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2009. 7. 7. 08:32

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.

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


2. 교량용 고성능강재(HSB)의 특징

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 량이 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 : 주 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

-15℃≤T

부산, 울산, 광주 전체 지역

전라남도 전체 지역

경상남도 전체 지역

경상북도 해안 지역

제주도 전체 지역

온도

구역

-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

-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 단순게 구분한 성 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

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.





국토해양부 보도자료 (2008.09.01)


국토해양부는 도로 교량을 안전하고 경제적으로 건설하기 위해 ‘08. 9. 1 도로교설계기준을 일부 개정하였다.

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.

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


교량의 급격한 파괴 위험을 방지하기 위해 전국을 저온도에 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°


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.





 

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