[논문]플라스틱 온실 죔쇠의 미끄럼 저항력 평가를 위한 실험 방법

최만권; 송호성; 조명환; 유인호; 신영안; 임성윤; 류희룡

doi:10.12791/ksbec.2016.25.3.193

플라스틱 온실 죔쇠의 미끄럼 저항력 평가를 위한 실험 방법
Test Methods for Evaluation of Slip-Resistance Force of Clamp for Plastic Greenhouse 원문보기

시설원예ㆍ식물공장 = Protected horticulture and plant factory, v.25 no.3, 2016년, pp.193 - 199

최만권 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 시설원예연구소) , 송호성 (농촌진흥청 국립농업과학원 농업공학부) , 조명환 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 시설원예연구소) , 유인호 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 시설원예연구소) , 신영안 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 시설원예연구소) , 임성윤 (농촌진흥청 국립농업과학원 농업공학부) , 류희룡 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 시설원예연구소)

초록
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본 연구에서는 플라스틱 온실에서 사용하는 죔쇠의 성능 평가 시 시험편 끝단의 구속조건이 미끄럼 저항력에 미치는 영향을 분석하기 위해 시험편 구속조건을 실험변수로 판형죔쇠의 미끄럼 저항력을 측정하였다. 각 구속조건별로 측정한 미끄럼 저항력의 평균값은 서까래 고정-고정단이 가장 컸으며, 내재해형 죔쇠의 평가 기준 값과 비교한 결과에서도 서까래 고정-고정단의 경우에만 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 서까래 고정-고정단 구속조건은 다른 구속조건들에 비해 산포도가 상대적으로 크게 나타나 신뢰성이 떨어지는 결과를 보였다. 또한, 일원분산 분석결과에서도 서까래 고정-고정단은 다른 구속조건들과 비교해 미끄럼 저항력이 유의한 차이를 보였다. 따라서 시험편 구속조건이 미끄럼 저항력 평가에 영향을 미친다고 판단하며 연구자 및 기술자들이 죔쇠의 미끄럼 저항력을 측정할 때에는 시험편의 구속조건이 결과값의 신뢰성에 미치는 영향을 면밀히 검토해야 할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The research discussed experimental results on slip resistance force of rafter-purlin connection of plastic greenhouse and suggested a test method for evaluating slip resistance performance of the connection. Slip resistance forces were measured by four kinds of constraint conditions for specimens, for example, fixing or rolling the end of specimen. According to tests, it is noticed that constraint condition is able to significantly affect the slip resistance force. From a post-hoc comparison result, slip resistance force of test under fixing ends condition was larger than those under the other three constraint conditions. But the slip resistance force results in the fixing ends condition had greater measure of dispersion and three times of standard deviation than those from other constraint conditions. Based on the results obtained, effect of constraint condition for specimen on the slip test should be studied to enhance reliability of evaluation test of the slip resistance performance.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 플라스틱 온실에서 사용하는 죔쇠의 성능 평가 시 시험편 끝단의 구속조건이 미끄럼 저항력에 미치는 영향을 분석하기 위해 시험편 구속조건을 실험변수로 판형죔쇠의 미끄럼 저항력을 측정하였다.

가설 설정

분석에서 귀무가설(null hypothesis)은 각 구속조건이 ‘죔쇠미끄럼 저항력에 영향을 주지 않는다’이며 대립가설(alternative hypothesis)은 각 구속조건이 ‘죔쇠 미끄럼 저항력에 영향을 주는 관련인자로 볼 수 있다’이다.
1에 보는 바와 같이 플라스틱 온실 서까래-도리 교차 결속부만을 대상으로, 판형죔쇠로 결속된 시험편을 구속조건별로 35개 제작하여 각 조건별 미끄럼 저항력을 측정하고 구속조건이 결과 값에 미치는 영향을 고찰하였다. 표본 수는 식(1)에 의해서 산정하였으며, 표준편차와 허용오차는 예비 실험결과를 바탕으로 각각 300N, 100N으로 가정하였다.

제안 방법

미끄럼 저항력 측정은 50kN 용량, 100mm 스트로크의 가력기에 5kN의 로드셀(DSCS, BONGSHIN)이 설치된 UTM으로 실험을 하였다(Fig. 2(b)).
본 실험에서는 Fig. 1에 보는 바와 같이 플라스틱 온실 서까래-도리 교차 결속부만을 대상으로, 판형죔쇠로 결속된 시험편을 구속조건별로 35개 제작하여 각 조건별 미끄럼 저항력을 측정하고 구속조건이 결과 값에 미치는 영향을 고찰하였다. 표본 수는 식(1)에 의해서 산정하였으며, 표준편차와 허용오차는 예비 실험결과를 바탕으로 각각 300N, 100N으로 가정하였다.
본 연구에서는 죔쇠의 성능 중 미끄럼 저항력에 대한 평가 방법을 구체화하고 신뢰성을 높이기 위해 시험편의 구속조건을 실험변수로 시험편 구속조건이 미끄럼저항력에 미치는 영향력을 통계적인 방법으로 비교·분석하였다.
판형죔쇠의 미끄럼 저항력을 잘 측정할 수 있다고 판단되는 서까래 고정-고정단, 서까래 고정-롤러단, 서까래자유-고정단 및 서까래 자유-롤러단 네 가지 방법으로 실험을 진행하였다. 본 실험의 실험변수인 시험편의 구속조건이란 Fig.
2(b)). 하중 재하는 내재해형 규격서에 명시된 8.33E-05m톝-1 속도(분당 5mm를 이동하는 속도)로 서까래 상단부를 가력 하였다.

대상 데이터

5mm이다. 강관은 공칭항복강도와 인장강도가 각각 295MPa, 400MPa 이상인 KS D 3760의 SPVHS강재를 사용하였으며 고정용 지그의 높이를 고려하여 길이는 300mm로 절단하였다.
시험편에 사용된 서까래와 도리의 강관 외경은 각각 31.8mm, 25.4mm이며, 두께는 모두 1.5mm이다. 강관은 공칭항복강도와 인장강도가 각각 295MPa, 400MPa 이상인 KS D 3760의 SPVHS강재를 사용하였으며 고정용 지그의 높이를 고려하여 길이는 300mm로 절단하였다.

데이터처리

각 구속조건별로 각각 35개씩 미끄럼 저항력을 반복측정한 데이터의 정규성 검정을 Shapiro-Wilk normality test로 분석하였다. Table 1에서 보듯이 각 구속조건별 미끄럼 저항력은 정규분포를 따른다고 할 수 있다 (P-value>0.
그리고 구속조건별 구체적인 차이를 파악하기 위해 Duncan’s LSR의 사후분석을 실시하였다.
그리고 구속조건별 구체적인 차이를 파악하기 위해 Duncan’s LSR의 사후분석을 실시하였다. 분산분석에는 무료 통계프로그램(RStudio, ver. 0.99.879)을 이용하였다.
통계분석의 경우, 죔쇠의 미끄럼 저항력이 시험편 구속조건별로 차이가 있는지를 알아보기 위해 F-통계량을 이용한 일원분산분석(One-Way ANOVA)을 실시하였으며, P<0.05에서 유의한 차이를 검정하였다.

성능/효과

각 구속조건 집단간 영향의 차이를 구체적으로 알아보기 위해 던컨의 사후검정을 실시한 결과, 구속조건의 영향은 서까래 고정-롤러단과 서까래 자유-고정단의 경우는 서로 차이가 없고, 서까래 고정-고정단은 구속조건에 따라 다른 모든 구속조건과 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 그리고 서까래 자유-롤러단은 서까래 고정-롤러단 및 서까래 자유-고정단과도 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.
각 구속조건별로 측정한 미끄럼 저항력의 평균값은 서까래 고정-고정단이 가장 컸으며, 내재해형 죔쇠의 평가기준 값과 비교한 결과에서도 서까래 고정-고정단의 경우에만 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 서까래 고정-고정단 구속조건은 다른 구속조건들에 비해 산포도가 상대적으로 크게 나타나 신뢰성이 떨어지는 결과를 보였다.
각 구속조건 집단간 영향의 차이를 구체적으로 알아보기 위해 던컨의 사후검정을 실시한 결과, 구속조건의 영향은 서까래 고정-롤러단과 서까래 자유-고정단의 경우는 서로 차이가 없고, 서까래 고정-고정단은 구속조건에 따라 다른 모든 구속조건과 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 그리고 서까래 자유-롤러단은 서까래 고정-롤러단 및 서까래 자유-고정단과도 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.
그러나 서까래 고정-고정단 구속조건은 다른 구속조건들에 비해 산포도가 상대적으로 크게 나타나 신뢰성이 떨어지는 결과를 보였다. 또한, 일원분산 분석결과에서도 서까래 고정-고정단은 다른 구속조건들과 비교해 미끄럼 저항력이 유의한 차이를 보였다. 따라서 시험편 구속조건이 미끄럼저항력 평가에 영향을 미친다고 판단하며 연구자 및 기술자들이 죔쇠의 미끄럼 저항력을 측정할 때에는 시험편의 구속조건이 결과값의 신뢰성에 미치는 영향을 면밀히 검토해야 할 것으로 판단된다.
즉, 본 연구에서 실험한 서까래 고정-롤러단 방법이 이와 유사하다고 볼 수 있다. 본 실험과 동일한 크기의 강관을 사용한 판형죔쇠의 미끄럼 저항력이 1,241~1,858N으로, 이 값은 본 연구결과에서 설정한 서까래 고정-고정단과 서까래 고정-롤러단의 평균 미끄럼 저항력의 중간 정도의 값을 나타냈으며 서까래 자유-롤러단의 결과보다는 컸다. 따라서 명확한 내재해형 죔쇠 평가 방법이 규정되어 있지 않기 때문에 평가자마다 죔쇠의 미끄럼 저항력의 평가 시 구속조건이 다를 수 있다.
05). 서까래 고정-고정단의 미끄럼 저항력은 구속조건의 영향을 비교적 많이 받는 반면, 서까래 고정-롤러단, 서까래 자유-고정단 및 서까래 자유-롤러단의 경우는 그 영향을 받는 정도가 적은 것으로 나타났다.
시험편 구속조건에 따른 미끄럼 저항력의 차이를 분석한 결과 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=0.000<0.05).
9 및 0%이었다. 이 중 내재해형 기준을 만족하는 비율은 서까래 고정-고정단이 가장 높았으며, 서까래 자유-롤러단은 내재해형 기준을 초과하는 비율이 0%로 나타나 시험편 구속조건에 따라 큰 차이를 보이는 것을 확인 할 수 있었다.
총 35개의 시험편 중 내재해형 죔쇠 판별 기준을 만족하는 비율이 서까래 고정-고정단>서까래 고정-롤러단>서까래 자유-고정단>서까래 자유-롤러 순으로 각각 74.3, 20.0, 2.9 및 0%이었다.
표준편차는 서까래 고정-고정단이 다른 모든 구속조건보다 큰 값을 나타냈고, 각 구속조건별로 측정값의 산포도 그래프(Fig. 7)에서도 상대적으로 서까래 고정-고정단이 산포도가 큰 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 Lee와 Shin (2014)이 보고한 것과 같이, 죔쇠의 상태와 볼트 고정으로 인한 편심이 응력 집중을 일으켜 미끄럼저항력의 차이를 발생시킨 것으로 생각된다.

후속연구

따라서 명확한 내재해형 죔쇠 평가 방법이 규정되어 있지 않기 때문에 평가자마다 죔쇠의 미끄럼 저항력의 평가 시 구속조건이 다를 수 있다. 그리고 죔쇠의 미끄럼 저항력을 평가 할 때 결과 값이 크게 나오는 구속조건으로 평가될 가능성도 있어 본 연구 결과가 죔쇠의 미끄럼 저항력을 평가 할 때 유용한 자료가 될 것으로 판단된다.
또한, 일원분산 분석결과에서도 서까래 고정-고정단은 다른 구속조건들과 비교해 미끄럼 저항력이 유의한 차이를 보였다. 따라서 시험편 구속조건이 미끄럼저항력 평가에 영향을 미친다고 판단하며 연구자 및 기술자들이 죔쇠의 미끄럼 저항력을 측정할 때에는 시험편의 구속조건이 결과값의 신뢰성에 미치는 영향을 면밀히 검토해야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	2014년 개정 전 내재해형 규격서의 내재해형 죔쇠 안전 기준의 문제점은?	이러한 죔쇠의 중요성으로 인하여 농림축산식품부와 농촌진흥청은 원예특작시설 내재해형 규격 설계도·시방서 고시(이하, 내재해형 규격서)에 내재해형 죔쇠의 안전 기준을 신설하였다(MAF & RDA, 2007). 그러나 죔쇠의 결속력에 대한 최소한의 안전 기준만 있을 뿐 시험 방법에 대한 기준이 없어 유통중이거나 개발 중인 죔쇠의 적합여부를 판단하기에는 어려움이 있었다. 그 후 2014년 내재해형 규격서의 개정시 내재해형 죔쇠의 강도기준 외에 시험방법을 추가함으로써 죔쇠의 품질관리 강화를 위한 방안을 마련하였다(MAFRA & RDA, 2014).
	죔쇠는 어떤 부품인가?	연동형이나 광폭형 플라스틱 온실의 경우 기둥과 중방에서 외력에 대한 하중을 상당 부분 부담하고 있지만 기본적으로 서까래와 도리의 결속이 없다면 전체 구조물은 그 외형을 유지할 수 없다. 서까래와 도리의 교차 결속부가 느슨해지거나 뒤틀리지 않게 직각을 유지하며 결속함으로써, 플라스틱 온실의 구조적인 강성을 유지할 수 있도록 해주는 부품을 죔쇠라 한다. 이는 조립에 의해 초기결속력이 도입되며 그에 따라 발생하는 서까래-도리 부재간의 압축력에 의해 바람과 눈 등의 외력에 저항하게된다.
	플라스틱 온실 시공에서 죔쇠의 성능에 대한 평가나 품질의 균일화를 위한 노력이 많지 않은 이유는?	그 후 2014년 내재해형 규격서의 개정시 내재해형 죔쇠의 강도기준 외에 시험방법을 추가함으로써 죔쇠의 품질관리 강화를 위한 방안을 마련하였다(MAFRA & RDA, 2014). 그러나 플라스틱 온실 시공에서 죔쇠는 그 개수가 보통 수 백 개 이상이어서 작업시간과 비용 문제 때문에 농업인이나 생산업체에서는 주로시공의 용이성이나 경제성에 초점을 맞추고 있으며, 죔쇠의 성능에 대한 평가나 품질의 균일화 등에 대한 노력은 많지 않은 실정이다.

참고문헌 (10)

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Iannone, F., M. Latour, V. Piluso, and G. Rizzano. 2011. Experimental analysis of bolted steel beam-to-column connections: Component identification. J. Earthquake Engineering. 15(2):214-244.

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Lee, S.H. and K.J. Shin. 2014. Slip test of pipe connector for greenhouse frame. Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction. 30(8):9-17(in Korean).

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Ryu, H.R., E.H. Lee, M.W. Cho, I.H. Yu, and Y.C. Kim. 2012. Evaluation on the behavioral characteristics of plastic greenhouse by full-scale testing and finite element analysis. Journal of Bio-Environment Control. 21(4):459-465(in Korean).

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