단면을 자유롭게 제작할 수 있는 Built-up H형강(BH)의 사용이 점점 증대하고 있다. 본 연구는 BH의 규격화를 위한 기초연구로 SM490, SM520 강재의 항복강도, 인장강도, 연신율, 샤르피 흡수에너지 등의 소재특성을 확인하였다. 또한 single-SAW 및 tandem-SAW를 활용하여 6개의 BH 공시체를 제작하였으며, 공시체에서 매크로시험편, T바 인장실험체를 채취하여 용접성능을 확인하였다. 소재특성시험 결과 국내산 SM490, SM520 강재의 특성은 모두 KS를 만족하였으며, 용접성능실험 결과 BH의 용접부는 충분한 용접성능을 갖추었다고 판단할 수 있다. 따라서 본 연구에서 사용된 국내산 SM490, SM520 강재는 BH의 소재로 적합한 것으로 판단되며, single-SAW, tandem-SAW는 충분한 용접성능을 발휘하는 것으로 사료된다.
단면을 자유롭게 제작할 수 있는 Built-up H형강(BH)의 사용이 점점 증대하고 있다. 본 연구는 BH의 규격화를 위한 기초연구로 SM490, SM520 강재의 항복강도, 인장강도, 연신율, 샤르피 흡수에너지 등의 소재특성을 확인하였다. 또한 single-SAW 및 tandem-SAW를 활용하여 6개의 BH 공시체를 제작하였으며, 공시체에서 매크로시험편, T바 인장실험체를 채취하여 용접성능을 확인하였다. 소재특성시험 결과 국내산 SM490, SM520 강재의 특성은 모두 KS를 만족하였으며, 용접성능실험 결과 BH의 용접부는 충분한 용접성능을 갖추었다고 판단할 수 있다. 따라서 본 연구에서 사용된 국내산 SM490, SM520 강재는 BH의 소재로 적합한 것으로 판단되며, single-SAW, tandem-SAW는 충분한 용접성능을 발휘하는 것으로 사료된다.
The use of a built-up H-beam (BH) that can easily manufacture a section is increasing. This is a basic study on standardization of BH. It confirmed the material properties of SM490 and SM520 steel such as yield strength, tensile strength, elongation, charpy absorbed energy, and else. The six BH spec...
The use of a built-up H-beam (BH) that can easily manufacture a section is increasing. This is a basic study on standardization of BH. It confirmed the material properties of SM490 and SM520 steel such as yield strength, tensile strength, elongation, charpy absorbed energy, and else. The six BH specimens were manufactured with single-SAW or tandem-SAW. The welding performance was confirmed by collecting the macroscopic specimen and T-bar tensile specimen form the BH. As a result of the material property test, the properties of SM490 and SM520 which are made in Korea both satisfied the KS. As a result of the welding performance experiment, it is determined that the weld zone of BH has sufficient welding performance. Therefore, they are determined that the SM490 and SM520 steel are a proper material of BH, and the single-SAW and the tandem-SAW show a sufficient welding performance.
The use of a built-up H-beam (BH) that can easily manufacture a section is increasing. This is a basic study on standardization of BH. It confirmed the material properties of SM490 and SM520 steel such as yield strength, tensile strength, elongation, charpy absorbed energy, and else. The six BH specimens were manufactured with single-SAW or tandem-SAW. The welding performance was confirmed by collecting the macroscopic specimen and T-bar tensile specimen form the BH. As a result of the material property test, the properties of SM490 and SM520 which are made in Korea both satisfied the KS. As a result of the welding performance experiment, it is determined that the weld zone of BH has sufficient welding performance. Therefore, they are determined that the SM490 and SM520 steel are a proper material of BH, and the single-SAW and the tandem-SAW show a sufficient welding performance.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 건축산업에서 활용하고 있는 SM490, SM520 강재의 소재특성을 파악하고, BH 공시체를 제작하여 BH의 용접성능을 확인하고자 한다.
이에 본 연구는 BH의 규격화를 위한 기초연구로, 보부재와 기둥부재에 대한 부재실험을 실시하기 이전에 BH에 사용가능한 강재의 소재특성을 파악하고 BH의 용접부에 대한 특성을 연구하고자 한다.
제안 방법
BH 공시체를 제작한 후 강재의 샤르피 흡수에너지를 확인하기 위하여 충격시험을 실시하였다. 충격시험편은 KS D 3866(2014) 「건축구조용 열간압연 H형강」[12]에 준하여 충격시험편의 중심이 플랜지의 표면으로부터 두께의 1/4 위치, 또 나비의 끝에서 나비의 1/4 위치가 되도록 채취하였으며, KS B 0809(2011) 「금속재료 충격시험편」[13]에 따라 V노치시험편으로 제작하였다.
BH에 적용하기 위한 SM490, SM520 강재의 기계적 성질을 확인하여 기초적인 자료를 조사하기 위하여 판두께별로 소재인장시험을 실시하였다. 소재인장시험은 Table 4와 같이 국내산 SM490(9~26mm), SM520(9~23mm) 강재와 중국산 SM490(9mm, 12mm, 20mm) 강재를 대상으로 하였다.
BH의 규격화를 위한 기초연구로 SM490, SM520 강재의 소재특성을 확인하고, single-SAW 및 tandem-SAW를 활용하여 6개의 BH 공시체를 제작하여 용접성능을 확인하였다. BH의 규격화를 위해서는 본 연구를 기초로 용접방법, 용접재료, 입열량 등 다양한 용접조건 등을 변수로 추가연구가 필요하다고 판단된다.
BH의 용접부가 소요성능을 발휘하는지 확인하기 위하여 T바 인장실험을 실시하였다. T바 인장실험체는 BH 공시체에서 길이방향으로 30mm가 되도록 채취하여 Fig.
BH의 용접부의 건전성을 육안으로 확인하기 위하여 용접부에 대하여 매크로시험을 실시하였다. 매크로시험편은 BH 공시체에서 길이방향으로 30mm가 되도록 채취하여 제작하였다.
BH의 용접성능을 확인하기 위하여 BH 공시체를 제작하였다. 본 연구에서 실험대상이 되는 BH 공시체는 Table 1과 같다.
본 연구에서 웨브의 두께가 11mm 이하인 BH 공시체는 1pass 용접으로도 충분한 필릿사이즈와 유효목두께를 확보할 수 있어 single-SAW로 용접하였으며, 웨브의 두께가 12mm 이상인 BH 공시체는 충분한 필릿사이즈와 유효목두께 확보를 위해 tandem-SAW로 용접하였다. 입열량은 2,200~4,000J/mm의 범위로 강구조공사 표준시방서[8]에서 정하고 있는 SM490, SM520 강재에 대한 SAW 1pass의 최대 입열량인 7,000J/mm보다 낮은 값이다.
13~24와 같이 나타났다. 여기서, 인장강도(tensile strength)는 실험 최대하중을 웨브의 단면적으로 나누어 구하였다.
본 연구에서 실험대상이 되는 BH 공시체는 Table 1과 같다. 휨재와 압축재의 단면형상으로 구분하여 단면사이즈를 정하였으며, 강종 및 제조국을 변수로 하였다. 변수에 따라 Fig.
대상 데이터
매크로시험편은 BH 공시체에서 길이방향으로 30mm가 되도록 채취하여 제작하였다. 1개의 BH 공시체에서 1개씩 제작하였으며, 총 6개의 매크로시험편을 제작하였다. 매크로시험편의 명칭은 Fig.
5와 같이 플랜지 폭 200mm, 웨브 길이 400mm가 되도록 제작하였다. 1개의 BH 공시체에서 2개씩 제작하였으며, 총 12개의 T바 인장실험체를 제작하였다. T바 인장실험체의 명칭은 Fig.
충격시험편은 KS D 3866(2014) 「건축구조용 열간압연 H형강」[12]에 준하여 충격시험편의 중심이 플랜지의 표면으로부터 두께의 1/4 위치, 또 나비의 끝에서 나비의 1/4 위치가 되도록 채취하였으며, KS B 0809(2011) 「금속재료 충격시험편」[13]에 따라 V노치시험편으로 제작하였다. 1개의 BH 공시체에서 3개씩 총 18개의 충격시험편을 제작하였다. 충격시험편의 명칭은 Fig.
BH 공시체를 제작하기 위하여 현대종합금속의 S-777 MX × H-14를 사용하여 플랜지와 웨브의 판재를 Fig. 2의 순서로 1pass single-SAW 및 tandem-SAW로 용접하였다.
BH 공시체의 제작은 웨브두께가 9mm인 경우는 필릿사이즈 6.5mm, 유효목두께 4.6mm, 웨브두께가 12mm인 경우는 필릿사이즈 8.5mm, 유효목두께 6.1mm, 웨브두께가 13mm인 경우는 필릿사이즈 9mm, 유효목두께 6.4mm로 관리하여 BH 공시체를 제작하였다[7]. Table 2는 BH 공시체를 제작 후 Fig.
BH의 용접부가 소요성능을 발휘하는지 확인하기 위하여 T바 인장실험을 실시하였다. T바 인장실험체는 BH 공시체에서 길이방향으로 30mm가 되도록 채취하여 Fig. 5와 같이 플랜지 폭 200mm, 웨브 길이 400mm가 되도록 제작하였다. 1개의 BH 공시체에서 2개씩 제작하였으며, 총 12개의 T바 인장실험체를 제작하였다.
BH의 용접부의 건전성을 육안으로 확인하기 위하여 용접부에 대하여 매크로시험을 실시하였다. 매크로시험편은 BH 공시체에서 길이방향으로 30mm가 되도록 채취하여 제작하였다. 1개의 BH 공시체에서 1개씩 제작하였으며, 총 6개의 매크로시험편을 제작하였다.
BH의 용접성능을 확인하기 위하여 BH 공시체를 제작하였다. 본 연구에서 실험대상이 되는 BH 공시체는 Table 1과 같다. 휨재와 압축재의 단면형상으로 구분하여 단면사이즈를 정하였으며, 강종 및 제조국을 변수로 하였다.
BH에 적용하기 위한 SM490, SM520 강재의 기계적 성질을 확인하여 기초적인 자료를 조사하기 위하여 판두께별로 소재인장시험을 실시하였다. 소재인장시험은 Table 4와 같이 국내산 SM490(9~26mm), SM520(9~23mm) 강재와 중국산 SM490(9mm, 12mm, 20mm) 강재를 대상으로 하였다. 강재의 Mill Sheet를 확인한바 국내산은 KS를 획득한 강재이다.
소재인장시험편은 KS B 0801(2007) 「금속재료 인장시험편」[9]에 따라 1A호로 3개씩 제작하였으며, 총 63개의 소재인장시험편을 제작하였다. 소재인장시험은 KS B 0802(2013) 「금속재료 인장시험방법」[10]에 따라 실시하였다.
데이터처리
소재인장시험은 KS B 0802(2013) 「금속재료 인장시험방법」[10]에 따라 실시하였다. 소재인장시험의 결과는 KS D 3515(2014) 「용접구조용 압연강재」[11]의 기준과 비교하였다.
BH에 대한 충격시험 결과는 Table 11과 같이 나타났다. 시험결과는 해당 강재의 KS와 비교하였다. 국내산 SM490, SM520 강재의 샤르피 흡수에너지는 KS를 만족하는 것으로 나타났으나, 중국산 SM490 강재인 C-(CCA-407) 시험편의 샤르피 흡수에너지는 KS를 만족하지 못하는 것으로 나타났다.
에 따라 실시하였다. 충격시험의 결과는 KS D 3515(2014) 「용접구조용 압연강재」[11]의 기준과 비교하였다.
이론/모형
T바 인장실험은 Fig. 6과 같이 지그를 이용하여 실험체를 설치한 후 KS B ISO 9018(2016) 「금속 재료 용접부의 파괴시험-십자 및 겹치기 이음 인장시험」[16] 및 KS B 0802(2013) 「금속재료 인장시험방법」[10]을 참조하여 실시하였다.
4와 같이 정하였다. 매크로시험은 KS D 0210(2012) 「강의 매크로조직 시험방법」[15]에 따라 실시하였다.
에 따라 1A호로 3개씩 제작하였으며, 총 63개의 소재인장시험편을 제작하였다. 소재인장시험은 KS B 0802(2013) 「금속재료 인장시험방법」[10]에 따라 실시하였다. 소재인장시험의 결과는 KS D 3515(2014) 「용접구조용 압연강재」[11]의 기준과 비교하였다.
충격시험은 KS B 0810(2013) 「금속재료 충격시험방법」[14]에 따라 실시하였다. 충격시험의 결과는 KS D 3515(2014) 「용접구조용 압연강재」[11]의 기준과 비교하였다.
BH 공시체를 제작한 후 강재의 샤르피 흡수에너지를 확인하기 위하여 충격시험을 실시하였다. 충격시험편은 KS D 3866(2014) 「건축구조용 열간압연 H형강」[12]에 준하여 충격시험편의 중심이 플랜지의 표면으로부터 두께의 1/4 위치, 또 나비의 끝에서 나비의 1/4 위치가 되도록 채취하였으며, KS B 0809(2011) 「금속재료 충격시험편」[13]에 따라 V노치시험편으로 제작하였다. 1개의 BH 공시체에서 3개씩 총 18개의 충격시험편을 제작하였다.
성능/효과
(1) 소재인장시험 결과, 국내산 SM490, SM520 강재 및 중국산 SM490 강재는 모두 KS를 만족하였다.
(2) 충격시험 결과, 국내산 SM490, SM520 강재의 샤르피 흡수에너지는 KS를 만족하는 것으로 나타났으나, 중국산 SM490 강재인 C(CCA407) 시험편의 샤르피 흡수에너지는 KS를 만족하지 못하는 것으로 나타났다.
(3) 매크로시험 결과, BH의 모든 매크로시험편에서 용접결함이 발견되지 않아 양호한 용접부로 판단된다.
(4) T바 인장실험 결과, T-(BKB-634)-1, T-(BKB-634)-2 실험체를 제외한 BH의 T바 인장실험체는 웨브의 모재파괴로 나타났으며, KS에서 요구하는 모재의 최소인장강도 이상을 발휘하는 것으로 나타나 용접부가 소요 성능을 충분히 발휘하는 것으로 나타났다.
(5) 따라서, 본 연구에서 사용된 국내산 SM490, SM520 강재는 BH의 소재로 적합한 것으로 판단되며, single-SAW, tandem-SAW는 충분한 용접성능을 발휘하는 것으로 사료된다.
중국산 SM490 강재의 인장시험결과는 Tables 9, 10과 같이 나타났다. C01, C02, C03, C04 모두 항복강도, 인장강도, 연신율이 KS를 만족하는 것으로 나타났다.
국내산 SM490 강재(두께 5mm 초과, 16mm 이하)의 인장시험결과는 Table 5와 같이 나타났다. E01, E02, E03, E04 모두 항복강도, 인장강도, 연신율이 KS를 만족하는 것으로 나타났다.
국내산 SM490 강재(두께 16mm 초과, 40mm 이하)의 인장시험결과는 Table 6과 같이 나타났다. E05, E06, E07, E08, E09 모두 항복강도, 인장강도, 연신율이 KS를 만족하는 것으로 나타났다.
국내산 SM520 강재(두께 5mm 초과, 16mm 이하)의 인장시험결과는 Table 7과 같이 나타났다. E10, E11, E12, E13 모두 항복강도, 인장강도, 연신율이 KS를 만족하는 것으로 나타났다.
국내산 SM520 강재(두께 16mm 초과, 40mm 이하)의 인장시험결과는 Table 8과 같이 나타났다. E14, E15, E16, E17 모두 항복강도, 인장강도, 연신율이 KS를 만족하는 것으로 나타났다.
T바 인장실험 결과, T-(BKB-634)-1, T-(BKB-634)-2 실험체를 제외한 BH의 T바 인장실험체는 웨브의 모재파괴로 나타났으며, KS에서 요구하는 모재의 최소인장강도 이상을 발휘하는 것으로 나타나 용접부가 소요성능을 충분히 발휘하는 것으로 나타났다.
국내산 SM490, SM520 강재의 샤르피 흡수에너지는 KS를 만족하는 것으로 나타났으나, 중국산 SM490 강재인 C-(CCA-407) 시험편의 샤르피 흡수에너지는 KS를 만족하지 못하는 것으로 나타났다.
7~12는 BH의 매크로시험 결과를 나타낸다. 매크로시험 결과, 모든 매크로시험편에서 용접결함이 발견되지 않아 양호한 용접부로 판단된다.
소재인장시험 결과, 국내산 SM490, SM520 강재 및 중국산 SM490 강재는 모두 KS를 만족하였다. 소재인장시험의 결과가 모두 KS에 만족하는 수치이지만, 중국산 강재는 적정 품질의 BH를 제작하기 위해서는 소재에 대한 충분한 검토와 품질관리가 필요한 것으로 사료된다.
파괴모드는 모두 웨브의 모재파괴로 나타나 BKA-640의 용접부는 소요성능을 충분히 발휘하는 것으로 판단된다.
파괴모드는 모두 웨브의 모재파괴로 나타나 CKB-400의 용접부는 소요성능을 충분히 발휘하는 것으로 판단된다.
후속연구
BH의 규격화를 위한 기초연구로 SM490, SM520 강재의 소재특성을 확인하고, single-SAW 및 tandem-SAW를 활용하여 6개의 BH 공시체를 제작하여 용접성능을 확인하였다. BH의 규격화를 위해서는 본 연구를 기초로 용접방법, 용접재료, 입열량 등 다양한 용접조건 등을 변수로 추가연구가 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
필요한 단면이 RH의 규격과 맞지 않으면 BH를 제작하여 적용한 이유는?
H형강은 크게 압연H형강(Rolled H-beam, RH라고 함)과 용접H형강(Built-up H-beam, BH라고 함)으로 구분할 수 있으며, 그간 국내의 강구조 건축물의 부재에는 RH를 많이 사용하여 왔다. 그러나 RH는 규격화된 제품으로 일부 정해진 형상만 제작하므로 규격 이외의 H형강에 대한 수요에 대응하지 못하는 한계가 있다. 따라서 필요한 단면이 RH의 규격과 맞지 않으면 BH를 제작하여 적용하여 왔다.
H형강을 크게 분류한 두 가지는?
그럼에도 강구조 건축물에 사용되는 부재는 H형강이 기본이라 할 수 있다. H형강은 크게 압연H형강(Rolled H-beam, RH라고 함)과 용접H형강(Built-up H-beam, BH라고 함)으로 구분할 수 있으며, 그간 국내의 강구조 건축물의 부재에는 RH를 많이 사용하여 왔다. 그러나 RH는 규격화된 제품으로 일부 정해진 형상만 제작하므로 규격 이외의 H형강에 대한 수요에 대응하지 못하는 한계가 있다.
BH의 사용이 점점 증대하는 이유는?
강구조 건축물의 다양한 설계로 건축물의 형태가 자유로워지고 있다. 비정형 구조물의 설계가 증가하고 있는 시점에서 건축물을 RH만으로 설계, 시공할 수 없으므로, BH의 사용이 점점 증대하고 있다. 또한, BH는 단면을 자유롭게 제작할 수 있으며, 플랜지와 웨브의 구조성능이 다른 하이브리드 보로 제작할 수 있다는 장점이 있다.
참고문헌 (16)
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction Ha 29 3 29 2013 Structural Performance Evaluation of Welded Built-up H Beam Using the HR Plates
Journal of Korean Society of Steel Construction Lee 23 4 417 2011 Flexural Test of H-Shape Members Fabricated of High-Strength Steel with Considering Local Buckling
김태수, 이명재, 오영석, 이강민, 김도환.
건축구조용 고성능강(HSA800) 용접 H형단면 기둥의 압축강도에 관한 연구.
韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction,
vol.24,
no.6,
627-636.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction Kim 10 11 259 1994 A Study on the Behavior of Welded H-Shape Beam-Column using TMCP Steel
Journal of Korean Society of Steel Construction Kim 20 6 807 2008 An Experimental Study on the Hysteresis Behavior of WUF-B Beam-Column Connection Using SN Steel
Magazine of the Korean Society of Steel Construction Lim 29 2 36 2017 Structural Performance Evaluation and Development of Seismic Connection Detail with Heavy Built-up H-beam
Special Specification Guidelines for Pos-H Kim 2016
Steel Structure Construction Standard Specification KSSC 2012
Test Pieces for Tensile Test for Metallic Materials, Korean Agency for Technology and Standards 2007
Method of Tensile Test for Metallic Materials, Korean Agency for Technology and Standards 2013
Rolled Steels for Welded Structures, Korean Agency for Technology and Standards 2014
Hot Rolled H-Beam for Building Structure, Korean Agency for Technology and Standards 2014
Test Pieces for Impact Test for Metallic Materials, Korean Agency for Technology and Standards 2011
Method of impact test for metallic materials, Korean Agency for Technology and Standards 2013
Macrostructure detecting method for steel, Korean Agency for Technology and Standards 2012
Destructive Tests on Welds in Metallic Materials-Tensile Test on Cruciform and Lapped Joints, Korean Agency for Technology and Standards 2016
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.