스테인리스강관과 일반구조용강관 단주내력 비교에 관한 연구

장호주,유재희,양영성,Jang, Ho Ju,Yu, Jea Hee,Yang, Young Sung 한국강구조학회 2003 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.15 No.5

본 논문은 스테인리스강관과 일반구조용강관의 비교를 통한 스테인리스 강관의 건축구조용 강재로서 적용성 검토를 위해, 폭(지름)-두께비, 단면형상을 주요 변수로 한 소재의 인장강도실험과 단주의 압축강도실험을 실시하여 소재의 기계적 성질과 단주의 강도 및 거동을 파악한다. 실험결과, 스테인리스강관은일반구조용 강관에 비해 인장내력, 항복비, 연신율, 에너지흡수능력 등이 월등히 우수한 것으로 나타났다. 항복내력 또한 KS규격 항복강도 $2.1tf/cm^2$ 나 일본 스테인리스설계기준강도 $2.4tf/cm^2$ 을 충분히 만족한 값으로 일반구조용 강판보다 더 높은 값을 보였다. 스테인리스 각형강관은 일반구조용 각형강관에 비해 폭-두께비의 제한값을 초과하는 경우에도 국부좌굴에 의한 급격한 내력저하 없이 연성적인 거동을 보이나 소성가공에 의한 영향은 폭-두께비가 증가하면서 더 많이 받는 것으로 나타났으며, 스테인리스 원형강관은 일반구조용 원형강관보다 지름-두께비가 증가함에 따라 국부좌굴과 소성가공의 영향을 더 적게 받는 것으로 나타났다. 소성변형능력 또한 일반구조용 강관에 비해 스테인리스 강관이 우수하게 나타났다. This study evaluate the characteristics of stainless steel for the use of stainless steel tubes as structural members. The strength of stainless steel tube was compared with that of steel tube stub-columns through tensile experiment and compressed experiment. The selected experimental parameters were diameter (width)-thickness and section shape. The results of tests showed that stainless steel tubes could be predicted as superior to steel tubes in terms of tensile strength, yield ratio, elongation percentage, and absorption ability of energy. The yield strength of stainless steel tubes were found to be higher than the Korean Standards ($Fy=2.1tf/cm^2$) and the design strength of SIJ-ASD($Fy=2.4tf/cm^2$). It was also higher then the yield strength of steel tubes. The plastic deformation of stainless steel tubes was found to beto that of steel tubes.

팽창형 강관 록볼트의 암반 강성에 따른 정착 거동 특성

김경철,김호종,정영훈,신종호,Kim, Kyeong-Cheol,Kim, Ho-Jong,Jung, Young-Hoon,Shin, Jong-Ho 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.2

팽창형 강관 록볼트의 설치 전 단면 형상은 ${\Omega}$형이어서, 팽창 중 거동은 기하학적 비선형 특성을 보인다. 기존 팽창형 강관 록볼트의 정착 거동에 관한 연구는 주로 이론적 방법이었다. 하지만 이론적 방법은 팽창형 강관 록볼트의 등방 팽창을 가정하므로, 실제 거동을 지나치게 단순화하였다. 본 연구에서는 강관 팽창 거동의 비선형성과 다양한 영향 특성을 고려한 수치해석을 이용하여, 팽창형 강관 록볼트의 정착 거동을 모사하였다. 본 해석을 통해 강관의 팽창 과정, 접촉응력 분포, 평균 접촉 응력 및 접촉 면적의 변화를 분석하였다. 암반의 탄소성 조건에 따라 강관의 접촉응력이 다르게 나타났는데, 탄성 조건의 암반에 설치된 강관에 비해 탄소성 조건의 암반에 설치된 강관에서 작은 접촉응력이 발생했다. 또한 암반의 강성에 따라 팽창형 강관 록볼트의 정착 거동이 달라졌다. 주어진 해석 조건에서 암반 강성이 0.5 GPa 이하 일 때 강관은 완전히 펴지지만, 암반 강성이 0.5 GPa보다 클 때 완전히 펴지지 않았다. 강관이 완전히 펴진 경우 암반 강성이 증가함에 따라 접촉응력의 크기가 증가했지만, 강관이 완전히 펴지지 않은 경우 암반 강성이 증가함에 따라 접촉응력의 크기가 감소했다. The expansion behavior of inflatable steel pipe rockbolt shows geometric nonlinearity due to its ${\Omega}-shaped$ section. Previous studies on the anchoring behavior of inflatable steel pipe rockbolt were mainly performed using theoretical method. However, those studies oversimplified the actual behavior by assuming isotropic expansion of inflatable steel pipe rockbolt. In this study, the anchoring behavior of the inflatable steel pipe rockbolt were investigated by the numerical method considering the irregularity of pipe expansion and other influencing factors. The expansion of inflatable steel pipe rockbolt, the contact stress distribution and the change of the average contact stress and the contact area during installation were analyzed. The contact stresses were developed differently depending on the constitutive behavior of rocks. Small contact stresses occurred in steel pipes installed in elasto-plastic rock compared to steel pipes installed in elastic rock. Also, the anchoring behaviors of the inflatable steel pipe rockbolt were different according to the stiffness of the rock. The steel pipe was completely unfolded in the case of the stiffness smaller than 0.5 GPa, but it was not fully unfolded in the case of the stiffness larger than 0.5 GPa for the given analysis condition. When the steel pipe is completely unfolded, the contact stress increases as the rock stiffness increases. However, the contact stress decreases as the rock stiffness increases when the steel pipe is not fully expanded.

고강도 강관 보강 그라우팅의 현장 적용성에 관한 연구

신현강,정혁상,유용선,김동훈 사단법인 한국터널지하공간학회 2019 한국터널지하공간학회논문집 Vol.21 No.4

In this paper, we conducted experimental investigation on the field applicability through the verification of reinforcement effect of the steel pipe reinforcement grouting using high strength steel pipe. SGT275 (formerly known as STK400) steel pipe is generally applied to the traditional steel pipe reinforcement grouting method. However, the analysis of tunnel collapse cases applying the steel pipe reinforcement grouting shows that there are cases where the excessive bending and breakage of steel pipe occur. One of the reasons causing these collapses is the lack of steel pipe stiffness responding to the loosening load of tunnels caused by excavation. The strength of steel pipe has increased due to the recent development of high strength steel pipe (SGT550). However, since research on the reinforcement method considering strength increase is insufficient, there is a need for research on this. Therefore, in this study, we conducted experiments on the tensile and bending strength based on various conditions between high strength steel pipe, and carried out basic research on effective field application depending on the strength difference of steel pipe through the conventional design method. In particular, we verified the reinforcement effect of high strength steel pipe through the measurement results of deformed shape and stress of steel pipe arising from excavation after constructing high strength steel pipe and general steel pipe at actual sites. The research results show that high strength steel pipe has excellent bending strength and the reinforcement effect of reinforced grouting. Further, it is expected that high strength steel pipe will have an arching effect thanks to strength increase. 본 논문에서는 고강도 강관을 이용한 강관 보강 그라우팅의 보강 효과 검증을 통해 현장 적용성에 관한 실험적 내용을 다루었다. 기존 강관보강 그라우팅 공법에는 SGT275 (구 STK400) 강관을 일반적으로 적용하고 있으나, 강관 보강 그라우팅이 적용된 터널의 붕락사례를 보면 강관의 과도한 꺾임, 파단 등의 사례가 발생되고 있다. 이러한 사례가 발생하는여러 원인 중 굴착에 따른 터널의 이완하중에 대응하는 강관의 강성 부족이 그 원인이 될 수 있다. 최근 들어 고강도 강관(SGT550)의 개발로 강관의 강도가 증가했으나, 강도 증대를 고려한 보강방안에 대한 연구가 미흡하므로 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 고강도 강관과 일반 강관의 이음 유무, 주입재의 충전 여부 등 다양한 조건에 대해 인장강도 및 휨 전단력 실험을 수행하고, 기존 제시된 설계법을 통해 강관의 강도 차이에 따른 효율적인 현장 적용성에 대한 기초 연구를 수행하였다. 특히, 실제 현장에 고강도 강관과 일반 강관을 시공하고 굴착에 따른 강관의 변위형상과 응력에 대한 계측 결과를 통해 고강도 강관의 보강 효과를 검증하였다. 연구결과 고강도 강관은 휨 강도가 우수하여 보강효과가 우수한 것으로 나타났으며, 강도 증진효과로 인해 아칭효과도 기대된다.

터널 현장 계측결과를 통한 강관보강 그라우팅의 거동 메커니즘

신현강,정혁상,이용주,김낙영,고성일 사단법인 한국터널지하공간학회 2021 한국터널지하공간학회논문집 Vol.23 No.3

This study aims to report the behavioral mechanism of steel pipe reinforcement grouting, which is being actively used to ensure the stability of the excavation surface during tunnel excavation, based on measurements taken at the actual site. After using a 12 m steel pipe attached with a shape displacement meter and a strain gauge to reinforce the actual tunnel surface, behavioral characteristics were identified by analyzing the measured deformation and stress of the steel pipe. Taking into account that the steel pipes were overlapped every 6 m, the measured data up to 7 m of excavation were used. In addition, the behavioral characteristics of the steel pipe reinforcement according to the difference in strength were also examined by applying steel pipes with different allowable stresses (SGT275 and SGT550). As a result of analyzing the behavior of steel pipes for 7 hours after the first excavation for 1 m and before proceeding with the next excavation, the stress redistribution due to the arching effect caused by the excavation relaxation load was observed. As excavation proceeded by 1 m, the excavated section exhibited the greatest deformation during excavation of 4 to 6 m due to the stress distribution of the three-dimensional relaxation load, and deformation and stress were generated in the steel pipe installed in the ground ahead of the tunnel face. As a result of comparing the behavior of SGT275 steel pipe (yield strength 275 MPa) and SGT550 steel pipe (yield strength 550 MPa), the difference in the amount of deformation was up to 18 times and the stress was up to 12 times; the stronger the steel pipe, the better it was at responding to the relaxation load. In this study, the behavior mechanism of steel pipe reinforcement grouting in response to the arching effect due to the relaxation load was identified based on the measured data during the actual tunnel excavation, and the results were reported. 본 논문은 터널 굴착 시 굴착면의 안정성 확보를 위해 매우 활발히 적용되고 있는 강관보강 그라우팅의 거동 메커니즘을 실제 현장의 계측결과를 이용하여 연구한 결과를 수록하였다. 계측방법은 12 m의 강관에 형상변위계와 변형률계를 부착하여 실제 터널면에 보강을 시행한 다음 강관의 변형과 응력의 계측값을 분석하여 거동 특성을 파악하였으며, 6 m마다 강관이 중첩되는 것을 고려하여 7 m 굴착 시까지의 계측결과를 활용하였다. 또한, 허용응력이 다른 강관(SGT275와 SGT550)을 적용하여 강도차이에 따른 강관 보강재의 거동 특성도 확인하였다. 굴착면에 강관을 설치하고 최초 1 m 굴착 후 다음 굴착이 진행되기 전까지 7시간 동안의 강관 거동을 분석한 결과 굴착 이완하중에 따른 아칭효과로 응력이 재분배되는 거동 특성을 확인할 수 있었다. 1 m씩 굴착됨에 따라 3차원적인 이완하중의 응력분배로 인해 굴착된 구간은 4~6 m 굴착 시 가장 큰 변형을 나타내었다. 이러한 계측을 통해 굴착 전방지반의 설치된 강관에도 변형과 응력이 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, SGT275강관(항복강도 275 MPa)과 SGT550강관(항복강도 550 MPa)의 거동을 비교한 결과 변형량의 차이는 최대 18배, 응력은 최대 12배 정도 차이가 발생되어 강도가 큰 강관일수록 이완하중에 대응이 유리한 것으로 나타났다. 본 논문에서는 실제 터널 굴착에 따른 강관의 계측결과를 이용하여 이완하중의 아칭효과에 대응하는 강관 보강 그라우팅의 거동 메커니즘을 확인할 수 있었고, 그 결과를 본 논문에 수록하였다.

소형 그라우트 충진 강관 부재의 횡방향성능에 관한 실험적 연구

정정식,이현기,김희정,안진희 한국방재학회 2019 한국방재학회논문집 Vol.19 No.1

Concrete-filled tubular members exhibit improved structural performance without need for additional sectional improvement. Such enhanced structural performance can be attributed to improved compressive strain in the filled concrete arising from a confining effect developed by the external tube as well as reduction of local buckling in the external tube. In this study, lateral load tests were performed to confirm the change in the structural performance as grout is filled in a steel tubular member, similar to the sectional stiffness of small-size H-beams. To compare the effect of filling grout on the change in the structural performance of the small tubular member, its load resistant behavior was examined as functions of the existence of grout in the tube and change of curvature of the filled tube. In addition, comparisons were made with lateral load resistant behaviors of H-beams with similar stiffness. 콘크리트 충진강관(CFT) 구조는 외부 강관의 구속효과에 따른 강관 내 충진 콘크리트의 압축변형률 향상과 강관의 국부좌굴 감소에 따라 부재의 단면증가 없이 부재의 구조성능이 향상된 부재이다. 본 연구에서는 콘크리트 충진강관과 같이 소형 H형강 수준의 단면강성을 가지는 소형 강관 부재에 그라우트를 충진함에 따라 나타나는 구조성능 변화를 확인하기 위하여 그라우트 충진 강관부재에 대한 횡방향 하중재하 실험을 실시하였다. 강관에 대한 그라우트 충진에 따른 강관부재의 구조성능 변화를 비교하기 위하여 강관에 대한 그라우트 충진유무와 충진강관의 곡률 변화에 따른 하중저항 거동을 평가하였으며, 유사한 강성을 가지는 H형강의 횡방향 거동특성과도 비교하였다.

수치해석을 통한 단일형 현장타설말뚝 외부강관의 적정 보강길이 산정

양우열(Wooyeol Yang),김완호(Wanho Kim),이강일(Kangil Lee) 한국지반환경공학회 2021 한국지반환경공학회논문집 Vol.22 No.6

교각기초 형식으로 적용되는 기초공법 중 하나는 단일형 현장타설말뚝이다. 이 말뚝에 대한 설계 시 주된 관심사항은 말뚝체에 작용하는 수평지지력 확보 여부이다. 현재 말뚝체의 강성증가를 위해 외부강관으로 말뚝체를 보강하여 말뚝의 수평지지력을 증가시키는 방법이 활용되고 있다. 그러나 지반조건에 따라 외부강관의 보강효과와 적정 강관보강 길이가 달라질 수 있음에도 이에 대한 연구가 미흡하여 현장에서는 대부분 말뚝체 전체를 외부강관으로 보강하고 있다. 그러나 시스템 내의 전체 말뚝길이를 외부강관으로 보강할 경우 공사 지연과 공사비의 증가로도 이어질 수 있다. 따라서 좀 더 효과적으로 외부강관을 활용하기 위해서는 외부강관으로 보강된 말뚝체를 대상으로 말뚝의 수평지지특성을 평가하여 강관의 적정한 보강길이를 결정해야 한다. 이에 본 연구에서는 수치해석방법을 통해 각 조건별 외부강관의 보강길이를 적용한 단일형 현장타설말뚝의 말뚝체에 대한 지지특성을 평가하고, 이 해석결과를 바탕으로 외부강관의 적정 보강길이를 제안하였다. 본 연구결과, 단일형 현장타설말뚝의 말뚝체에 대한 수평지지력을 효과적으로 증가시키기 위해서는 강관의 보강길이가 말뚝의 휨거동 영향범위인 1/β의 2배를 적용해야 하는 것으로 나타났다. One of the construction methods applied as a pier foundation type is a single type cast-in-place pile. In applying a pile bent system as a foundation type, the main concern in designing can be said to secure the lateral bearing capacity of pile structure in system. In addition, to increase the rigidity of the pile structure, a method of increasing the lateral bearing capacity by reinforcing the pile structure with a casing has been used. However, although the reinforcing effect and appropriate reinforcing length of casing may vary depending on the soil conditions, there is insufficient studies on this, and for this reason, the entire pile structure in a pile bent system is reinforced with a casing, in the field. In addition, if the length of the entire pile is reinforced with a casing, it may lead to delays in construction and increase in construction costs. That is, in order to more effectively reinforce the pile structure with a casing, it is necessary to study the lateral bearing characteristics of the reinforced pile structure in system. And it should be determined the appropriate reinforcing length of the casing from the evaluated bearing characteristics. Therefore, in this study, the lateral bearing characteristics of piles applied with the reinforcing length of casing for each condition were evaluated through a numerical analysis. And, based on the analysis results, the appropriate reinforcing length of casing was proposed. As a result of the study, it was found that in order to effectively increase the lateral bearing capacity of pile structure, the reinforcing length of casing should be applied twice the influence range of the bending behavior of the pile, 1/β.

강관 기둥부재의 하중비에 따른 내화성능 연구

권인규 대한건축학회지회연합회 2011 대한건축학회연합논문집 Vol.13 No.1

강관은 기하학적으로 대칭 단면을 가지고 있으므로 구조 성능이 우수하며, 접합부의 개선 노력으로 최근 강구조 건축물의 기둥부재로 널리 활용되는 추세이다. 또한 강관 부재 내부에 콘크리트가 충전됨으로써 여러 가지 장점이 부각되는 콘크리트 충전강관에 관한 연구 및 적용사례가 증대되고 있으나, 내화성능에 관한 자료는 매우 제한적이다. 따라서 본 논문에서는 강관기둥부재 및 강관 내부에 콘크리트를 충전하여 내력이 증대된 콘크리트 충전강관 기둥부재의 내화성능을 하중비에 따라 시험적으로 평가하여 향후 성능중심 내화설계에 요구되는 기반 자료 도출을 목적으로 한다.

비개착 강관압입공법의 지표침하 예측방법 연구

정지승(Jeeseung Chung),이규영(Gyuyoung Lee) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.11

최근 급격한 도시화로 인한 신도시, 택지개발지구 등의 증가로 기존 구조물 하부를 통과하는 비개착 강관압입공법의 적용이 증가하는 추세이다. 비개착공법은 시공 중 기존구조물의 정상적인 운영 안정성이 확보되어야 하므로 강관압입에 의한 지표침하의 정밀한 예측이 필수적으로 필요한 공법이다. 강관압입 시 침하를 발생시키는 원인은 강관 선단과 강관과의 직경차에 의한 공극, 원활한 강관압입을 위한 과굴착, 강관과 지반과의 마찰에 의한 공극 발생 등이 있으며, 이는 Shield TBM 시공 시 발생하는 침하원인과 유사하다. 본 연구에서는 Shield TBM의 침하 예측방법인 Gap Parameter Method와 Volume Loss Method를 이용하여 강관압입 시 침하를 예측하였으며, 현장시험을 통하여 예측방법에 대한 비교?분석을 수행하였다. 그 결과 Volume Loss 예측방법이 현장시험과 가장 유사한 결과로 나타났으나, 추후 예측방법의 Factor 결정 및 비개착공법 전체 침하예측을 위한 적용성 등 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. Non-excavation method is needed to secure the stability of existing structures during construction. Therefore, prediction of ground settlement is essential. Causes of settlement when using steel pipe indentation method are leading pipe-steel pipe gap, excessive excavation and soil-steel pipe friction etc. Also they are similar to the causes of settlement when using Shield TBM during construction. In this study, ground settlement during steel pipe indentation is predicted by the Gap Parameter Method and Volume Loss Method which are kinds of Shield TBM prediction Method. and compared with those of prediction methods by conducting field test. As a result, Volume Loss Prediction Method is the most similar to the field tests. However, It is needed to additional studies, such as decision of the factors and adaptability for total settlement predictions of non-excavation method.

조립각형 CFT 기둥의 용접크기 결정을 위한 수압실험 및 해석

이성희,김선희,김영호,최성모,Lee, Seong-Hui,Kim, Sun Hee,Kim, Young Ho,Choi, Sung Mo 한국강구조학회 2009 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.21 No.5

콘크리트 충전강관에 사용되는 강관의 제작법은 재단된 4장의 플레이트를 모서리에서 용접하는 일반강관 제작법과, ㄷ형으로 절곡성형과정을 거쳐 2-Seam으로 용접하는 제작방법, 그리고 원형강관을 압축하여 4각형태로 만드는 방법등이 일반적으로 사용되며, 강관제작에 사용되는 용접방법과 용접량의 선택은 강관 제작비용에 큰 부분을 차지하고 있다. 새로운 제작형식으로 개발된 각형강관은 4장의 플레이트를 ㄱ형으로 절곡성형한 후 강관 폭의 중앙에서 4-Seam Flare 용접하는 방식이다. 본 연구에서는 새로운 제작형식의 CFT 각형 기둥에 대하여 용접량 평가를 위한 실험방법을 제시하고, 강관 제작법, 강관두께 및 용접량을 변수로 총 6개의 실험체를 제작하여 구조실험 및 해석을 수행하여 강관내부의 수압에 따른 강관의 거동을 평가하였다. There are three main production processes in the manufacture of concrete-filled square steel columns. The first process is known as the 'box-type process' or 'four-seam method,' wherein four beams are welded together at the seams. The second is the 'cold-forming process' or 'two-seam method,' wherein the seams of two channel beams are welded together. The third is the 'pressing process' or 'one-seam method,' wherein a circular column is pressed until it becomes a square column. In calculating the production cost for the making of a steel tube, it is very important to consider the welding process to be used and the desiredthickness of the steel tube, such as a square column that was developed under a new method, formed through the four-seam flare welding method at the center of the steel column width, following the L-shape formation. Certain tests were suggested in this study to evaluate the welding amount of concrete-filled square steel columns. With the parameters of the production method of a square steel column, the thickness of the steel square columns, and the welding amount, six specimens were produced. A structural test and finite-element analysis were conducted to assess the behavior of the steel column according to the water pressure inside the steel columns.

콘크리트 충전 팔각 강관합성기둥의 압축강도평가

임종진,엄태성 한국강구조학회 2019 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.31 No.5

이 연구에서는 콘크리트 충전 팔각강관기둥(OCFT기둥)의 압축거동에 대하여 실험연구를 수행하였다. 박판절곡단면을 사용하여 세장단면 및 비조밀단면으로 설계된 8개의 OCFT기둥에 대하여 압축실험을 수행하였다. 실험변수로는 강관 제작상세, 강관벽두께 및 단면 형상을 고려하였다. 실험결과, 강관벽의 좌굴모드와 기둥의 압축강도는 실험변수에 의하여 크게 영향을 받았다. 두꺼운강관벽과 원형에 가까운 단면형상을 사용함으로써, OCFT기둥에서 강관벽의 국부좌굴은 지연되고 압축강도는 증가하였다. KBC 2016 및 AISC 36016에제시된 충전형 각형강관 및 원형강관 합성기둥 설계규정에 따라 OCFT기둥의 이론 압축강도를 계산하고, 이를실험강도와 비교하였다. In this study, the axial compression behavior of concretefilled octagonal tube columns (OCFT columns) was experimentally investigated. Eight OCFT column specimens designed as the slender and noncompact sections using thinwalled tubes were prepared for the compression test. The wall thickness, fabrication detail, and section shape of the thinwalled tubes were considered as the test parameters. The test results showed that the buckling mode of the tubes and the compressive strength of the columns were affected by the test parameters. By using the thick tube wall and section geometry close to a circle, the local buckling of the tube wall was delayed and thus the column strengths were increased. The theoretical strengths of the OCFT columns computed in accordance with the provisions for filled composite columns specified in KBC 2016 and AISC 36016 were compared with the test strengths.