교량용 고성능강재(HSB) 적용효과 / 특징

1. 교량용 고성능강재(HSB) 적용효과

ㅇ 교량은 구조부재별로 요구되는 강도, 인성, 용접성 등이 다양하기 때문에 기존에는 하나의 교량에 여러 종류의 강재를 복잡하게 적용할 수밖에 없었지만,  HSB를 적용함으로써 교량에 요구되는 성능을 단일 강종으로 쉽게 확보할 수 있게 되어 교량 설계 및 제작 편의성이 향상됨.

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ㅇ HSB는 인성, 용접성 및 시공성이 우수하고 강판 두께에 따른 강도 손상이 없어 구조적으로 유리하므로 교량에 HSB를 활용하면 6～7% 정도의 사업비 절감이 가능할 것으로 기대됨.


2. 교량용 고성능강재(HSB)의 특징

ㅇ HSB는 High Performance Steels for Bridges의 약자로서 KS D 3868(교량구조용 압연강재)에 규정되어 있으며, 기존 강재와 비교해서 강도뿐만 아니라 인성, 용접성 등을 종합적으로 개선한 교량용 고성능 강재로서 인장강도 500MPa급인 HSB500과 600MPa급인 HSB600이 있음.

<HSB500>

구 분	SM490(용접구조용압연강재)	HSB500(교량구조용압연강재)
최대두께	t≤100mm	t≤100mm
항복강도	t≤40 :   ≥315MPa   40<t≤100 :  ≥295MPa	380MPa 이상 (전두께 일정 항복강도)
인장강도	490MPa 이상	500MPa 이상
충격인성	0℃에서 27J 이상(B재) 0℃에서 47J 이상(C재)	-5℃에서 47J 이상(일반) -20℃에서 47J 이상(저온)
용 접 성(예열온도)	t≤40 :  예열 없음   40<t≤100 : 50℃ 이상	예열 없음(전두께)

<HSB600>

구 분	SM570(용접구조용압연강재)	HSB600(교량구조용압연강재)
최대두께	t≤100mm	t≤100mm
항복강도	t≤40 :  ≥ 450MPa  40<t≤75 :  ≥ 430MPa  75<t≤100 :  ≥ 420MPa	450MPa 이상 (전두께 일정 항복강도)
인장강도	570MPa 이상	600MPa 이상
충격인성	-5℃에서 47J 이상	-5℃에서 47J 이상(일반) -20℃에서 47J 이상(저온)
용 접 성(예열온도)	t≤25      : 예열 없음 25<t≤50  : 50℃ 이상 50<t≤100 :  80℃ 이상	예열 없음(전두께)

SM : Steels for Marine의 약자로서 KS D 3515(용접구조용 열간압연강재)에 규정되어 있는 강재

3. 교량용 강재의 지역별 요구 조건

ㅇ 국내 지역별 온도구역 구분

- 교량이 급격히 파괴될(취성파괴) 위험성은 추울수록 커지므로 교량이 건설되는 지역의 최저온도에 따라 교량용 강재의 인성 조건을 차별 적용할 필요가 있음.

- 이에 국내 73개 관측소의 최근 36년간 통계자료를 분석하여 전국을 최저온도가 -15℃, -25℃, -35℃에 해당하는 3개의 구역으로 구분하고 각 구역에 해당되는 지역을 분류하였음.

※ 인성 : 아주 추운 지역에서는 작은 균열에도 강재가 과자처럼 쉽게 파괴될 위험성이 있는데 이를 취성파괴라 하고, 취성파괴에 저항하는 성질을 인성이라 함. 즉, 인성이 좋을수록 파괴에 대한 안전성이 좋음

	구 분 최저 공용온도(T) 대 상 지 역 온도 구역 Ⅰ -15℃≤T 부산, 울산, 광주 전체 지역 전라남도 전체 지역 경상남도 전체 지역 경상북도 해안 지역 제주도 전체 지역 온도 구역 Ⅱ -25℃≤T<-15℃ 서울, 인천, 대구, 대전 전체 지역 경기도 동부를 제외한 지역 충청남도 전체 지역 전라북도 전체 지역 경상북도 내륙 지역 강원도 해안 지역 온도 구역 Ⅲ -35℃≤T<-25℃ 경기도 동부지역 (동두천, 이천, 양평 등) 강원도 내륙 지역 충청북도 전체 지역
<국내 지역별 최저온도 분포>	<최저온도에 따른 온도구역 구분>

ㅇ 온도구역별 교량용 강재 인성요구 기준 예
현행은 강종별 인성규격으로만 단순하게 구분한 인성 조건을 사용하였으나, 이번 개정에서는 3개의 온도구역별로 요구되는 교량용 강재의 인성 조건을 세부적으로 마련함.

현 행	개 정
강재 종류 인성 규격 최대 허용 판두께 시험 온도 샤르피 흡수에너지 SM490B 0℃ 27J 40mm SM490C 0℃ 47J 100mm	강재 종류 인성 규격 최대 허용 판두께 시험 온도 샤르피 흡수에너지 온도 구역Ⅰ 온도 구역Ⅱ 온도 구역Ⅲ SM490B 0℃ 27J 40mm 40mm 40mm SM490C 0℃ 47J 95mm 80mm 70mm

인성규격 : KS B 0810 “금속 재료 충격 시험 방법”에 따라 측정하며 강재의 인성을 충격에 대한 에너지 흡수능력으로 표현하는 값임.

4. 고장력 볼트 설계기준 배경

ㅇ 두께가 두꺼운 강재를 활용한 부재의 접합 → 볼트의 소요 체결길이 증가 → 볼트의 강도 및 직경 증가 필요

ㅇ F13T 및 대직경 볼트의 강도 및 설계 허용력

구 분	볼트항복강도(MPa)	볼트인장강도(MPa)	1볼트 1마찰면당 설계 허용력(kN)
F10T(기존볼트)	900이상	1,000~1,200	56 (M24기준)
F10T(대직경볼트)	900이상	1,000~1,200	89 (M30기준)
F13T	1,170이상	1,300~1,500	73 (M24기준)

※ F10T/F13T : 각각 1,000MPa, 1,300MPa급의 인장강도를 갖는 마찰접합용 고장력 볼트로서 KS B 1010(마찰접합용 고장력 6각 볼트․6각 너트․평와셔의 세트)에 규정되어 있음.

F13T : F는 마찰력(Friction)의 첫글자, 13은 인장강도 1,300MPa를 의미하며 T는 장력(Tension)의 첫글자임.

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국토해양부 보도자료 (2008.09.01)

□ 국토해양부는 도로 교량을 안전하고 경제적으로 건설하기 위해 ‘08. 9. 1 도로교설계기준을 일부 개정하였다. ㅇ 본 기준은 '05～'07년간 연구한 "차세대 시설물용 신재료 활용기술 개발"(포항산업과학연구원) 성과를 도로교설계기준에 반영하여 중앙건설기술심의위원회의 심의를 거쳐 확정한 것이다. □ 이번 도로교 설계기준의 주요 개정 내용은 다음과 같다. ① 교량이 대형화되고 있는 추세에 따라 강도가 높은 강재의 수요가 증가하고 있으므로 교량맞춤형 고성능강재의 설계기준을 마련하여 현장에 사용할 수 있게 하였다. - 고성능강재는 기존강재와 비교해서 강도, 용접성 및 시공성이 우수하고 강판 두께에 따른 강도 손상이 없으므로 교량사업비가 6～7% 정도의 절감이 예상된다. ※ 고성능강재(HSB, High Performance Steels for Bridges)은 강판 두께 100mm 까지 두께에 관계없이 동일한 강도를 갖고 용접이 용이하며 영하 20도에서도 취성 파괴에 잘 견디는 성능을 가진 강재 ② 교량의 급격한 파괴 위험을 방지하기 위해 전국을 최저온도에 따라 3개 지역으로 구분하고 지역별로 설정한 최저온도에 견딜 수 있는 강재를 사용토록 하였다. - 전남, 경남, 제주지역 : 영하 15° - 서울, 인천, 충남, 경북, 경기 서부지역 : 영하 25° - 강원, 충북지역, 경기 동부지역 : 영하 35° ③ 교량의 대형화 추세에 맞추어 기존 볼트보다 시공성과 경제성이 우수하고 강도를 30% 향상시킨 고장력 볼트를 현장에 사용할 수 있도록 하였다. - 고장력볼트를 사용할 경우, 기존 볼트 보다는 볼트 수량이 20～25% 감소하고 이음판 중량이 18～24% 절감이 가능하다.