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  • 작성자 사진세한철강

건축구조용 냉간성형강관의 가공성능 평가 - 세한철강


요 약:SN 강재를 건축구조용으로 사용하기 위해서는 설계기준강도가 제정되어야 한다. 선행 연구로써, SN400B/490B 후판재로 제관

한 STKN400B/490B 원형강관과 SPAP235/325 및 SPAR295 각형강관의 물성을 평가하였다. SN400B/490B 후판재와 비교했을 때

STKN400B/490B 원형강관의 항복인장 및 인장강도는 상승하였지만, 제조 프로세스에 무관하게 STKN400B/490B 원형강관의 규격을 만족

하였다. 그러나 SPAP235/325 각형강관 모서리부에서의 항복인장 및 인장강도는 규격을 벗어났다. 이것은 SPAP235/325 각형강관 규격에서

정하고 있는 값이 모서리부에서의 값이 아니라 변에서의 값이기 때문이다. STKN490B 원형강관에 발생한 최대 인장잔류응력은 모재 항복강도

수준이며, 최대 압축잔류응력은 모재 항복강도의 40% 수준이었다. 또한 SPAP325 각형강관에 발생한 최대 인장잔류응력과 최대 압축잔류응력

은 모두 모재 항복강도의 80% 수준이었다. 중심압축실험을 한 결과 STKN490B 원형강관의 좌굴강도는 제조 프로세스에 관계없이 별 차이를

보이지 않았다. 그러나 각형강관의 경우는 SPAP325 각형강관이 SN490B로 built-up한 각형강관보다 좌굴강도가 높게 나타났다.

1. 서 론

1970년대 고도 경제성장과 함께 활성화되기 시작한 철골조 건축물은 2000년대에 들어서게 되면서 많은 주상복합아파트를 비롯하여 ASEM 타워 등 사무소 빌딩과 인천국제공항 등 공공 건축물에 적용이 확대되고 있다.그러나 건축구조용 강재 측면에서 살펴보면 1990년 이전까지는 SS400 강재를 본으로 한 롤빔이 사용되었고, 그 후 건축물이 고층화 및 장스팬화 됨에 따라서 SM490 강재의 사용이 일반화되었다.

이와 함께 건축구조용 고성능 강재인 TMC 강재(PILACBT33 & 36)가 1990년대 후반부터 건축물에 적용되기 시작하였다. 한편 KS D 3861로 고시된 건축구조용 고성능 강재인 SN 강재와 SN 강재를 원소재로 한 KS D 3632의 STKN 원형강관 및 KS D 3864의 SPAR/SPAP 각형강관 은 주요 구조용 강재로 강구조 설계기준작업을 수행 중이므로 곧 사용이 가능할 것으로 예상된다.

일본에서 1994년 6월 1일 JIS G 3136으로 고시되면서부터 건축구조용 강재로 사용되기 시작한 SN 강재는 Mill사 입장이 아닌 수요가 입장에서 최초로 수요가의 요구사항을 반영하여 개발된 강재(僑本篤秀, 1996)이다. SN 강재의 특성을 살펴보면 건축구조용 TMC 강재와 마찬가지로 용접성과 내진성능을 보증한다. 그러나 SN 강재의 경우는 강재 두께가 40mm를 초과하면 설계기준강도를 저감한다는 것이 건축구조용 TMC 강재와 차이점이다. 따라서 SN 강재는 항복강도의 편차가 작아야 하거나, 내진설계가 필요하든지 또는 대입열 용접이 요구되는 40mm 이하의 부재에 사용하는 것이 바람직하다.

STKN 원형강관에는 STKN400W 강관과 STKN400B강관 및 STKN490B 강관이 있다. STKN400W 원형강관은 용접성이 필요하지 않는 부위에 사용되고, STKN400B 원형강관 및 STKN490B 원형강관은 SN 강재와 마찬가지로 소성변형능력과 용접성이 요구되는 주요 구조부재에 사용된다.

SN 강재를 기본으로 하는 각형강관에는 SPAR295 강관과 SPAP235 강관 및 SPAP325 강관이 있다. SPAR295 각형강관은 일본건설대신의 일반인정을 받은 BCR295 강관과 동일 규격이며, SPAP235 각형강관 및 SPAP325 각형강관은 각각 일본건축센터의 인증을 취득한 BCP235 강관 및

BCP325 강관과 동일 규격이다(岡本晴仁, 1996). 따라서 SPAP/SPAR 각형강관의 사용용도도 SN 강재와 유사하다. 다만 SN 강재와 차이점은 STKN 원형강관과 SPAP/SPAR각형강관은 냉간성형을 하기 때문에 냉간가공성을 향상시키기 위해서 유리질소의 양을 0.006% 이하로 관리(鋼材俱樂部,1998)하고 있고, 제관으로 인한 가공경화현상 때문에 SN 강재에 비해서 항복강도와 인장강도 및 항복비의 상한치가 높다는 점이다. 그러나 이상과 같이 우수한 성능을 갖고 있는 건축구조용 냉간성형 강관에 관한 연구(岡本晴仁, 1995)는 매우 미약한 실정이다.

본 연구에서는 건축구조용 강재로 KS 규격에 고시된 SN강재와 SN 강재를 원소재로 한 STKN 원형강관 및 SPAR/SPAP 각형강관의 건축구조물 적용확대를 위해서 기본물성을 평가하였다. 이때 STKN 원형강관의 경우 roll bending과 press forming에 따른 가공 열화도를 평가하였다.

SPAR/SPAP 각형강관의 경우는 각형강관 제조 프로세스에 따른 가공 열화도를 평가하였다. 또한 제조 프로세스에 따른 STKN 원형강관과 SPAR/SPAP 각형강관의 잔류응력분포와 부재성능도 함께 검토하였다.

출처: 한국강구조학회 논문집 제16권 1호(통권 68호)

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