건설용 강재의 특성과 적용 기술

본문내용

다. 그러나 적정한 가공조건을 설정하면 가공에 지장이 있을 정도는 아니다. 단, 특히 유의하지 않으면 안되는 것은 바로 열가공이다. 조질 고장력강은 담금질, 뜨임 등 열처리에 의해 소정의 성능이 부여된 것이기 때문에 뜨임 온도 이상으로 장시간 열가공을 실시하게 되면 열처리에 의해 얻어진 특성이 상실될 우려가 있어 열간가공은 원칙적으로 실시하지 않도록 규정되어 있다.또한, 용접변형의 제거법으로 통상 사용되고 있는 가열법에서도 최고가열온도, 냉각방법 등에 엄격한 제한규정이 마련되어 있다. 따라서 조질 고장력강의 가공은 프레스 등 기계적방법에 의해 실시하는 것이 바람직하다고 볼 수 있다.
3.5 Tapered Plate (Longitudinally Profiled Plate)
Tapered Plate란 교량상판등 길이방향의 하중을 고려하여 두께를 변화시킨 신개념의 후판으로 철구조물의 중량 및 제작비 절감이 가능하다. 그 용도는 교량 Girder, Box Column, 각종Crane Girder, 선박(Bulk선) 격벽용등에 주로 사용되어 진다. 부재에 걸리는 응력에 따라 판두께를 변화시켜 제작하여 생산되므로써 구조물의 중량을 경감시키고 구조물 제작시 일반재에 비해 용접작업공수를 절감할 수 있으며 용접 이음매의 감소로 외관이 미려하고 구조물의 안전성을 향상시킬 수 있다.
1) 기존 Plate와 Tapered Plate 비교
2) 이론 및 실제상의 플랜지 두께변화 : 단순 지지된 I-Beam 의 예
3) Tapered Plate 용접공수 감소 예
4) 강교량 합리화 설계 및 제작의 변천
5) 적용사례 및 결과
1992년 기준 프랑스,독일,일본 등 90여개 교량에 적용
고속철도용 교량의 적용사례
① 교량개요
- 교량명 / 교량형식 : Haute Colme Viaduct, TGV-Nord) / 2주형강합성교
- 총연장 : 1,827m
② Tapered Plate 적용결과
- 강재 총 사용량 (Tapered Plate량) : 5,200톤 (1,270톤)
- 자중경감 : 108톤 (전체 구조물 중량의 2.1%)
- 용접이음 감소: 160Welds(용접비용의 6%),
- 공사비:구조물 건설비용의 1.5% 절감
- 피로성능 및 교량내구성 향상
Dillingen 교, 독일, 고가교량
3.6 TMCP강
TMCP(Thermo Mechanical Control Process)강은 열간압연시 가열,압연 및 냉각조건을 조절하여 강의 인성과 용접성을 향상시킨 강재이다. 판두께가 얇은 후판의 항복강도가 높다는 사실을 토대로 가열 및 압연조건을 제어하는 제어압연과 통상 압연후의 공냉대신에 수냉을 실시하여 열간압연 직후 특정온도 (500~800℃)에서 3~30℃/Sec의 속도로 냉각조건을 제어하는 가속냉각기술에 의해 생산되며 기존의 Off-Line 열처리 공정을 생략하므로써 제조공기를 단축할 수 있다.
1) 주요용도
- 대형빌딩의 기둥부재(Box Column, H형 Column등)
- 장스팬 공간의 주요부재(강관구조,트러스구조등)
- 적용실적 : POSCO Center, ASEM, 인천국제공항, 부산신청사등
2) TMCP강재의 품질특성
① 금속조직제어(저온 변태조직 형성)로 보통강재보다 두께가 40mm이상에서 항복강도가 우수하다. 즉 건축구조물에서 설계기준강도(Fy)의 감소없이 적용가능하다.
- 두께 40mm이상에서: SM490 Fy = 3.0톤/㎠, SM490TMC Fy = 3.3톤/㎠
② 용접성이 우수하여 고능률 용접이 가능하고 항복비(항복강도/인장강도)가 80%이하로 규제되어 내진성능이 우수하다.
③ 모재와 용접부의 역학적 성능이 우수하다
④ 변형교정을 위한 선상가열후에도 재질변화가 적다.
3) TMCP 강재규격 및 기계적성질
3.7 耐 Lamellar Tear강
최근 용접구조물이 대형화 및 고층화에 따라 이러한 대형구조물에 사용되는 후판의 경우 용접작업시 강판두께 방향 (Z 방향)으로 큰 구속응력이 작용하여 층상의 용접 Crack이 발생할 우려가 있는데 이러한 강판 두께방향의 용접 Crack을 Lamellar Tear이라고 한다. 이러한 Lamellar Tear 발생을 방지하기 위해 판두께방향의 연성을 향상시키고, 특수 정련처리를 통한 개제물 제거 및 형상을 제어하여 청정성과 이방성을 개선한 강을 耐 Lamellar Tear강이라 한다.
1) 품질특성
일반강 대비 S성분을 낮게 관리하고 비금속개제물 구상화처리 공정 (PI:Powder Injection)이 추가로 요구되며, 특히 엄격한 용도의 경우 후판 열처리(소준등)를 실시해야 한다. 이와 같이 품질관리된 耐 Lamellar Tear강은 일반재 대비 두께방향의 연성(단면수축율, 연신율, 인성)이 우수하여 Lamellar Tear를 방지할 수 있다.
2) Lamellar Tear 발생요인
H-Beam, Box Column과 같이 T자형 모양으로 용접할때 고온의 용접금속이 냉각되면서 발생된 수축응력이 강판의 두께방향으로 작용하여 두께 중심부의 불순물층을 따라 균열이 발생한다. 비금속개재물(MnS)과 황(S)성분이 많고, 강판의 두께가 두꺼울때, 또는 1회 용접량이 클수록 발생률이 높다.

3) 강판의 적용범위 및 등급
① 적용범위: 후판 전 규격에 대해 적용이 가능하다. 즉 기본적인 품질을 보증함과 동시에 두께방향의 연성을 추가적으로 보증한다. 적용두께는 12.5~80mm까지 이다.
② 강판등급 : 두께방향의 연성 보증수준에 따라 ZA, ZB, ZC, ZD등의 4종류로 분류한다. 규격의 표기방법은 일반 규격의 뒤에 강판등급을 붙여 표기한다.
예) KS-SM490A-ZA
4) Lameller Tear 저감 설계 예
4. 건설용 강재의 수요변화 및 개발추이
건설구조물의 형태를 보면 초고층화, 경량화 및 장대화, 첨단화 되는 추세에 있으며 이에 따른 건설용 강재의 수요패턴은 제작용이성, 고인성, 장수명, 재활용성 등 필수적인 요구성능 뿐 아니라 고성능, 고강도, 극후판화 등 신기능 강재의 요구가 증대되고 있다.
4.1 건설용 강재의 수요 변화
4.2 건설용강재의 요구특성 및 개발추이 (국내)

키워드

강재,   건설 강재,   TMCP,   내후성강,   라멜라,   고장력강,   철강