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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 강구조 건축물의 내화 공학 설계에 반드시 요구되는 고온기계적 특성 데이터베이스 구축을 목적으로 하고, 강구조 건축물의 주요 구조부를 형성하는 항복강도 330 MPa 이하인 구조용 강재 SS400와 SM49O를 범위로 한다.
제안 방법
- 1) SS 400강재와 SM 490강재의 고온에서의 기계적 특성(항복강도, 탄성계수, 인장 강도 및 연신율)을 평가하였으며, 각각의 강종에 대해서 항복강도와 탄성계수에 대한회귀식을 도출하였다.
- 고온인장 시험에는 항복점, 인장강도, 탄성계수 및 연신율이 측정되었다. 응력-변형도 곡선에서 항복 점이 나타나지 않는 부분은 영구변형률을 적용한 0.
- 반드시 요구된다. 따라서 강구조 건축물에서 주요강종인 SS 400강종과 SM 490 강종을 대상으로 상온에서 100P 간격으로 900 ℃까지의 항복 강도, 탄성 계수 및 인장강도 등을 측정하는 고온인장 시험을 수행하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 이는 구조용 강재의 허용 온도 평가 관점에서 이루어진 것으로써 상온에서 600℃까지의 온도 범위에 대한 결과이다. 따라서 본 연구에서는 구조적 붕괴를 예측할 수 있도록 0.2%, 1% 옵셑 내력, 탄성계수, 인장강도 및 연신율의 데이터베이스 확보를 위하여 상온에서 900℃까지의 시험을 수행한다.
- 1/4위치에서 채취하였다. 또한 시편 제작 시의 열 영향을 최소화하기 위해서 각 시편은 최소 5 cm 이상 거리를 확보하였으며, 압연 방향으로 채취하였다. 시험은 상온 및 고온(100 ℃ 간격으로 100℃~900℃) 3개씩 각각 수행하였다.
- 또한 시편 제작 시의 열 영향을 최소화하기 위해서 각 시편은 최소 5 cm 이상 거리를 확보하였으며, 압연 방향으로 채취하였다. 시험은 상온 및 고온(100 ℃ 간격으로 100℃~900℃) 3개씩 각각 수행하였다. 건축용 내화강재의 상온 및 고온 인장시험에 적용된 재하속도 및 온도한계는 Table 1과 같다.
- 고온인장 시험에는 항복점, 인장강도, 탄성계수 및 연신율이 측정되었다. 응력-변형도 곡선에서 항복 점이 나타나지 않는 부분은 영구변형률을 적용한 0.2% 옵셑으로 평가하였으며, 소성시 붕괴를 논할 때 사용되는 1% 옵셑으로 유효내력을 평가하였다. 시험에는 900℃까지 승온이 가능한 고온 챔버와 탄성계수를 측정하기 위해 고온신률계(extensometer)가 사용되었다.
대상 데이터
- 건축용 내화강재의 고온인 장시편은 모재 표면으로부터 강판 두께의 1/4위치 및 나비의 가장자리에서 나비의 1/4위치에서 채취하였다. 또한 시편 제작 시의 열 영향을 최소화하기 위해서 각 시편은 최소 5 cm 이상 거리를 확보하였으며, 압연 방향으로 채취하였다.
데이터처리
- 상온과 200 P 온도 구간에서 항복강도와 탄성계수는 큰 변화가 없었으므로 본 구간에서의 회귀 식은 상온의 값을 제시하였고, 200℃이후는 각각의 온도에 대한 결과를 이용하여 회귀식을 산정하였다.
이론/모형
- 상온 및 고온 인장시험은 포항산업과학연구원 강구조 실험동에서 수행되었으며, 시험방법은 한국산업규격 KS D 0802(금속재료의 인장시험 방법)로 진행되었다. 고온인장 시험에는 항복점, 인장강도, 탄성계수 및 연신율이 측정되었다.
성능/효과
- 2) 고온화될수록 1% 옵셑에 의한 항복 강도가 0.2% 옵셑에 의한 항복강도보다 강도 저감률이 낮게 나타났다. 따라서 0.
- 3) 구조용 강재의 허용 온도는 유럽과 미주지역에서 활용되는 500℃~550℃의 범위로 판단되었다.
- SS 400강종의 기계적 특성종합인 Figure 11에서 0.2% 옵셑에 의한 항복강도와 인장강도는 기준 240 MPa 와 400MPa를 초과하고 있으며, 고온화될수록 1% 옵셑에 의한 항복강도가 0.2% 옵셑항복강도보다 강도 저감율이 낮게 나타났다. 따라서 0.
- 2% 옵셑항복강도보다 강도 저감률이 낮게 나타났다. 따라서 0.2% 옵셑항복강도를 적용한 부재와 가구의 구조안전성은 1% 옵셑에 의한 항복강도보다 다소 높은 안전율을 가질 수 있을 것으로 판단되었다. 본 시험에서도 구조용 강재는 500℃ 이상에서 허용인장 응력을 초과하는 것으로 나타났다.
- 2% 옵셑에 의한 항복강도보다 강도 저감률이 낮게 나타났다. 따라서 0.2% 옵셑항복강도를 적용한 부재와 가구의 구조안전성은 1% 옵셑에 의한 항복강도보다 다소 높은 안전율을 가질 수 있을 것으로 판단된다.
- 2% 옵셑항복강도보다 강도 저감율이 낮게 나타났다. 따라서 0.2% 옵셑항복강도에 의한 부재와 가구의 구조안전성은 1% 옵셑에의한 항복강도보다 다소 높은 안전율을 가질 수 있을 것으로 판단되었다. 본고온인장시험에서 SS 400 은 500℃ 이상에서 허용인장 응력을 초과하는 것으로 나타났다.
- 본 시험에서도 구조용 강재는 500℃ 이상에서 허용인장 응력을 초과하는 것으로 나타났다. 따라서 일반 구조용 강재의 허용 온도는 영국과 미주지역에서 활용되는 500℃-550℃의 범위로 판단되었다.
- 2% 옵셑항복강도에 의한 부재와 가구의 구조안전성은 1% 옵셑에의한 항복강도보다 다소 높은 안전율을 가질 수 있을 것으로 판단되었다. 본고온인장시험에서 SS 400 은 500℃ 이상에서 허용인장 응력을 초과하는 것으로 나타났다.
후속연구
- 종합하면 Figure 11과 같다. 상온에서 200 ℃ 구간에서의 항복강도와 인장 강도는 상온값과 거의 유사한 값을 보였음으로 상온에서 200℃까지의 온도 구간과 200℃ 이상 900℃ 구간으로 나누어 회귀식을 제시하는 것이 향후 고온 특성치를 이용한 구조안전성 예측에 신뢰성을 높일 것이라 판단되었다.
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