제작을 고려한 고강도강재의 용접성능에 관한 연구

경갑수,홍성욱,박용진,Kyung, Kab Soo,Hong, Sung Wook,Park, Yong Jin 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.10 No.3

High-strength steel in steel bridges is the key to achieving cost-efficiency because it facilitates lightweight construction and rationalizes structure. The future of high-strength steel is bright, with its use projected to expand. As such, it is necessary to evaluate precisely various factors affecting the process of fabricating high-strength steel, i.e., welding heat, strain hardening, and weldability and performance of the welded joints. This study therefore performed the maximum hardness test and y-groove weld crack test using welding processes such as SAW, FCAW, and GMAW, in order to investigate the welding performance and characteristics of welded Joints or high-strength steel produced in Korea such as SM570, POSTEN60, and POSTEN80. In addition, a series of welding tests was carried out to estimate the tensile strength, bending characteristics, absorbed energy, and hardness in welded joints. 강교량에서 사용강재의 고강도화에 의한 구조의 경량화, 합리화는 강교량의 제작 및 가설측면에서 강교량의 경제성을 부각시키고 있다. 이러한 추세에 따라서 향후 강교량 건설에 있어서 고강도강재의 적용사례는 지속적으로 증가할 전망이다. 따라서, 교량부재에 고강도강재를 적용하기 위해서는 강재의 제작작업에서 발생하는 다양한 요인, 예를 들면 용접에 의한 용접열, 부재의 절단 및 가공에 의한 변형경화 등과 같은 강재의 용접성 및 용접이음성능을 정확하게 평가하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 현재 국내에서 생산되고 있는 SM570, POSTEN60, POSTEN80의 조질 고강도강재를 대상으로 고강도강재의 용접에 따른 용접성 및 가공성을 조사하기 위해서 용접방법별로 최고경도시험 및 경사y형용접터짐시험을 실시하였으며, 또한, 용접이음부의 인장강도, 굽힘성, 흡수에너지 및 경도를 조사하기 위해서 일련의 용접이음시험을 실시하였다.

고강도강재의 효율적 사용을 위한 초고층건물의 최적설계기법

서지현,권봉근,김상범,박효선,Seo, Ji-Hyun,Kwon, Bong-Keun,Kim, Sang-Bum,Park, Hyo-Seon 한국전산구조공학회 2009 한국전산구조공학회논문집 Vol.22 No.3

최근 국내에서 400~600MPa급의 구조용 고강도강재가 생산되고 있으며, 큰 하중을 부담해야 하는 초고층건물에는 고강도강재의 사용이 효과적일 것으로 예상되나, 고강도강재의 적절한 사용법 및 적용사례 부족으로 인해 고강도강재는 일부 건축물에서 제한적으로 사용되고 있다. 그럼으로 본 연구에서는 고강도강재를 초고층건물에 이용할 수 있는 방법으로 최적화기법을 이용한 초고층건물 구조비용 최적설계기법을 개발하였다. 개발된 최적설계법은 강재의 강종별 재료 가격을 고려하며 강재의 강도와 크기를 결정함으로서 구조비용을 최소화 시킬 수 있다. 제안된 구조비용 최적설계법을 6개의 실제 초고층건물 구조설계에 적용하였으며, 경험에 의존한 구조 설계를 병행하여 개발된 최적설계법의 효율성과 적용성을 평가하였다. 개발된 초고층건물 구조비용 최적화기법은 경험에 의존한 설계에 비해 7~21%정도의 구조비용을 절감할 수 있었다. 또한, 제안된 최적설계법의 적용결과로서 얻어진 강재의 강도분포와 강종별 재료비용의 분석을 통해서 고강도강재를 초고층건물에 효과적으로 적용하기 위한 간략한 가이드라인을 제시하였다. Recently, the high-strength steel of 400~600MPa tensile strength is producing in the country. Use of high-strength steel member in the design of high-rise buildings is expected to increase the efficiency of structural design in the aspect of structure material weight and cost, however it has been used only a narrow extent. No efficient design method to use high-strength steel in the design of high-rise buildings has been developed. Therefore, in this study structural cost optimization technique that can minimize the structural material cost of high-rise buildings using high-strength steels is developed. The efficiency of the technique is evaluated by comparing the experience-based design for 6 high-rise building examples. As a result, the proposed techniques can save 7~21% of structural material cost compared with experienced-based design. And also, the rough guideline for effective use of high-strength steels in the structural design of high-rise buildings is introduced on the basis of results.

면진시스템용 U형 강재댐퍼의 형상 개발에 대한 해석적 연구

권순일,오상훈,이상호,Quan, Chun-Ri,Oh, Sang-Hoon,Lee, Sang-Ho 한국강구조학회 2010 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.22 No.1

면진기술은 건축물의 구조적 피해를 줄이고 진동에 민감한 구조물의 내진성능을 향상시키는 가장 효과적인 방법 중의 하나이다. 하지만 면진구조시스템에서 지진에너지를 흡수하는 댐퍼의 재료로서 자주 사용되었던 납의 환경오염문제가 대두되면서, 최근에는 친환경 재료인 강재를 사용하는 경우가 증가하고 있다. 본 연구에서는 면진시스템용 에너지흡수장치인 U형 강재댐퍼를 대상으로 비선형 유한요소해석을 수행하고 SS400 강재와 고인성강재를 사용한 댐퍼의 해석결과를 비교하여 사용강재의 재료적 특성의 차이가 댐퍼의 변형능력에 미치는 영향을 분석하며, 고인성강재를 사용한 댐퍼의 형상비, 두께, 폭에 따른 변형능력을 파악한다. 또한 고인성강재를 사용한 U형 강재댐퍼의 응력분포를 분석하여 응력분포에서 나타내는 문제점을 개선하기 위한 대책으로 댐퍼의 일부 구간에 개구부를 둔 새로운 형상을 제시하고 형상에 따른 변형능력, 내력특성 및 응력분포를 고려하여 최적형상과 설계식을 제안하고자 한다. Seismic isolation is one of the most widely implemented and accepted seismic protection systems to limit or avoid damages from unforeseeable earthquakes. As an energy absorption device, however, the supplemental lead itself tends to pollute the environment. Consequently, it is predicted that the use of lead would be controlled. Considering the pollution caused by lead, several researchers are interested in the viability of using steel in place of lead. In this study, first, based on the results of a non-linear finite element analysis, the excellent deformation capacity of a very tough steel damper was demonstrated by comparing it with that of the SS400 damper and determining the effects of main parameters (the aspect ratio, thickness, and width) on the deformation capacity. Second, an optimum shape and design equation for a U-shaped damper with an opening based on stress distribution was suggested.

제작을 고려한 고강도강재의 용접성능에 관한 연구

경갑수,박용진,홍성욱 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.5

steel in steel bridges is the key to achieving cost-efficiency because it facilitates lightweightconstruction and rationalizes structure. The future of high-strength steel is bright, with its use projected to expand. As such, it is necessary to evaluate precisely various factors affecting the process of fabricating high-strength steel, i.e., welding heat, strain hardening, and weldability and performance of the welded joints. This study therefore performed the maximum hardnes and y-groove weld crack test using welding processes such as SAW, FCAW, and GMAW, in order to investigate the welding performance and characteristics of welded joints of high-strength steel produced in Korea such as SM570, POSTEN60, and POSTEN80. In addition, a series of welding tests was caried out to estimate the tensile strength, bending characteristics, absorbed energy, and hardnes in welded joints. 강교량에서 사용강재의 고강도화에 의한 구조의 경량화 , 합리화는 강교량의 제작 및 가설측면에서 강교량의 경제성을 부각시키고있다. 이러한 추세에 따라서 향후 강교량 건설에 있어서 고강도강재의 적용사례는 지속적으로 증가할 전망이다 . 따라서, 교량부재에 고강도강재를 적용하기 위해서는 강재의 제작작업에서 발생하는 다양한 요인 , 예를 들면 용접에 의한 용접열 , 부재의 절단 및 가공에 의한 변형경화 등과 같은 강재의 용접성 및 용접이음성능을 정확하게 평가하는 것이 매우 중요하다 . 따라서, 본 연구에서는 현재 국내에서 생산되고 있는 SM570, POSTEN60, POSTEN80의 조질 고강도강재를 대상으로 고강도강재의 용접에 따른 용접성 및 가공성을 조사하기 위해서 용접방법별로 최고경도시험 및 경사 y , 또한, 용접이음부의 인장강도, 굽힘성, 흡수에너지 및 경도를 조사하기 위해서 일련의 용접이음시험을 실시하였다.

샤르피 충격시험을 통한 구조용강재의 극한지 적용성 검토

이진형,신현섭,박기태,양승현,Lee, Chin-Hyung,Shin, Hyun-Seop,Park, Ki-Tae,Yang, Seunng-Hyun 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.4

The fabrication of steel structural members always involves welding process such as flux cored arc welding. Therefore, for the application of structural steels to cold regions, it is a prerequisite to clarify the service temperature of the welded joints in order to ensure the structural integrity of the welded parts. In this study, the Charpy impact test was conducted to evaluate the service temperature of structural steel weld. The Charpy impact test is a commercial quality control test for steels and other alloys used in the construction of metallic structures. The test allows the material properties for service conditions to be determined experimentally in a simple manner with a very low cost. Standard V-notch Charpy specimens were prepared and tested under dynamic loading condition. The service temperatures of the weld metal, HAZ (heat affected zone) and base metal were derived by the absorbed energy and the impact test requirements; thus the applicability of the structural steels to cold regions was discussed in detail. 본 연구에서는 구조용강재의 샤르피 충격시험(Charpy Impact Test)을 통해 저온에서의 충격 인성(Impact Toughness) 평가를 실시하여 사용 가능 온도를 파악함으로써 강재의 극한지 적용성을 검토하였다. 본 시험에 사용된 강재는 용접구조용강 중 현재 가장 널리 쓰이는 강종인 SM490B와 TMCP (Thermo-Mechanical Control Process)법에 의해 제조된 고강도 강재인 SM570-TMC이다. 또한, 본 시험결과와의 비교를 위해 남극 세종기지 건설시 사용실적이 있는 일반구조용강인 SS400에 대해서도 시험을 수행하였다. 대부분의 강구조물은 용접에 의해 제작되므로, 강재의 극한지 적용성 검토를 위해 용접시험판을 제작하여 모재(Base Metal), 용접금속(Weld Metal) 및 열양향부(Heat Affected Zone)에 대해서 충격시험을 실시하였다. 단, SS400의 경우에는 용접구조용강재가 아니므로 모재에 대해서 충격시험을 실시하였다. 대상 강재의 샤르피 충격시험을 통해서 저온에서의 충격흡수에너지 값을 구하고 이를 강재의 항복응력에 따른 충격흡수에너지의 기준값과 비교함으로써 강재의 사용온도를 결정하였으며, 이를 통해서 구조용강재의 극한지 적용성을 검토하였다.

강재댐퍼로 보강된 철근콘크리트 골조의 내진성능 실험 연구

박지영,Park, Ji-Young 한국토지주택공사 토지주택연구원 2010 LHI journal of land, housing, and urban affairs Vol.1 No.1

본 연구에서는 RC골조의 내진보강을 위해 K형브레이스로 지지되는 강재댐퍼 설치방식을 제안하고 강재댐퍼에 의한 RC골조의 내진보강효과를 실험 및 설계식의 비교를 통해 검증하였다. 강재댐퍼로 보강된 RC골조의 성능은 RC골조 및 강재댐퍼의 강도-변형 관계를 각각 산정한 후 조합하여 산정하였다. 강재댐퍼 지지부재의 강성이 충분히 크지 않을 경우 댐퍼의 성능이 제대로 발휘될 수 없으므로 댐퍼의 지지부재인 브레이스의 강성 고려하여 강재댐퍼의 성능을 산정 하였다. 강재댐퍼 보강 RC골조의 내진보강효과를 확인하기 위한 실험은 비보강 RC골조를 기준 실험체로 하고 K형브레이스로 지지되는 강재 댐퍼의 설치 방법을 변수로 하여 횡력에 대한 실험체의 강도, 강성, 이력특성 등의 항목에 대해 평가하였다. 강재댐퍼 보강 RC골조는 강도, 강성, 에너지소산능력이 비보강 RC골조에 비해 우수한 것으로 나타나 강재댐퍼에 의한 보강효과를 확인할 수 있었다. 강재댐퍼 보강 RC골조의 실험결과와 설계식에 의한 성능을 비교한 결과 설계식이 강재댐퍼 보강 RC골조의 성능을 비교적 유사하게 나타낼 수 있는 것으로 검증되었다. In this study, the influences of steel dampers on the behavior of RC frames were investigated using the experimental approach to suggest the installation methods of steel dampers using K-barces. The performances of RC frames with dampers can be evaluated by superposition the load-displacement curves of RC frames and steel dampers with regard to the influences of K-braces. Three specimens are tested to investigate the cyclic behavior of RC frames with dampers. The performances of RC frames with dampers with respect to strength, rigidity, and hysteretic performance are examined. It was found that test results demonstrates the effect of seismic retrofit on RC frames with steel dampers(D-RCF-KBSF, D-RCF-KBSP) compared with RC frames(N-RCF). An approximate design curves may not be good agreement with those of the tests, it is conservative enough so that you can design of RC frames with steel damper with regard to the influences of K-braces.

고강도강재 단주의 압축강도 및 잔류응력 평가

이철호,김대경,한규홍,김진호,이승은,하태휴,Lee, Cheol-Ho,Kim, Dae-Kyung,Han, Kyu-Hong,Kim, Jin-Ho,Lee, Seung-Eun,Ha, Tae-Hyu 한국강구조학회 2012 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.24 No.1

본 연구에서는 인장강도 800MPa급 고강도강재(HSA800)의 단주 중심압축실험과 편심압축실험을 통해 균등압축과 휨-압축 부재의 강도를 평가하여 현행 강구조기준(KBC2009, AISC2005)의 적용성 여부를 검토하였다. 또한 잔류응력의 계측을 통하여 강재 항복강도와 잔류응력과의 상관성 여부도 검토하였다. 고강도강재와 일반강재의 국부좌굴 거동 차이의 여부를 확인하기 위하여 중심압축실험에 SM490 강재로 제작된 비교실험체도 포함시켰다. 강도로 무차원화한 판폭두께비와 판 단부의 지지조건을 주요변수로 하여 실험을 실시하였다. 편심압축실험은 HSA800 강재만을 대상으로 하였으며, 휨-압축의 조합력을 받는 부재의 P-M 상관관계를 알아보기 위해 가력 편심거리를 조정하여 다양한 P-M 조합에 대해 강도평가 실험을 수행하였다. 잔류응력은 중심압축실험에 사용된 H형단면 실험체를 대상으로 비파괴실험법인 압입법에 의해 가력 이전에 그 크기와 분포를 측정하였다. 실험결과 중심압축을 받는 모든 HSA800 단주는 판 단부의 지지조건 및 판폭두께비 조건에 따른 현행 강구조기준의 설계강도를 충분히 발휘하였다. 편심압축을 받는 실험체 역시 현행 설계기준의 P-M 상관관계를 충분히 안전측으로 충족하였다. 본 연구에서도 잔류응력의 크기는 강재의 항복강도와 무관하다는 선행연구결과와 합치하는 잔류응력 측정값이 얻어졌다. In this study, stub columns subjected to concentrical and eccentrical loads were tested to check the applicability of the current local stability criteria (KBC2009, AISC2005) to 800MPa high-strength steel (HSA800). The key test variables in the concentrically loaded tests included the plate-edge restraints and the width-to-thickness ratio normalized by the yield strength of steel. Specimens made of ordinary steel (SM490) were also tested for comparative purposes. Eccentrically loaded stub column tests were conducted for a range of the P-M combinations by controlling the loading eccentricity. All the concentrically loaded specimens with non-compact and slender sections developed sufficient strengths according to the current local stability criteria. All the eccentrically loaded specimens with non-compact H sections also exhibited a sufficient P-M interaction strength that was even higher than that of compact H- section counterparts. Residual stresses were also measured by using the non-destructive indentation method to demonstrate their dependency or independency on the steel material's yield strength. The measured results of this study also indicated that the magnitude of residual stresses bears no strong relation to the yield strength of the steel material.

800MPa 강재 및 100MPa 콘크리트를 적용한 ㄱ형 강재 매입형 합성기둥의 편심압축실험

김창수,박홍근,이호준,최인락,Kim, Chang-Su,Park, Hong Gun,Lee, Ho Jun,Choi, In Rak 한국강구조학회 2013 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.25 No.2

800MPa급 강재와 100MPa급 콘크리트를 적용한 매입형 합성기둥에 대하여 편심압축실험을 수행하였다. 강재단면의 모멘트팔길이와 변형(응력)을 증가시켜 고강도강재의 성능활용을 극대화할 수 있도록, ㄱ형 강재단면을 네 모서리에 집중 배치한 후, 래티스철근, 링크철근, 띠판을 이용하여 일체화하였다. 이 경우 강재단면의 강력한 횡구속효과로 인해 심부콘크리트의 성능도 개선된다. 실험결과 ㄱ형 강재 매입형 기둥은 H형 강재 매입형 기둥에 비하여 최대강도와 유효휨강성이 1.4배 이상 증가하였다. Eccentric axial loading test was performed for concrete-encased columns using 800MPa steel and 100MPa concrete. To maximize the contribution of the high-strength steel, L-shaped steel sections were placed at four corners, and connected to each other by lattices, links, or battens. Compared to a H-section of the same area, the moment-arm and strain of the L-sections are increased. Also, the corner L-sections provide good lateral confinement to concrete core. The test results showed that the peak strength and effective flexural stiffness of the L-section columns were increased by more than 1.4 times those of the H-section column.

극저온용 강재 이재용접부의 열사이클 특성에 관한 연구

황원오,김진경,김상규,임웅택,박정웅,한일욱,안규백 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11

최근 해상오염 방지를 위하여 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)에서 청정연료의 사용이 2020년부터 강제화 되었다. 또한 전 세계적으로 지구온난화로 인한 온실가스 배출에 대해 환경규제를 강화하는 움직임이 있으며, 국내를 포함한 미국과, EU등 선진국들은 배출가스 통제구역을 관리하고 있다. 따라서, 해상을 운항하는 선박에서 배출되는 배기가스 규제에 대응하기 위하여 친환경 연료로 추진하기 위한 연구가 진행되고 있으며, 그 중에서도 현재 사용 가능한 친환경 선박추진연료로 LNG가 부각되고 있다. LNG운반선 및 연료추진선의 저장 탱크는 -165°C의 극저온 및 고압 상태에서 LNG를 보관해야 하기 때문에 극저온에서의 충분한 안전성이 확보되어야 한다. 종래부터 사용되어온 극저온용 강재로서는 IMO-ICG Code에서 지정하고 있는 알루미늄 합금, 스테인리스강, 9%Ni강이 있다. 국내 철강사에서는 종래의 극저온용강재의 단점을 보완하기 위해서, 경제성 및 용접성 등을 고려하여, Mn의 함량을 조정해 극저온에서의 안정성이 확보된 극저온용 강재를 개발하였다. 이렇게 개발된 극저온용 강재는 LNG 정장 및 연료탱크로 사용이 가능하며, 제작된 LNG탱크는 각종 파이프와 연결되어 그 성능을 나타낼 수 있다. 대부분의 파이프는 STS 강재로 되어 있어서 이재용접이음부가 필수적으로 발생하게 된다. 본 연구에서는 종래의 극저온용 강재와 최근 개발된 극저온용 고Mn강을 이용하여 STS파이프와 접합된 이재용접부를 대상으로 이재용접부에서 발생하는 용접잔류응력분포 특성 및 LNG의 하역과정에서 발생하는 온도변화에 따른 응력의 재분포 현상에 대한 검토를 수행하였다.

용접구조용강재의 기계적 성질에 관한 통계적 분석

장동일,경갑수,홍성욱,남왕현,Chang, Dong-Il,Kyung, Kab-Soo,Hong, Sung-Wook,Nam, Wang-Hyone 한국강구조학회 2000 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.12 No.3

본 연구에서는 강구조물에 자주 사용되고 있는 용접구조용강재를 대상으로 강재검사성적증명서를 수집하고 이를 통계적으로 분석, 정리해서 기계적 성질의 특성을 정량적으로 평가하였다. 본 연구결과 현재 국내에서 생산되는 용접구조용강재의 기계적 성질은 현행 KS에서 규정하고 있는 기준값을 만족하였으며, 판두께 및 강도등급과 일정한 상관관계가 있음을 알 수 있었다. 강종별 판두께 및 강도등급과 기계적 성질 사이에는 선형적인 비례관계가 성립, 본 연구결과는 기존 연구결과와 유사한 경향이 있음을 알 수 있었다. 현행 KS에서는 강재의 기계적 성질 중 항복점 응력에 대한 상한값이 규정되어 있지 않는데, 강재의 변형성능을 충분하게 확보하기 위해서는 항복비 (또는 항복강도)의 상한값을 규정 할 필요가 있을 것으로 생각된다. In this study, we have quantitatively estimated the mechanical properties of structural welding steels widely used in steel structures after correcting the millsheets of the steels using statistical technique. From this result, in present, the mechanical properties of the steels produced in domestics have satisfied the prescribed values in Korean Standards. The mechanical properties of the steels were dependent upon the plate thickness & class of the steels. Also, there have been linear relations between the plate thickness & class of the steels and the mechanical properties of the steels. And the results of this study have shown the similar tendencies with the existing results. Because the upper limit value of yield strength is not prescribed at Korean Standards in present, it is necessary to prescribe the upper limit value of yielding ratio(or yield strength) in order to assure the deformation performance of the steels.