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[국내논문] 부식 H형 강재의 복부좌굴강도 추정에 관한 기초적 연구
A Fundamental Study on Evaluation of Web Crippling Strength of Corroded H-Beams 원문보기

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.22 no.5 = no.108, 2010년, pp.421 - 433  

김인태 (부산대학교 사회환경시스템공학부 토목공학전공) ,  신창희 (부산대학교 사회환경시스템공학부 토목공학전공) ,  정지영 (부산대학교 사회환경시스템공학부 토목공학전공)

초록
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강구조물의 장기간 사용에 있어 가장 대표적인 노화현상의 하나로 부식손상을 들 수 있다. 그러나 부식 손상된 강재의 지속사용 여부 및 보수 보강 필요 여부를 판단하기 위한 잔존 내하력 평가법이 확립되어 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 부식손상으로 인한 단면결손 또는 두께감소의 정도가 H형 강재의 복부좌굴강도에 미치는 영향을 검토하고 잔존 복부좌굴하중 추정법을 제안하기 위하여, H형 강재의 복부좌굴실험과 유한요소해석을 실시하였다. 본 실험에서는 지하철 공사 현장에서 다년간 대기 노출로 인하여 부식 손상된 주형받침보를 절단한 H형 강재와 부식손상을 모사하기 위하여 인위적으로 복부 하단부의 부식손상 두께와 높이를 달리하여 제작한 H형 강재의 총 13개의 시험체를 사용하였다. 그리고 다양한 하중재하면적 또는 지지단면적을 모사하기 위해, 이들 중 5개의 시험체는 상부플랜지의 상면 전체에 걸쳐 압축하중을 전면재하 하였으며, 나머지 8개는 상부플랜지의 일부분에만 부분적으로 압축하중을 부분재하 하였다. 또한 이들 시험체에 대한 유한 요소해석을 수행하여 실험결과와 비교, 분석하였다. 그 결과, 복부의 부식두께 및 손상높이와 복부좌굴하중과의 상관관계를 정량화하였으며, 평균 부식감소량과 표준편차를 이용하여 H형 강재의 복부좌굴하중 감소계수를 추정할 수 있는 잔존 복부좌굴하중 추정법을 제안하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The most typical deterioration of steel structures is corrosion damage. However, a method to evaluate residual load-carrying capacity of corroded steel structures is not yet established. It is difficult to check current serviceability and safety of the structures. In this study, compressive tests an...

Keyword

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문제 정의

  • 본 연구에서는 부식손상이 주형보 또는 주형받침보 단부의 좌굴하중에 미치는 영향을 검토하기 위한 기초적 연구로서, 대기 노출에 의해 부식 손상된 H형 강재와 인위적으로 부식손상을 모사한 H형 강재의 복부좌굴실험과 유한요소해석을 실시하였다. 부식손상 정도가 다른 시험체 13개의 좌굴 실험결과 , 부식 손상된 H형 강재의 복부좌굴하중은 복부의 평균 잔존두께와 표준편차에 선형 반비례함을 확인하였다.
  • 그러나 이러한 추정법은 손상 높이비와 잔존두께-좌굴하중감소계수 곡선이 실험적 또는 해석적으로 제시되어 있는 경우에 한하여 적용 가능하다. 이에 본 연구에서는 보다 간편하게 다양한 부식손상정도(부식손상 높이비와 잔존두께)에도 적용 가능한 복부좌굴하중 추정법에 대해 검토한다.
  • 부식 강재의 인장강도는 강재의 표면형상 측정결과로부터 산출된 평균 잔존두께와 표준편차로 계산된 등가유효두께를 이용하여 무부식 강재와 동일하게 추정할 수 있다(장홍주 등, 2009). 본 연구에서는 압축하중을 받는 경우에도 인장강도 추정과 같이 평균 잔존두께와 표준편차를 이용하여 좌굴하중 감소계수를 추정할 수 있는지를 검토한다.
  • 3에서 언급한 것과 같이 본 실험에서 대상으로 한 시험체의 복부좌굴하중은 복부의 잔존 평균두께와 표준편차를 식 (2)에 대입하여 근사적으로 추정할 수 있었다. 본 절에서는 해석결과를 이용하여 해석모델과 같이 다양한 부식손상이 발생한 H형 강재의 복부좌굴하중을 잔존 평균두께와 표준편차를 이용하여 추정할 수 있는지를 검토한다.
  • 본 연구에서는 국부부식에 의해 복부 하부가 부식 손상된 H형 강재의 복부좌굴하중 추정법을 검토하기 위하여 실제 대기환경하에서 부식된 4개의 H형 강재 시험체와 인위적으로 부식 손상을 모사한 9개의 H형 강재 시험체의 복부좌굴실험을 실시하였다. 그리고 복부 하부의 부식손상 정도가 다른 38개의 H 형 강재의 해석모델에 대한 좌굴해석을 실시하였다.

가설 설정

  • )과 표준편차(S)를 식(2)에 대입하여 추정할 수 있을 것이다. 그리고 이를 무부식 H형 강재의 초기좌굴하중(설계좌굴하중)에 곱하여 좌굴하중을 추정할 수있을 것이다. 또한 본 추정법은 그림 17에 나타낸 것과 같이 하중의 작용범위(전면재하 또는 부분재하)에 상관없이 동일하게 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
강구조물의 부식손상을 방지하기 위해 현재 어떤 처리를 하고 있는가? 강구조물의 장기간 사용에 있어 가장 대표적인 노화현상의 하나로 부식손상을 들 수 있다. 이러한 부식손상을 방지하기 위하여 강구조물은 주로 도장에 의해 방식처리 되고 있지만, 사용연수의 증가에 따라 도막이 열화되고 부식손상이 발생한다(日本土木學會, 1996). 그러므로 강구조물은 주기적인 재도장을 포함한 정기적인 유지관리가 필요하며, 이를 소홀히 할 경우 부식손상이 발생하게 된다(日本鋼構造協會, 2002).
강구조물의 장기간 사용에 있어 가장 대표적인 노화현상의 하나는 무엇인가? 강구조물의 장기간 사용에 있어 가장 대표적인 노화현상의 하나로 부식손상을 들 수 있다. 이러한 부식손상을 방지하기 위하여 강구조물은 주로 도장에 의해 방식처리 되고 있지만, 사용연수의 증가에 따라 도막이 열화되고 부식손상이 발생한다(日本土木學會, 1996).
부식 손상된 강부재의 지속 사용 여부 및 보수·보강 필요 여부를 판단하기 위해서는 부식 강재의 잔존 내하력 평가법을 확립할 필요가 있다고 본 이유는? 그리고 부식에 의해 단면이 연속적으로 일정하게 변하는 단면과 계단식 변단면과 같이 단면의 변화가 일정하며 그 변화 빈도가 적은 경우에도 기존의 연구결과(황원섭 등, 2003; 日本建築學會, 2009)를 응용하여 부재의 내하력(좌굴강도)을 평가할 수 있을 것이다. 그러나 국부부식과 같이 부식손상에 의해 표면의 요철이 심한 불규칙 변단면의 경우에는 표면형상 및 단면(또는 두께)감량이 부재의 내하력에 미치는 영향에 대해서는 정량화 되어 있지 않은 실정이다. 따라서, 부식 손상된 강부재의 지속 사용 여부 및 보수·보강 필요 여부를 판단하기 위해서는 부식 강재의 잔존 내하력 평가법을 확립할 필요가 있다.
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참고문헌 (15)

  1. 김인태, 전상혁, 허정옥, 정진환(2009) 지하철 공사현장 환경하의 가시설 강재의 부식두께감소량 추정, 한국강구조학회논문집, 제21권, 제3호, pp.301-310. 

  2. 김종락, 이은택, 이소연, 배기열(2008) 중심압축력을 받는 일반구조용 강관의 구조성능에 관한 연구, 한국강구조학회논문집, 제20권, 제3호, pp.437-444. 

  3. 서성연, 김필중, 김종락, 양영성, 김규석(1988) 용접H형강주의 좌굴강도에 관한 연구, 대한건축학회논문집, 제5권, 제6호, 통권26호, pp.603-608. 

  4. 신영식, 윤성기(1997) 휨을 받는 얇은 판 부재에서의 웨브재의 좌굴 거동과 補强에 관한 實驗的 硏究, 대한건축학회논문집, 제13권, 제6호, 통권 104호, pp.329-338. 

  5. 이병구, 김석기, 이태은, 김권식(2009) 후좌굴 변단면 기둥의 기하 비선형 해석, 대한토목학회논문집, 제29권, 제1A호, pp.53-60. 

  6. 장홍주, 허정옥, 정진환, 김인태(2009) 부식 인장강재의 잔존내하성능평가, 2009년도 학술발표대회 논문집, 한국강구조학회, pp.15-16. 

  7. 한국강구조학회(2008) 강구조공학 제3판(수정판), 구미서관, pp.381-390. 

  8. 황원섭, 이장규, 박완배(2003) 압축력을 받는 압연 변두께 강판의 좌굴, 대한토목학회논문집, 제23권, 제4A호, pp.777-784. 

  9. 日本鋼構造協會 (2002) 旣設鋼橋部材の耐力.耐久性診斷と補修.補强に?する資料集(鋼橋の維持管理とそれを支える要素技術), JSSC, No.51. 

  10. 日本土木學會 (1996) 鋼橋における劣化現象と損傷の評價, 鋼構造 シリ?ズ 7. 

  11. 日本建築學會 (2009) 鋼構造座屈設計指針, pp.4-52. 

  12. ABAQUS/Standard User's Manual(Ver. 6.7) 

  13. Chao, P. (2008) Web Crippling strength of I-girder with Corrugated Steel Webs under Edge Loading, Ph.M. Dissertation, Korea University. 

  14. Robert, T.M. and Newark, A.C.B. (1997) Strength of Webs Subjected to Compressive Edge Loading. Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.123, No.2, pp.176-183. 

  15. TAMAKOSHI, T., NAKASU, K., ISHIO, M., and SUIZU, N. (2006) Research on local corroision of highway steel bridge, Technical Note of National Institute for Lane and Infrastructure Management, No. 294, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Japan. 

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