철광석, 석회석, 코우크스 등의 원료를 고로(blast furnace)에 잠입시켜 선철을 얻는 공정, 이때 잠입물중의 불순물은 대부분 석회석과 화합물을 이루며 슬래그(slab:광재)로 외부로 배출됨. 3. 제강 선철로부터 탄소함량을 조절하는 공정을 제강이라 하며 이때 사용되는 노(furnace)로는 평로, 전로, 전기로 및 순산소전로 등이 있다. 제강중 생성된 용융강을 주형틀(Ingot case)에 주입시켜 강괴를 만들고 강괴에 함유된 산소를 제어하기 위해 탈산제를 첨가하며 탈산정도에 따라 진정강괴, 반진전강괴, 림드강괴로 분류한다. 이때 산소함량을 제어하는 공정을 진정이라 한다. 4. 압연 상기강괴를 압연로울러를 통과하면 원하는 강재를 생산할 수 있다. 이와같은 압연공정의 종류에 따라 후판(slab→strip용), 박판(sheet bar→박판용), 브룸(bloom→대형형강용), 빌렛(billet→조강용) 등으로 압연되며, 이 과정은 열연압연공정이다. 박판 등과 같이 조직이나 표면마감처리가 필요한 경우 냉간압연(cold rolling) 공정을 거친다. ◈ 강재의 파괴형태 1. 연성파괴 : 상온하의 정적인 외적하중 작용시 2. 피로파괴 : 반복하중 작용시 3. 취성파괴 : 저온하의 충격하중 작용시 4. 크리프 및 릴렉세이션 : 고온하의 지속하중 작용시 5. 지연파괴 : 수중, 다습한 환경 또는 산성환경하의 지속하중에 의한 수소취화 6. 응력부식 : 알카리성 환경하의 지속하중 작용시 ◈ 지연파괴 정적인 지속하중 하에서 외견상 전혀 소성변형이 발생되지 않았음에도 불구하고 돌발적으로 취성파괴가 발생되는 현상으로 하중과 파괴시간과의 관계가 피로파괴와 유사하기 때문에 이와같은 지연파괴를 정적피로파괴라 부른다. 지연파괴는 실제현상에서는 노치(notch), 피로균열(fatigue crack) 등의 응력집중부위(stress raiser)로부터 균열이 발생, 성장하여 시간과 더불어 파괴된다. ◈ 지연파괴의 원인 1. 강재중의 수소에 의한 수소취화 2. 부식반응시 발생되는 수소취화 3. 응력부식 ◈ 수소취화 강재가 수소의 영형에 의해 강재의 성질이 열화되는 현상으로 취성화하려는 경향을 나타내는 성질임. ◈ 연성 재료가 정적하중하에서 파단되지 않고 저항할 수 있는 변형량 측정수단으로 응력-변형률공선의 면적이 연성판단의 기준이 되며, 이면적은 재료가 파단될때까지 재료에 저장할 수 있는 저장에너지이다. ◈ 충격인성 재료가 충격하중하에서 파단에 저항하는 능력을 측정하는 수단으로 충격전후의 에너지 차이가 재료에 저장된 흡수에너지이다. 즉 취성파괴에 저항할수 있는 능력을 가르킨다. ◈ 경도 경도는 어떤재료가 여타물체에 의해 변형을 받게 될 때 그재료가 나타내는 저항의 크기이다. 즉 경도는 인장강도, 항복점, 연성, 전성, 인성 탄성계수 등이 혼합된 성질로서 이에는 그 방법에 따라 스크래치 경도, 압입경도, 충격경도 등이 있다. ◈ 내구성 강재는 알칼리중에서는 안정하므로 모르터, 콘크리트 피복을 사용하며, 또는 강재에 피막(coating)을 입혀 부식을 방지하여 내구성을 확보한다. ◈ 피로파괴 재료가 반복응력을 받으면 그 최대응력이 항복점 이하라도 파괴될수 있으며 이과같은 현상을 피로파괴라 한다. ◈ FCM (fracture critical member) 부재 또는 요소자체의 파괴가 구조물의 파괴를 유발시키는 인장부재 또는 인장요소를 파괴위험부재, 파괴유발부재라 함 ◈ 0.2%내력 : 0.2% proof stress, 0.2% offset stress 고강도강(경강)일수록 재료의 응력-변형율 선도에서 항복점이 뚜렷이 나타나지 않는다. 이와 같은 재료에서 항복점은 0.2% 잔류변형률에서 탄성영역(초기 직선부분)과 평행한 직선을 그리고 이 직선과 응력-변형률 선도와 만나는 점을 구하며 이점을 항복점으로 사용하는데 이것을 0.2%내력이라 한다. ◈ 허용응력설계법 (ASD : allowable strss design) 작용응력설계법(WSD)이라고도 하며 재료가 공칭항복응력에 도달하면 파손된다고 가정하고 재료는 구성법칙인 Hook's low에 따르는 이상적 선형탄성거동으로 재료의 허용응력 이내에 작용응력이 존재하도록 하는 설계법이다. ◈ 소성설계법 (PD : plastic design) 구조물내의 어느위치의 작용응력이 재료의 공칭항복응력에 도달된후에도 구조물이 파괴되지 않고 항복응력 이후의 단면이 소성유동에 의한 응력재분재 현상으로 상당한 크기의 추가외력에 저항할 수 있다는 소성이론에 기초한 설계법이다. ◈ 한계순단면 단면에 볼트구멍 또는 리벳구멍이 배치된 경우 하중을 받을때의 파괴단면을 한계순단면이라 한다. ◈ 인장부재의 한계세장비 인장부재의 운반, 가설작업중 진동으로 인한 안정문제가 야기될수 있다. 따라서 인장부재에 대해서도 세장비를 제한하여야 한다. 주요부재 : 200 2차부재 : 240 수직브레이싱이나 수평브레이싱에 주요부재로서 기능을 부여하지 않을때는 2차부재로 설계해도 좋다. ◈ 압축부재의 한계세장비 주요부재 : 120, 2차부재 : 150 ◈ 응력집중 : stress concentration 1. 응력집중 재료의 실제강도는 재료의 부정(imperfection)에 의해 이론강도보다 항상 작다. 즉 재료의 부정에 의해 이 부분에 작용하는 응력은 이론적인 응력보다 크게 작용하며 이것을 응력집중이라 한다. 2. 응력집중의 원인 ① 시험시편 또는 구조부재의 형상 (notch, hole 등) ② 부재의 표면상태 (surface roughness) ③ 용접연결일 경우 용접비이드(welding bead)의 형상 ④ 용접부 결함 (weld defects) ⑤ 응력증대부 (stress raiser) 존재 3. 응력집중의 완화방안 ① 응력집중요소의 단면형상 고려 -필렛부의 특수한 곡선형 또는 원호형의 종단면(profile) 사용 -이중곡률 종단면 사용 -타원형로울 또는 유사 타원형로울 사용 ② 응력집중요소의 위치고려 -모체의 응력분포를 고려하여 응력이 작게 발생되는 곳에 응력집중요소를 배치 -모체와 응력집중요소의 간섭고려 ③ 응력집중요소의 방향고려 ④ 추가부재 설치에 의한 응력집중의 감소 ⑤ 응력집중부위를 그라인딩(grinding : 절삭) ⑥ 응력집중요소 또는 부위를 충진(sealing) ◈ 기둥의 분류 1. 단 주 : 재료의 항복에 의한 파괴 2. 중간주 : 비탄성좌굴에 의한 파괴 3. 장 주 : 탄성좌굴에 의한 파괴 ◈ 고장력볼트의 장점 1. 리벳작업에 비해 소요작업인원이 적게 든다. 2. 동일한 강도를 얻는데 필요한 볼트갯수는 리벳수보다 적다. 3. 용접연결이나 리벳연결보다도 숙력이나 경험이 적어도 볼트연결이 가능하다. 4. 용접연결과 같이 가설용 임시볼트가 필요치 않다. 5. 리벳작업에 비해 소음이 거의 없다. 6. 볼트연결에 사용되는 장비는 저렴하여 경제적이다. 7. 볼트연결이 리벳연결보다 더큰피로강도를 가지며 용접연결의 피로강도 이상이다. 8. 화재의 위험이 없다. 9. 연결부의 증설 및 변경이 용이하다. ◈ 용접의 장점 1. 용접을 사용하면 강재의 중량을 대폭 줄일수 있으며 인건비도 절약 2. 용접은 볼트나 리벳보다 더욱 폭넓게 사용가능 3. 용접연결은 볼트연결이나 리벳연결보다도 강절연결이 가능 4. 용접은 분할시공이 가능하고 공기단축이 가능 5. 용접연결은 가설중 설계변경이 가능하고 오류를 손쉽게 수정가능 6. 용접연결은 타연결보다 소음공해가 적다. 7. 용접연결은 리벳연결보다 더욱 안전시공이 가능 ※주요부재의 연결강도는 모재의 전강도의 75%이상의 강도를 갖도록 설계하며, 연결부위는 단순하고 응력전달이 확실하며 응력집중이 발생되지 않도록 한다 ◈ 강재의 종류 1. 사용목적에 따른 분류 1) 일반구조용 압연강재(SS) 2) 용접구조용 압연강재(SWS) 3) 용접구조용 내후성 열간압연강재(SMA) 4) 리벳용 원형강(SV) 2. 구조용 강재의 분류 1) 탄소강 (carbon steel) 2) 고강도 저합금강 (high-strength low alloy steel) 3) 소입 및 소려 합금강 (quenched and tempered alloy steel) 3. 탄소함량에 따른 분류 1) 저탄소강 : C < 0.15% 2) 연탄소강-연강 : 0.15% < c < 0.29% 3) 중탄소강 : 0.29% < c < 0.59% 4) 고탄소강 : c > 0.59% 4. 제강공정에 따른 분류 1) 림드강 2) 반진정강 3) 진정강 ◈ 구조용 강재의 화학성분과 강재의 성질 1. 탄소 (carbon) → c 탄소량이 증가하면 인장강도, 항복점, 경도 등이 증가 충격인성 및 연성 감소 2. 인 (potassium), 황 (sulphur) → P, S 취성증가, 충격인성 감소, 내식성 증대 3. 규소 (silicon) → si 항복점 증가, 냉강 가공성/단접성은 감소, 내열성 증대 4. 망간 → Mg 소입성 개선, 인장강도․항복점․경도 증가, 충격인성 감소는 미미 5. 기타금속 → Cr, Mo, V, Ni, Ti 특수강 제조시 첨가 ◈ 강구조의 장점 1. 고강도 (hi호 strength) - 고층건물, 장대교량의 유리 2. 균질성 재료(homogeneity) 3. 탄성재료(elasticity) 4. 내구성 재료(permanence) 5. 연성, 인성 6. 증축, 개축이 용이 7. 연결방법이 다양 : 용접, 볼트, 리벳 8. 사전조립이 가능 9. 다양한 형상, 치수 가능 10. 재사용이 가능 ◈ 강구조의 단점 1. 좌굴위험 (buckling) 2. 피로발생 (fatigue) 3. 유지비용 필요 4. 내화성이 작다. ◈ 판형교에서 수직브레이싱을 두는 이유 1. 수직브레이싱을 설치하는 이유 1) 지점부 수직브레이싱 ① 상부구조에 작용하는 수평력으로서는 풍하중과 지진하중이며 이러한 수평력은 지점부를 통해서 하부구조로 전달되게 된다. ② 이 수평반력에 대해서 주형이 충분히 저항하기 위하여 단부 수직브레이싱을 설치한다. 2) 중간 수직브레이싱 ① 지점부에는 활하중의 횡방향분배가 발생되지 않지만 지간내에서는 활하중의 횡방향분배가 발생한다. 이때 활하중의 횡방향분배를 위해 중간수직브레이싱을 설치한다. ② 중간수직브레이싱의 역할로 인하여 하중이 작용하는 주형의 과대하중의 집중을 방지하고 주형간의 상대적 처짐을 완화한다. 2. 수직브레이싱 설치기준 ① 간격은 6m 이내로 하되 플랜지폭의 30배가 넘지 않도록 한다. ② 바닥판이 3개이상의 주거더로 지지되고 주거더 지간이 10m를 넘는 경우 강성이 큰 하중분재 가로보를 설치하여야 한다. 하중분배 가로보의 설치간격은 20m를 넘지 않아야 한다. 수직브레이싱을 하중분재 거더로 설계하는 경우에는 중간주거더와의 연결부에서 휨모멘트가 충분히 견딜수 있는 구조로 한다. ③ 수직브레이싱은 주부재로 간주하고 주요하중으로는 DL하중에 의한다. ④ 지점상에는 필히 주거더간을 연결하는 단부수직브레이싱을 설치하여야함. 3. 지점부 수직브레이싱의 설계순서 ① 수평력 산정 : 풍하중, 지진하중 ② 트러스 해석(상현재, 하현재, 사재)을 통해 부재축력 산정 ③ 좌굴강도 산정 ④ 좌굴에 대한 안전성 검토 ◈ 수직 및 수평보강재 1. 수직 및 수평보강재의 설치목적 ① 웨브는 압축플랜지의 수직좌굴을 방지할수 있을만큼 충분한 두께를 가져야 한다. ② 좌굴을 방지할만큼 충분히 웨브의 두께를 증가시키는 것은 비경제적이므로 웨브두께를 최소두께로 결정하고 수직 및 수평보강재를 이용하여 좌굴강도를 증가시키는 방법을 적용한다. 2. 수직보강재 부착방법 ① 지점부의 수직보강재는 완전용입홈용접으로 양쪽플랜지에 접합한다. ② 다이아프램이나 수직브레이싱 등의 거세트판으로도 사용되는 중간수직보강재는 양쪽플랜지에 볼트나 용접으로 접합한다. ③ 수직보강재 용접단부와 인장플랜지 용접단부와는 복부판두께의 4배이상 6배이하의 간격유지 ④ 바닥판과 접하는 인장플랜지에는 수직보강재를 용접으로 접합한다. ◈ 변형시효-반복하중 작용시 반복하중이 작용할 때 하중재하사이에 시간간격이 발생할 때 이 간격이 재료의 응력-변형률 선도에 영향을 미친다. 이때 그 시간간격을 휴지시간이라 하며 그영향은 다음과 같다. 짧은 휴지시간후, 즉 하중재하후 하중을 제거하고 즉시 하중을 다시 재하하면 하중제거전의 초기하중재하에 의한 응력-변형률 선도와 동일한 경로를 나타낸다. 그러나 하중을 변형경화영역까지 재하하고 하중을 제거한 후 몇일간의 휴지시간후 다시 하중을 재하하면 항복응력이 증가하고 연성이 감소하며 인장강도는 다소 증가하게 된다. 이와같은 현상을 bauschinger effect 또는 변형시효(strain aging)라 한다. ◈ 변형시효-교대하중 작용시 시편에 인장하중을 가하여 재료가 항복응력을 지난후 하중을 제거하고 반대방향의 압축하중을 가하면 최초의 항복응력(인장하의 항복응력)보다 압축하의 항복응력이 감소되는 현상이 발생되는데 이것을 bauschinger effect 또는 변형시효라 한다. 그 이유는 인장하의 항복응력 이후의 응력상태에서 하중을 제거시키면 재료에는 잔류응력이 존재하게 되며 이것이 압축하의 항복응력을 감소시키기 때문이다. ◈ 응력이력곡선 : stress hysteresis loops) 1. 이력효과 인장시험시 항복점 이후의 하중에서 하중을 제거하면 원래의 탄성상태와 동일하게 하중이 제거되며 그 이후 다시 하중을 재하시키면 원래의 탄성상태와 다소 다른 경로의 응력-변형률 곡선이 발생된다. 이와 같은 현상을 이력효과라한다. 이때 이와같은 이력효과에 의한 이력곡선을 반복횟수가 클수록 이력곡선내의 면적이 증가된다. 2. 응력이력곡선 강재가 반복하여 교대하중을 받을 때 하중 반복회수의 증가와 더불어 응력이력고리를 형성하게 되며 어떤 하중반복회수에서 안정화된다.응력이력곡선의 면적은 열로 변환되는 분산에지니와 비례한다.