[논문]H형 복공판과 Channel형 복공판의 정적해석 및 피로거동에 관한 실험적 연구

김두환; 이승수; 박대열; 이태수

H형 복공판과 Channel형 복공판의 정적해석 및 피로거동에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on the Static and Fatigue Behavior of H ＆ Channel-Type Lining Board 원문보기

김두환 (서울산업대학교 구조공학과) , 이승수 (서울산업대학교 구조공학) , 박대열 (서울산업대학교 구조공학) , 이태수 ((주)스틸코리아)

The objective of this paper is to investigate the lining board's capacity by using the static loading test and fatigue test. Specimens that constitute the H & Channel type lining board are adopted. The test is to inspect the possibility of retrofit and efficiency, which is required to upgrade the structure's capacity and to examine the effects of the improvements of specimen by using structural analysis, stress analysis, static loading test and fatigue test, respectively. The accumulated test results of stress condition and deflection by bending will be used to analyze the relation between the cause of fatigue crack occurrence and the behavior of both structure system and the steel.

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문제 정의

본 시험에서는 다수의 H형강을 나란하게 배열하여 과하중을 견딜 수 있도록 한 H형 복공판과 C형 복공판의 정적재하시험 . 피로시험을 통하여 휨에 의한 응력상태와 처짐의 데이터를 획득 축척하고, 피로균열3>의 발생원인과 강재료 및 구조계의 거동의 상관성을 분석하고, 이로부터 구조체의 안전성을 평가 실시함으로써 구조물의 장기 계획수립 및 공용기간 중 안전성을 확보하여 유지관리에 효율성을 높이기 위함을 목적으로 한다.
본 시험에서는 다수의 H형강을 나란하게 배열하여 과하중을 견딜 수 있도록 한 H형 복공판과 C형 복공판의 정적재하시험 . 피로시험을 통하여 휨에 의한 응력상태와 처짐의 데이터를 획득 축척하고, 피로균열3>의 발생원인과 강재료 및 구조계의 거동의 상관성을 분석하고, 이로부터 구조체의 안전성을 평가 실시함으로써 구조물의 장기 계획수립 및 공용기간 중 안전성을 확보하여 유지관리에 효율성을 높이기 위함을 목적으로 한다.

제안 방법

lOOton급 Actuator을 사용하여 복공판의 중앙부에 가력판을 사용하여 일점가력을 실 시하였고, 변위제어로 하중이 감소할 때까지 가력하였으며, 이후에는 하중제어로 Itonf 씩 재하하여 시 험체의 변형 형상을 확인하였으며 재하속도는 2mm/min로 재하하였다.
시험체의 중앙부 처짐을 측정하기 위하여 Fig.l 과 Fig.2와 같이 처짐을 측정하기 위하여 복공판 전체 길이의 중앙선 상의 중앙에 한 개, 중앙선의 외단에서 H형 복공판 과 C형 복공판 각각 98.5mm, 70 mm 떨어진 곳에 한 개씩 총 3개를 설치하고 변형률 게이지는 응력이 크게 발생될 지점을 예상하여 부착하였다.
피로시험山은 lOOton용량(stroke : ±50)의 유압식 피로시험기를 사용하여 일정진폭 반복하중으로 실시하였으며, 파형은 sine파, 재하속도는 2Hz로 재하하였다.
피로하중의 반복횟수에 따른 시험체의 변형률, 변위, 시 험체의 피로거동 및 균열진전 사항을 측정하기 위하여 Table 4.와 같이 일정 반복횟수에 대해서 피로시험기를 정지 시킨 후 정적으로 최대하중까지 Iton씩 증가시키면서 육안, 변형게이지 및 변위측정기 에 의해 시험체의 반복횟수에 따른 하중-처짐, 하중-변형률 관계를 측정하였으며, 실험 후 파단된 시험체에 대하여 균열 발생점 및 파단형상을 관찰하였다.° 가력하중(DBT8) 은 최대하중 lltonf, 최소하중 Itonf으로 하였으며, 응력비 0.

대상 데이터

2는 125, 300회로 상당히 작은 횟수에서 파손이 발생 되어 강성이 부족함올 알 수 있었다. H형 복공판 HFL.1. 2 모두 1, 0如, 000회까지 피로 시험이 진행되는 동안 큰 변화없이 안정적으로 거동함을 알 수 있었다.

성능/효과

1) H형 복공판은 C형 복공판에 비해 단면계수가 크고, 용접상태가 양호하므로 정적 극한하중의 3배이상의 값을 갖고 있어 충분한 내하력 및 높은 강성을 보유함을 알 수 있었다.
1. 2 모두 1, 0如, 000회까지 피로 시험이 진행되는 동안 큰 변화없이 안정적으로 거동함을 알 수 있었다. H형 복공판에 비해 C형 복공판은 작은 피로횟수에서 이미 파괴가 발생되어 더 이상 측정이 곤란했기 때문이 므로 C형 복공판은 H형 복공판에 비해 사용하중에 따른 내구력 감소로 사용성에 문제가 있음을 알 수 있었다 반복횟수가 증가하면서 시험체의 변위 변화를 파악할 수 있는 반복횟수 N에 따른 하중-최대변위 관계는 Fig.
2) 정적재하시험에서 C형 복공판은 Spot 용접으로 이루어져 하중이 증가되면서 용접 부가 파손되고, 구조체로서의 기능이 상실되어 강도가 큰 폭으로 감소되므로 H형 복공 판에 비해 내구성이 크게 부족하고 안전성이 결핍됨을 알 수 있었다.
3) 피로시험에서 H형 복공판은 백만회 이상의 반복하중에서 안정적으로 거동하는데 비해, C형 복공판은 최대 125, 300회에서 피로파괴가 발생되므로 공용하중을 사용하는데 있어 내구수명의 확보에 문제점이 있음을 알 수 있었다.
4 . 5와 같고 이를 비교한 결과 H형 복공판의 최대하중은 94.05tonf이고, C형 복공판의 최대하중은 27.01tonf으로 측정되었고, H형 복공판은 C형 복공판에 비하여 단면계수가 상당히 크고 강성이 크므로 높은 내하력을 갖고 있 음올 정적재하시험을 통해 확인할 수 있었다
분석한 결과는 Table. 6과 같고 H형 복공판이 C형 복공판보다 1.85배 더 작은 변위가 발생되는 것으로 분석되었고, C형 복공판의 극한파괴강도 약 27.01tonf를 기준으로 하여 처짐을 비교 . 분석한 결과 약 2.
H형 복공판의 경우 반복횟수가 증가하면서 변형량이 상판과 web의 변형률은 아주 미세하게 증가 또는 초기 변형률올 유지하였고, 하부에서는 인장응력이 미세하게 증가하는 것으로 보여져 1,000, 000회 까지 강성을 유지하였으며 향후 추가적인 재하에서도 안정적으로 거동을 할 수 있어 C형 복공판 보다 훨씬 높은 효용성을 갖고 있음올 알 수 있었다. 이에 비해 C형 복공판의 경우 반복횟수가 증가하면서 응력이 큰폭으로 증가하는 경향이 보이는데 이는 용접부의 접합이 단락 되면서 구조체의 일체화가 되지 못하므로 강성이 부족하여 일어나는 것으로 판단되므로 C형 복 공판에서 Spot 용접은 안전성에 문제를 야기시키는 요인으로 사료된다.
01tonf를 기준으로 하여 처짐을 비교 . 분석한 결과 약 2.67배로 증가되므로 하중이 증가 뇔 수록 C형 복공판은 H형 복공판에 비하여 강도가 훨씬 더 감소되어 짐을 알 수 있었다.

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