원형 강관의 국부 부식손상 수준 및 손상형태에 따른 압축강도 성능평가

안진희,남동균,이원홍,허정원,김인태,Ahn, Jin Hee,Nam, Dong Kyun,Lee, Won Hong,Huh, Jungwon,Kim, In Tae 한국강구조학회 2016 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.28 No.4

극심한 대기부식 환경에 설치된 강구조물은 사용기간 증가에 따라 발생한 부식손상에 따라 구조성능의 변화나 감소가 발생할 수 있다. 본 연구는 부식손상 특징에 따른 강관부재의 압축강도 성능 변화를 평가하기 위하여 강관 시험체에 인위적인 부식손상을 도입한 후 압축강도 평가시험을 통하여 부식손상에 따른 압축강도 변화 및 거동변화를 평가하였다. 부식손상의 경우 단면에 대한 국부적인 부식손상의 형태 및 위치의 영향이 있는 것으로 평가되었으며, 국부부식 위치와 부식손상으로 인한 단면이 변화부 주위에서 국부 변형에 의한 파괴가 발생하는 것으로 분석되었다. 또한 본 연구결과를 통하여 부식의 분포 및 부식의 손상량에 따른 강관부재의 압축강도 변화관계를 부식손상량에 따라 평가할 수 있도록 제시하였다 For a steel structure with long service period, structural performance can be changed or decreased by corrosion damage occurred under severe corrosion environment condition. In this study, to examine compressive strength and behavior of circular steel member depending on corrosion damage, compressive loading tests were conducted using circular steel member with artificial corrosion damage which was applied by mechanical process and hand drill. From test results, local corrosion area and pattern is related to their structural performance. Their lcoal bucklings were occurred near artificially sectional damaged part. Reduction in compressive strength of circular steel member was also suggested according to their corroded part and damage.

부식 손상된 가시설 강재의 축압축 좌굴강도 추정에 관한 실험적 연구

김인태,이명진,신창희 한국구조물진단유지관리공학회 2011 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.15 No.6

강구조물은 주로 도장에 의해 방식처리 되고 있지만, 장기간 사용함에 따라 강재표면에 부식손상이 발생하게 된다. 이러한 부식손상은 단면감소와 이로 인한 좌굴내하력을 저하시킬 우려가 있다. 현재 다양한 등단면형상과 지지조건에 대한 좌굴강도 추정식 및 설계식이 제안되어 있으나, 부식손상으로 인한 불규칙한 변단면 강부재의 축압축 좌굴강도 평가법은 아직 확립되어 있지 않다. 본 연구에서는 부식 손상된 가시설 강부재에서 절취한 강재시편의 축압축 좌굴실험을 실시하여, 부식강재의 좌굴강도 평가에 대한 기초적 연구를 수행하였다. 본 실험에서는 먼저 가시설 주형보의 웨브로부터 시편 지지길이를 200, 300, 400, 500, 600mm로 달리한 5종류 시편을 각각 2개씩 총 10개의 강재시편을 절취하고, 화학적 방법에 의해 녹을 제거하였다. 그리고 3차원 광학 스캐너를 이용하여 1x1mm 간격으로 표면형상을 측정하여, 각 시편의 잔존두께를 산출하였다. 그리고 10개의 부식 손상된 시편과 부식 손상되지 않은 무부식 시편 12개를 양단 완전고정지지 조건하에서 축압축 좌굴실험을 실시하여, 부식두께감소량 및 시편의 표면형상과 축압축 좌굴강도와의 상관관계를 분석하였다. 그 결과, 부식 손상정도에 상관없는 무부식 등단면 강재와 동일하게 좌굴강도를 평가할 수 있는 불규칙 변단면 부식강재의 폭방향평균 최소두께 또는 평균잔존두께와 표준편차의 차로 계산되는 유효두께를 적용하여 축압축 좌굴강도을 추정할 수 있음을 제안하였다. 또한 이러한 결과를 실무에도 적용할 수 있도록 실용적인 부식강재의 잔존두께 측정간격도 제시하였다. Steel structures have been generally painted to prevent corrosion damage. However, the painted film is deteriorated with increase in service life, and then corrosion damage resulting in cross sectional area occurs on steel surface. As a result, the buckling strength of steel structures can be decreased due to the corrosion damages. The evaluation method of the axial buckling strength of columns about a variety of section shapes and supporting conditions have been presented, but evaluation method of buckling strength about irregular nonprismatic columns is not established. In this study, the axial buckling strength of corroded steels was evaluated based on the buckling test results of corroded steel specimens that were cut off at a temporary steel structure. The corroded specimens were picked up total 10 specimens according to various slenderness ratio from the web of a temporary structure's main beam. The length of specimens is 200, 300, 400, 500 and 600mm respectively. The rust productions were removed by the chemical treatment. Then, the surface geometry was measured at intervals of 1x1mm by using the optical 3D digitizing system, and the residual thickness of the specimens was calculated. The axial buckling test was performed on 10 corroded specimens and 12 non-corroded specimens under the fixed-fixed support condition. From the test results, the effect of corrosion damages on axial buckling load was investigated. Regardless of corrosion damage degree, the axial buckling strength of corroded specimens and non-corroded specimens was evaluated identically by using minimum average residual thickness or average residual thickness to minus its standard deviation. Reasonable measuring intervals of residual thickness was proposed by using the results to apply for practical works.

인위적 표면 단면손상 수준에 따른 원형 부재의 인장성능 변화

하민균 ( Min-gyun Ha ),권태윤 ( Tae-yun Kwon ),이원홍 ( Won-hong Lee ),안진희 ( Jin-hee Ahn ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.25 No.3

본 연구에서는 부식에 의하여 발생하는 표면 단면손상을 고려하여 인위적인 표면 단면손상이 도입된 원형인장 부재의 인장성능 변화를 평가하였다. 인장성능 평가를 위하여 부식수준에 따른 인위적인 단면손상을 손상 폭과 높이를 변화시켜 원형강관 시험체 표면에 도입하였으며, 단면손상 수준에 따른 인장성능 변화를 평가하였다. 인장강도 실험 결과, 원형단면 강관부재의 인장강도는 강관부재의 길이 방향 손상이 아닌 부재 둘레 방향 손상의 영향을 받는 것으로 나타났으며, 부재의 파괴는 손상이 발생한 부재의 최소 단면에서 발생하는 것으로 나타났다. 표면에 불규칙한 손상이 도입된 강관 시험체의 단면조건을 명확하게 평가할 수 없으므로, 단면손상으로 인한 인장강도 변화를 정량적으로 비교하기 위하여 동일 단면 감소효과가 고려된 강관 부재에 대한 비선형 구조해석을 실시하였다. 비선형 구조해석 결과, 실제 부재 표면에 국부적 단면손상이 발생한 부재의 인장강도는 동일 단면 감소효과를 고려한 부재의 인장강도에 비하여 상대적으로 급격하게 저하하는 것으로 평가되었다. 국부부식과 같이 표면에 불규칙한 단면손상이 발생한 부재의 잔존인장성능은 인장시험과 등가손상 단면과 구조해석 결과로부터 평가된 상관계수를 이용하여 평가 및 예측될 수 있을 것이다. This study was examined the tensile strength change of a circular tubular member with artificial sectional damage on its surface to consider surface sectional damage by corrosion. The tensile strength tests were conducted using circular tubular specimens with artificial sectional damage considering sectional damaged height and width on its surface according to the corrosion level. From the tensile strength test results, it is confirmed that tensile strength of the circular tubular specimens was affected by the damaged circumference (damaged width), not damaged length (damaged height) and their tensile failures were appeared at the minimum section of the artificial sectional damage part. Nonlinear finite-element analyses were conducted considering equivalent sectional damage effect on sectional damaged part in tensile specimens to examine the change in the tensile strength of tubular specimens with artificial sectional damage since it is difficult to estimate the sectional damaged surface condition of the specimens clearly. From the nonlinear finite element analysis results for the tensile test specimens, tensile strengths of test specimens with irregular sectional damaged surface were relatively evaluated to be highly decreased than these of FE analysis model with equivalent sectional damage. Therefore, residual tensile strengths of tensile members with irregular sectional damage as local corrosion can be evaluated and predicted using correlation coefficient between tensile test results and FE analysis results with equivalent sectional damage.

수소취성의 무서운 공포

최병학(B.G Choe),민두식(D.S Min),심윤임(Y.I Shim),최송천(S.C Choi),이장우(J.W Lee),김우식(W.S Kim) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.11

1. 고온, Hydrogen Attack, 펄라이트 분해(메탄반응) 2. 저온, Hydrogen Embrittlement, Delayed 균열 3. 응력/부식, Hydrogen Stress Corrosion, S/CI 집적동반 수소취성을 대하며 첫 번째 결정은 이것을 손상분류체계 중 어디에 속하게 할 것인가 이었는데, 비교적 큰 갈등 없이 사용상>피로/부식/고온 분류 중 부식에 넣는다. 고전적인 부식은 틈새/갈바닉/응력-부식/입계예민화/피트/마식/염기성부식의 7개 분야로 나눌 수 있는데, 여기에 특별히 “수소취성” 부식을 여덟 번째로 더하는 것이다. 아주 잦지는 않지만 그래도 종종 손상진단 사건들에서 수소취성 관련 의심 증거들이 나타난다. 그런데 사실 손상진단 현장에서 자신 있게 수소취성을 원인으로 내세우는 것은 실험적인 증거가 미약하여 쉽지 않다. 이것은 원자번호 1번인 작은 수소(분자 또는 이온형태)가 금속과 어떤 작용을 하는 가에 대한 분석이 어렵기 때문이다. 본 연구는 수소취성을 종합 정리해 보고자한 것이다. 우선 온도에 따른 반응기구별 분류를 하였는데, 잘 밝혀보지 않은 것은 부식관련 기구로 마지막 분류체계에 넣었다. 이와 같은 분류체계가 수소취성의 “The best”일지는 확신할 수 없다. 하지만 현장에서 종종 의심되는 수소취성의 손상사건들을 인단 정형화된 분류 틀에 넣어 진단 논리를 단순화할 필요가 크다.

부식생성물 두께를 이용한 구조용 강재의 부식량 추정

이영빈,정영수,성택룡,안진희,Lee, Young Bin,Jeong, Young-Soo,Seong, Taek Ryeong,Ahn, Jin-Hee 한국강구조학회 2018 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.30 No.3

일반적으로 탄소강은 부식에 대한 구조물의 성능을 확보하기 위하여 도장을 통하여 내구성을 확보한다. 하지만 도막열화가 발생하거나 도장이 없는 강재의 경우 부식으로 인한 강재의 단면손실이 발생하게 된다. 탄소강과 비교하여 내후성강재는 표면에 형성된 녹 층을 통하여 강재부식 발생속도를 제한함으로써 강재 내구성을 확보하게 되나, 부식 환경에 따라 발생하게 되는 표면 녹 층에 따라 부식손상 다르게 나타날 수 있다. 본 연구는 구조용 강재로 사용되고 있는 탄소강과 내후성강의 부식저항성능과 손상수준을 비교 평가하기 위하여 염수분무, 건조 및 습윤 상태를 모사한 실내부식실험을 실시하였다. 탄소강과 내후성강의 녹 층 형성과정과 녹 안정화 과정이 다르므로 강재 표면에 생성된 부식생성물의 조성성분 및 미세구조를 분석하였다. 또한 강종에 따른 부식감소량과 부식생성물 두께와의 상관관계를 검토하고, 부식생성물 두께에 따른 부식감소량 추정식을 제시하였다. Carbon steel for steel structures can be ensured its durability from paint coating to maintain the structural performance of the structure against corrosion. However, in the case of steel with paint coating deterioration or unpainted, sectional loss of steel member can be occurred by corrosion problem. Compared with carbon steel, weathering steels ensures its durability from limiting the corrosion rate of the steel determined by corrosion rust layer. However, its corrosion damage can be different depending on the surface rust layer generated by the corrosion environment. In this study, therefore, accelerated corrosion test were carried out to evaluate corrosion resistance and damage level of carbon steel and weathering steel for steel structures. The composition and micro structure of the corrosion products formed on the surface of the steel were analyzed, since the process of forming the rust layer and the stabilization of the rust of carbon steel and weathering steel were different. Also, correlation between the amount of corrosion loss and the thickness of corrosion products according to the steel type was examined and the estimation equation of corrosion loss for structural steel was presented based on the thickness of the corrosion product.

단부에 국부부식이 발생한 용접 원형 강관의 잔존 압축 강도 평가

김형석,신창희,다오두이킨,정영수,김인태,Kim, Hyoung Seok,Shin, Chang Hee,Dao, Duy Kien,Jeong, Young Soo,Kim, In Tae 한국강구조학회 2018 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.30 No.3

본 연구에서는 연결부나 지점부 등 단부에 국부부식이 발생한 원형강관의 압축강도 평가법을 검토하기 위해, 단부에 인위적인 국부부식을 모사한 용접 원형강관의 압축실험을 실시하였다. 원형강관 시험체는 단주로 제작하였으며, 부식환경에 따른 다양한 국부부식 정도를 모사하기 위해 부식된 깊이를 0, 4, 6 mm로, 부식된 높이를 0, 20, 60, 180 mm로 기계 가공하였다. 압축실험 결과, 압축 임계하중은 부식된 깊이 및 높이가 증가함에 따라 선형적으로 감소하였으며, 잔존 임계하중비는 부식손상 부피비로 추정할 수 있음을 확인하였다. 또한, 국부부식 손상 부피비를 이용하여 단부에 부식손상이 발생한 용접 원형강관 단주의 잔존 압축 임계하중 평가식을 제시하였다. To investigate compressive strength of corroded circular tubular columns, compression tests were carried out on welded circular tubular members with locally corroded end. The members were cut into short columns and artificial local corrosion were introduced to the bottom end with different corrosion depth of 0, 4, 6mm and height of 0, 20, 60, 180mm. As a result, compressive critical loads decreased linearly with increasing of corrosion level (depth and height), and it was confirmed that residual compressive critical loads can be evaluated by corroded volume loss ratio. Accordingly, an equation of residual compressive critical loads was suggested for welded circular tubular short columns with locally corroded ends.

강재 수문의 부재 위치 및 설치 방향에 따른 상대 부식속도 평가

하민균,정영수,박승훈,안진희 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.23 No.7

The corrosion amounts of steel structures can be different from depending on the type of installation and height. Thus, their corrosion maintenance should be considered depending on installation conditions of local structural members. In this study, atmospheric exposure test was conducted to evaluate the corrosion amount and corrosion rate depending on the type of installation and height of a steel water gate using monitoring steel plates and corrosion environment measuring sensors. The mean corrosion depth was evaluated using weight loss method and the galvanic corrosion current was measured by corrosion environment measuring sensors. Local corrosion rate of local structural member in steel water gate was estimated using measured mean corrosion depths and galvanic corrosion currents. From this measurement results, corrosion damage in horizontal member of the cross beam was highly evaluated than those of other structural member as skin plate, etc. The relative difference in the corrosion rate of a local structural member could be highly affected by local corrosion environments of steel water gate members. Therefore, an appropriate maintenance method should be considered for local corrosion damages of local structural members determined by local corrosion environments of a steel water gate. 강재로 제작된 구조물의 부식량은 설치형태에 따라 상이하게 나타나므로 그에 따른 효율적인 관리가 필요하다. 본 연구에서는 강재 수문의 설치형태와 높이에 따른 부식량과 부식속도를 평가하기 위하여 설치형태와 높이에 따라 모니터링 시험체와 부식환경측정 센서를 설치하여 대기노출실험을 실시하였다. 노출기간에 따라 모니터링 시험체를 회수하여 중량감소법으로 평가된 평균부식두께와 부식환경측정 센서를 통하여 계측된 갈바닉 부식전류량과의 상관관계를 이용하여 강재 수문의 설치형태와 높이에 따른 향후 부식량을 예측하였다. 본 연구결과 수문의 가로보 수평부재는 상대적으로 가로보 스킨플레이트 부재 등의 부식손상량과 비교하면 매우 크게 발생하고 있으며, 수문 부재의 국부적 환경에 따라 부식속도가 크게 영향을 받을 수 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 강재 수문의 국부적 부식환경 차이에 따른 부식손상 수준을 고려한 수문의 적절한 유지관리가 필요할 것으로 판단된다.

Alloy 600TT 증기발생기 전열관내 일렬 원주방향 표면 일차수응력 부식균열 성장에 미치는 균열 간격의 영향 고찰

허은주(Eun-Ju Heo),김종성(Jong-Sung Kim),전준영(Jun-Young Jeon),김윤재(Yun-Jae Kim) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集A Vol.39 No.3

일차수응력부식균열 개시 모델과 거시적 현상학적인 손상역학 접근론에 기반한 유한요소 손상해석을 수행하여 Alloy 600TT 로 제작된 원전 증기발생기 전열관에 발생하는 일렬 원주방향 표면 일차수응력부식균열의 성장에 미치는 균열 간격의 영향을 고찰하였다. 기존 연구 결과와의 비교를 통해 손상해석 방법의 타당성을 검증하였다. 검증된 방법을 일렬 원주방향 표면 일차수응력부식균열에 적용하였다. 적용한 결과, 단일 균열에 비하여 일렬 균열의 경우 보다 빠른 합체시간과 관통시간을 보이며 균열 간격이 증가할수록 합체시간과 관통시간은 증가함을 확인하였다. 또한 일정 간격이상으로 두 균열이 떨어지면 합체 이전에 관통될 수 있음을 확인하였다. The study investigated the effect of the distance between two collinear circumferential surface cracks on the primary stress corrosion crack (PWSCC) growth in alloy 600TT steam generator tubes using a finite element damage analysis based on the PWSCC initiation model and macroscopic phenomenological damage mechanics approach. The damage analysis method was verified by comparing the results to the previous study results. The verified method was applied to collinear circumferential surface PWSCCs. As a result, it was found that the collinear cracks showed earlier coalescence and penetration times than the a single crack, and the times increased with the distance. In addition, it is expected that penetration may occur before coalescence of two cracks if they are more than a specific distance apart.

부식 강재 복공판의 재사용성 평가에 관한 기초적 연구

김인태,김동우,정진환,최형석 한국구조물진단유지관리공학회 2009 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.13 No.4

복공판은 규격화된 강재를 조합하여 용접에 의해 일체화 시킨 것으로 주로 지하작업공간의 확보, 가설차도 및 보도의 용도로 사용되며, 지하철, 지하상가 등의 건설을 위한 복개부와 가설교량의 상부구조 등에 적용된다. 이러한 복공판이 부식 손상된 경우에는 정량적인 잔존내하력 평가 없이 육안조사에 의한 판별 후 교체 또는 일정기간 사용 후 교체 등으로 그 기능을 유지하고 있다. 이에 본 연구에서는 부식된 복공판의 지속적 사용한계를 확인하고 경제적이고 효율적인 복공판 교체시기를 결정하기 위하여, 실제 지하철 현장에서 사용되고 있는 부식 손상된 복공판을 대상으로 각 구성 강재의 잔존두께를 측정하고, 휨 재하실험을 실시하였다. 그리고 수치해석을 수행하여 그 결과를 실험결과와 비교, 분석하였다. 그 결과 복공판 측, 하판의 두께 감소량과 잔존내하력과의 관계를 분석하여, 부식두께 감소량에 의한 복공판의 적절한 교체주기를 결정할 수 있는 지표를 제시하였다. Channel-type lining board(CLB) is a welded steel structure used in the field of open cut subway excavation and building basement construction. Lining board is generally installed at the underground environment which is exposed to corrosion factors such as humidity, temperature and corrosive gases. This study evaluates reusability of the corroded lining board by experimental and analytical method. Static loading tests were performed to know serviceability of corroded CLB after checking thickness loss of the used CLB parts. Strain of the plates and middle point deflection was measured simultaneously. According to experimental test results and comparison with numerical analysis, the thickness loss of the plates by corrosion makes more vertical displacements and stresses in members under the DB vehicle load considering impact factor. As a result, this paper is proposed a way to evaluate used and corroded CLB by checking the plates thickness and it makes construction engineers easy to know optimal time to replace their old CLBs with new one.

선체 부식 및 손상 부재를 고려한 침몰선박의 구조 안전성 평가에 관한 연구 - 제7 해성호를 중심으로 -

이승현,김원돈,서재준,Lee, Seung Hyun,Kim, Won Don,Suh, Jae-Joon The Korean Society for Marine Environment and Ener 2016 한국해양환경·에너지학회지 Vol.19 No.4

Sunken ships cause damage to the environment due to the dispersal of fuel oil and harmful cargo goods in the hull. Since the sunken ship is mostly flooded by the seabed, it tends to be in a relatively stable condition. However, the heavy body, together with the load of remaining goods in the cargo hold, the constant contact with the seabed, and ocean currents and tidal waves, can affect dispersal of residual fuel oils out of the sunken ship. Corrosion of the sunken ship starts upon sinking, decreasing the thickness of the hull structure and sub-materials. Therefore, it is necessary to assess the structural stability against the potential breakdown of the sunken ship. Whilst evaluating the danger of the sunken ship, this result should be reflected in 'the possible discharge'. This study was undertaken to suggest a procedure for a step by step evaluation to assess the structural stability a sunken ship. The structural stability assessment to estimate the collapsibility of the hull was structure targeted at the sunken ship 'No. 7 HaeSung', which was classified as the prime example for the intensive management of sunken ships. This study was undertaken to suggest a procedure for a step by step evaluation to assess the structural stability a sunken ship and to propose a method to conduct a structural safety assessment that estimates the collapsibility of the hull by targeting the sunken ship 'No. 7 HaeSung',which was classified as the prime example for the intensive management of sunken ships. The collapsibility of the hull structure was estimated Based on the damage size of the hull structure, and the corrosion rate of the hull structure and sub-materials due to the seawater after sinking. It was confirmed that there was a low possibility of the total destruction of the hull structure at the current time. However, there is a high possibility in the potential failure of the hull structure due to increased rate of corrosion thereafter. Therefore, we believe continuous study on influence of corrosion and marine environment change to sunken ship's structural safety is necessary. 침몰선박은 선체 내에 적재되어 있는 잔존연료 및 유해 화물 등의 유출로 인하여 주변 환경과 선박의 안전 항해에 피해 요인으로 작용할 수 있다. 대부분의 침몰선박은 해저에 침수된 상태로 비교적 안정적인 상태로 놓여있지만 선체 자중, 화물창의 잔존화물에 의한 하중과 해저면과의 접촉상태, 조류 및 해류 등의 영향으로 침몰선박 잔존연료 유출에 영향을 줄 수 있다. 침몰선박은 침몰 이후 부식이 진행되어 선체 구조부재의 두께가 지속적으로 감소하고 있는 상황이다. 따라서 침몰선박의 붕괴 가능성에 대한 구조안전성 평가가 필요하며 그 결과는 침몰선박의 위해도 평가요소 중 '유출가능성' 평가 항목에 반영되어야 한다. 본 연구에서는 침몰선박의 구조 안전성 평가 방법에 대한 단계별 절차를 제시하고, 집중관리대상 침몰선박으로 분류된 '제7해성호'를 대상으로 선체구조의 붕괴 가능성을 추정하기 위한 구조 안전성 평가 방안을 제시한다. 침몰 당시 선체 손상 상태와 침몰 이후 선체구조 부재의 부식량 추정을 바탕으로 대상 침몰선박의 선체구조 붕괴 가능성을 산정한 결과, 현 상태에서는 전체적인 선체구조 붕괴가 일어날 가능성이 낮은 편으로 추정되지만, 향후 시간에 따른 부식량 증가로 인한 선체구조 붕괴가 일어날 가능성은 다소 높은 것으로 판단된다. 따라서 부식 및 해양환경 변화가 침몰선체 구조 안전성에 미치는 영향 등의 연구는 지속적으로 수행 되어져야 할 것으로 사료된다.