HSA800 후판재의 완전용입 맞댐용접부 휨-인장강도 실험

이철호,김대경,한규홍,박창희,김진호,이승은,김도환,Lee, Cheol Ho,Kim, Dae Kyung,Han, Kyu Hong,Park, Chang Hee,Kim, Jin Ho,Lee, Seung Eun,Kim, Do Hwan 한국강구조학회 2014 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.26 No.5

본 연구에서는 HSA800 후판 강재에 적합한 용접재를 선정하고자 휨-인장실험을 수행하였다. 본 연구 수행 당시 HSA800 강재에 적용가능한 용접재로 GMAW 용접재(외국산)와 FCAW 용접재(국내산) 두 가지가 추천되어 이들을 사용하였다. 선행연구인 표준인장실험 결과를 바탕으로 맞댐용접상세와 루트간격을 주요 실험변수로하여 실물크기의 보 실험을 통해 용접부의 성능을 평가하였다. 강도 측면에서 모멘트 및 플랜지 축력 전달에 대한 조건은 두 용접재 모두 만족하였으나 연성능력 측면에서 GMAW 용접재보다는 FCAW 용접재가 일관되고 우수한 거동을 보임이 실험적으로 확인되었다. 특히 GMAW 용접재는 용접효율과 작업성의 문제로 현장에서의 상향용접이 어려운 것으로 파악되었다. 같은 완전용입용접이라도 Single bevel보다는 V-groove가 안정적인 구조거동을 보이는 것으로 나타났다. 표준인장실험결과와 휨-인장실험결과를 토대로 HSA800 후판재의 용접상세 및 용접재를 제시하였다. As a continuing work of previously conducted standard tension tests, full-scale flexural tests were conducted in this study to assess the structural performance the CJP groove welded joints connecting thick HSA800 plates. Two welding electrodes were available at the time of this experimental research; one was GMAW-based electrode A and the other FCAW-based electrode B. Three full-scale box-type beam specimens with single bevel- and V-groove CJP welded joints were fabricated from 60mm and 25mm thick HSA800 plates according to the AWS-prequalified groove welded joint details. In designing the specimens, all possible limit states like local and lateral torsional buckling were carefully controlled in order to induce flexural plastic yielding or eventual joint fracture. All the CJP joints made by both welding electrodes showed satisfactory performance and were able to transfer the tensile flange forces higher than that corresponding to the measured tensile strength of HSA800 flange plates. However, it should be noted that, during fabrication, serious concerns about the welding efficiency and workability of the GMAW-based electrode were raised by a certified welder. The fracture occurred at the unbeveled (or vertical) interface between the weldment and the base metal when the GMAW-based electrode was used in the single-bevel joint, implying the possibility of insufficient melting. Thus, the FCAW-based electrode B is again recommended as the choice of welding electrode for HSA800 plates. The limited test data of this study implies that the V-groove CJP joint should be used in favor of the single bevel CJP joint, if possible.

주방식 지하구조물의 발파 굴착공정 분석 연구

이철호,현영환,황제돈,최순욱,강태호,장수호,Lee, Chul-Ho,Hyun, Young-Hwan,Hwang, Je-Don,Choi, Soon-Wook,Kang, Tae-Ho,Chang, Soo-Ho 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.6

주방식 지하구조물은 룸과 암주로 이루어진 격자 형태의 지하구조물로 굴착순서에 따라 주방식 지하구조물의 시공성과 경제성이 좌우될 수 있다. 선행연구에서는 주방식 지하구조물의 굴착공정에서 중요하게 다뤄질 수 있는 발파굴착 공정을 장비 운영과 현행 발파 규정 및 건설공사 표준품셈에 근거하여 검토하였다. 굴착공법으로는 점보드릴을 이용한 발파공법을 가정하였으며, 기존 연구에서 제시한 가로 세로 병행시공방식으로 검토하였다. 연구에서 고려한 단면의 크기에 따라 필요한 착암 공정에 대한 천공시간을 산정하였으며 기존 도로터널 사례를 통해 버력처리 및 지보재 설치 공정의 소요시간을 산정하였다. 굴진면 운용 수를 고려하여 굴착 사이클을 산출하였으며 이를 통해 운영가능한 천공장비의 최대 대수와 최소 대수를 수식화하여 제시하였다. Since a room-and-pillar underground structure is characterized by its grid-type array of room and pillar, its economical efficiency can be governed by excavation sequence. In this study, the construction period by the drill-and-blast method as a excavation method for a room-and-pillar underground structure was examined. In addition, the parallel excavation sequence was considered as the main sequence of a room-and-pillar underground structure. Sequences of mucking and support installation were derived to estimate the total excavation cycle by taking the case of a road tunnel into consideration. From the excavation cycle of room-and-pillar underground structure, the relationship between available maximum and minimum numbers of jumbo drill machines depending on the number of faces in operation was suggested.

800MPa급 고강도강 보 부재의 국부좌굴 및 비탄성 거동

이철호,한규홍,김대경,박창희,김진호,이승은,하태휴,Lee, Cheol-Ho,Han, Kyu-Hong,Kim, Dae-Kyung,Park, Chang-Hee,Kim, Jin-Ho,Lee, Seung-Eun,Ha, Tae-Hyu 한국강구조학회 2012 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.24 No.4

본 연구에서는 고강도 강재의 플랜지 폭두께비가 강도 및 회전능력에 미치는 영향을 분석하고자 인장강도 800MPa급 고강도 강재인 HSB800, HSA800의 조립 H형강 보에 대해 실물대실험 연구를 수행하였다. 일반강재의 실험결과를 바탕으로 정립된 현행 기준의 폭두께비 규정을 고강도 강재에 그대로 확대 적용할 수 있는지의 여부를 평가하는 것을 연구의 주 목표로 하였다. 실험결과 고강도 휨부재는 강도측면에서 매우 만족스러운 성능을 발현하였으나, 회전능력측면에서는 일반강재 대비 부족한 성능을 발휘하였다. 이러한 고강도 강재의 부족한 회전능력은 항복참(yield plateau)의 부재와 높은 항복비를 갖는 고강도강의 재료적 특성과 관련됨을 입증하였다. 잔류응력 측정결과 잔류응력의 크기는 소재의 항복강도와 무관함을 재확인 할 수 있었다. Flexural tests on full-scale H-shaped beams, built up from high-strength steels (HSB800 and HSA800) with a nominal tensile strength of 800 MPa, was carried out to study the effect of flange slenderness of high-strength steel on flexural strength and rotation capacity. The primary objective was to investigate the appropriateness of extrapolating current stability criteria (originally developed for ordinary steel) to high-strength steel. The performance of high-strength steel specimens was very satisfactory from the strength, but not from the rotation capacity, perspective. The inferior rotation capacity of high-strength steel beams was shown to be directly attributable to the absence of a distinct yield plateau and the high yield ratio of the material. Residual stress measurements reconfirmed that the magnitude of the residual stress is almost independent of the yield stress of the base metal.

차수용 박층 멤브레인 설치에 따른 콘크리트 라이닝의 구조적 보강효과에 관한 수치해석 연구

이철호,이기철,김동욱,최순욱,강태호,장수호,Lee, Chulho,Lee, Kicheol,Kim, Dongwook,Choi, Soon-Wook,Kang, Tae-Ho,Chang, Soo-Ho 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.3

A spray-applied waterproofing membrane which consists of polymers has a relatively higher constructability and adhesion than the conventional sheet-type waterproofing materials. Additionally, the spray-applied waterproofing membrane generally shows a waterproofing ability as a composite structure with shotcrete or concrete lining. Because its purpose is waterproofing at the structure, structural effects were not well reported than waterproofing abilities. In this study, structural effects of the membrane-attached concrete lining were evaluated using 3-point bending test by the numerical method. From the analysis, a load-displacement behavior of the concrete lining and fracturing energy after yielding were compared with various conditions. Consequently, concrete lining with spray-applied waterproofing membrane shows higher flexural strength and fracturing energy than the single-layer concrete lining. 차수용 박층 멤브레인은 폴리머를 주요 구성성분으로 하는 재료로서 높은 부착성능과 시공성을 특징으로 하는 방수 재료이다. 차수용 박층 멤브레인은 일반적으로 콘크리트 또는 숏크리트 라이닝과 일체화되어 복합 구조체 형태로 방수 기능을 발현하는 재료이다. 본 연구에서는 지하구조물의 대표적인 구조물인 터널에서 차수용 박층 멤브레인 타설이 가능한 콘크리트 라이닝 재료에 차수용 박층 멤브레인을 적용할 경우 콘크리트 라이닝의 거동 변화를 수치해석적 방법으로 검토하였다. 콘크리트 라이닝의 거동은 3점 휨 시험을 수행하는 것으로 가정하고 이때 발생한 하중-변위 관계를 통해 콘크리트 라이닝의 최대 휨 하중 변화와 항복 이후 변화를 검토하는 방법으로 연구를 수행하였다. 해석결과, 콘크리트 라이닝에 차수용 박층 멤브레인 시공을 통해 고려할만한 보강효과를 확인하였다.

HSA800 후판재의 맞댐용접부 인장강도 실험

이철호,김대경,한규홍,박창희,김진호,이승은,김도환,Lee, Cheol Ho,Kim, Dae Kyung,Han, Kyu Hong,Park, Chang Hee,Kim, Jin Ho,Lee, Seung Eun,Kim, Do Hwan 한국강구조학회 2013 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.25 No.4

본 연구에서는 HSA800 후판 강재에 적합한 용접재를 선정하고자 표준인장실험을 수행하였다. 본 연구 수행 당시 HSA800 강재에 적용가능한 용접재로 GMAW 용접재(외국산)와 FCAW 용접재(국내산) 두 가지가 추천되어 이들을 사용하였다. 맞댐용접상세와 루트간격을 주요 실험변수로하여 표준인장실험을 통해 용접부의 성능을 평가하였다. 강도에 대한 설계요구조건은 두 용접재 모두 만족하였으나 연성능력 측면에서 GMAW 용접재 보다는 FCAW 용접재가 일관되고 우수한 거동을 보임이 실험적으로 확인되었다. 특히 GMAW 용접재는 용접효율과 작업성의 문제로 현장에서의 상향용접이 어려운 것으로 파악되었다. 같은 완전용입용접이라도 Single bevel보다는 V-groove가 안정적인 구조거동을 보이는 것으로 나타났다. 또한 현행 용접기준의 표준루트 간격을 벗어날 경우 용착의 어려움으로 비정상 파단면이 형성되고 접합성능도 저하됨이 확인되었다. 부분용입용접 접합부의 실험결과에 의할 때 현행 AISC 기준의 부분용입용접부 강도규정은 매우 보수적임이 확인되었다. In this study, a standard tensile welded-joint test was conducted to select a welding electrode suitable for recently developed HSA800 steel. Two welding electrodes were available at the time of this study; one was GMAW-based and the other FCAW-based. The tensile test specimens were fabricated by joining 60mm-thick HSA800 plates according to the AWS-prequalified groove welded joint details. Specimens which violate the standard root opening distance (ROD) were also included to see if poor construction tolerance could be accommodated. During fabrication, serious concerns about the welding efficiency of the GMAW-based product were raised by a certified welder. Both welding electrodes showed satisfactory and similar performance from welded joint strength perspective. But groove welded joints made by using the FCAW-based rod consistently showed more ductile and stable behavior. The AISC provisions for PJP joint strength were shown to be very conservative under direct tensile loading. Violating the AWS prequalified ROD by 100% apparently passed the strength criteria, but unusual crater-like fracture surface was observed.

570MPa급 고강도강을 적용한 콘크리트 채움 U형 하이브리드 합성보의 휨거동 및 설계

이철호,소현준,박창희,이창남,이승환,오하늘,Lee, Cheol Ho,So, Hyun Joon,Park, Chang Hee,Lee, Chang Nam,Lee, Seung Hwan,Oh, Ha Nool 한국강구조학회 2016 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.28 No.2

본 연구에서는 콘크리트 채움 U형 하이브리드 합성보의 실물대 휨 실험을 수행하고 평가하였다. U형 강판의 웨브에는 공칭인장강도 400MPa 일반강종의 강재(SS400) 하부플랜지에는 공칭인장강도 570MPa 고강도 강재(SM570)의 강판을 각각 적용하였다. 연구의 주요 목적은 최대의 휨성능을 발현할 수 있는 하이브리드 단면구성과 설계지침의 개발이었다. 4점 단조가력실험의 수행을 통해 제안된 모든 하이브리드 합성보 실험체들은 의도한대로 소성모멘트 이상의 강도발현과 충분한 연성거동을 나타내었다. 그리고 하이브리드 합성단면의 소성중립축의 위치가 상부 콘크리트 기준으로 합성단면 전체깊이의 15%이내에 존재할 경우 휨강도 산정 시 소성응력분포법의 적용이 가능할 것으로 판단되었다. 또한 실험결과를 기반으로 하이브리드 합성보에 적합한 강성산정과정을 제안하였다. Flexural tests of full-scale concrete-filled U-shape hybrid composite beams were conducted. Ordinary (SS400) and high-strength (SM570) steel plates were used in the web and in the bottom flange of U-shape steel section respectively. The primary objectives were to develop the hybrid section configuration with maximized flexural capacity and to investigate its flexural strength and deformation capacity. All the hybrid test specimens in this study exhibited the plastic moment capacity and resonable deformability. It is shown that the plastic stress distribution can be assumed in calculating the flexural strength of the proposed hybrid composite beams if the plastic neural axis is located within 15% of the total beam depth from the top of the composite slab. The procedure for computing the effective flexural stiffness of hybrid composite beams is also recommended based on test results.

국부좌굴을 고려한 고강도 조립 H형강 부재의 휨성능 실험

이철호,한규홍,박창희,김진호,이승은,하태휴,Lee, Cheol-Ho,Han, Kyu-Hong,Park, Chang-Hee,Kim, Jin-Ho,Lee, Seung-Eun,Ha, Tae-Hyu 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.4

강구조 설계는 재료의 비탄성 변형능력을 활용하는 정도에 따라 탄성설계법, 소성설계법, 내진설계법으로 대별할 수 있다. 현재 국내외 강구조 설계기준에서는 항복강도 450MPa를 초과하는 고강도강재에 대해서는 비탄성 변형능력에 대한 우려와 국부좌굴 및 횡좌굴 거동에 대한 실험자료의 부족으로 소성설계의 적용을 금하고 있다. 본 연구에서는 일반강재를 대상으로 개발된 현행 강구조설계기준의 플랜지 판폭두께비 제한식을 최근에 개발된 고강도강재인 HSB800에도 그대로 확대 적용할 수 있는지 여부를 확인하고 고강도강 휨부재의 국부좌굴 및 비탄성거동을 파악하기 위한 실물대실험을 수행하였다. HSB800 및 SM490A(비교강종) 강재로 조립된 H형강 휨부재를 각각 5개씩 총 10개의 실험체를 제작하고 실험하여 비교분석하였다. 모든 SM490A 비교실험체는 설계기준 상의 판폭두께비에 따른 요구강도와 연성능력을 충분히 발휘하였다. HSB800 실험체 역시 강도 발현의 측면에서는 매우 만족스런 성능을 발휘하였다. 즉, 비콤팩트 및 세장판 요소 플랜지를 지닌 실험체에서도 소성모멘트를 충분히 상회하거나 이에 육박하는 강도가 발현되었다. 이는 현행 판폭두께비 제한규정을 HSB800 고강도강에 그대로 적용해도 강성과 강도 확보를 목표로 하는 모든 탄성설계에 충분히 보수적으로 적용할 수 있음을 의미한다. 그러나 SM490 실험체와는 달리 HSB800 실험체 5개 가운데 3개가 가력점 스티프너와 접합된 하부플랜지에서 조기 인장파단이 발생하여 소성설계에 요구되는 회전능력 R=3에는 미달하였다. HSB800 실험체에서 관측된 파단원인을 규명하고 고강도강재에 보다 적합한 판폭두께비의 정립을 위한 추가실험과 해석적 연구가 필요할 것으로 판단된다. Depending on the plastic deformation capacity required, structural steel design under the current codes can be classified into three categories: elastic, plastic, and seismic design. Most of the current steel codes explicitly forbid the use of a steel material with a yield strength higher than 450 MPa in the plastic design because of the concerns about its low plastic deformation capacity as well as the lack of test data on local and lateral torsional buckling behavior. In this study, flexural tests on full-scale H-shape members built with SM490A (ordinary steel or benchmark material) and HSB800 (high-strength steel) were carried out. The primary objective was to investigate the appropriateness of extrapolating the local buckling criterion of the current codes, which was originally developed for normal-strength steel, to the case of high-strength steel. All the SM490A specimens performed consistently with the current code criteria and exhibited sufficient strength and ductility. The performance of the HSB800 specimens was also very satisfactory from the strength perspective; even the specimens with a noncompact and slender flange developed the plastic moment capacity. The HSB800 specimens, however, showed an inferior plastic rotation capacity due to the premature tensile fracture of the beam bottom flange beneath the vertical stiffener at the loading point. The plastic rotation capacity that was achieved was less than 3 (or the minimum level required for a plastic design). Although the test results in this study indicate that the extrapolation of the current flange local-buckling criterion to the case of high-strength steel is conservative from the elastic design perspective, further testing together with an associated analytical study is required to identify the causes of the tensile fracture and to establish a flange slenderness criterion that is more appropriate for high-strength steel.

지하수 유출수 조건을 고려한 주방식 지하구조의 배수시스템 연구

이철호,현영환,황제돈,장수호,Lee, Chulho,Hyun, Younghwan,Hwang, Jedon,Chang, Soo-Ho 한국터널지하공간학회 2015 한국터널지하공간학회논문집 Vol.17 No.6

주방식 지하구조물은 주방식 채광법의 개념을 이용한 지하구조물 건설 방법이다. 주방식 공법에서 배수는 터널의 싱글쉘 개념과 유사하며, 주방식 지하구조의 장기적인 안정화를 위해서 복공 뒷면의 지하수를 배수하여 지하수위를 사전 저감시키는 방식이 유효하다. 그러나 배수공에 의한 지하수위 저감 방식은 지하 굴착시 굴착면에 지하수압이 작용하지 않거나 발생 용수량이 크지 않다면 배수공은 필요치 않게 된다. 본 연구에서는 지하 굴착시 발생용수량에 따른 배수공 적용 유무를 검토하여 주방식 지하구조에서 배수공 적용 유무를 판단하는 기준을 제안하고자 하며, 배수공 적용이 불필요한 구간에 대해서는 숏크리트를 통한 유도 배수시스템을 제안하고자 한다. The room-and-pillar construction method for underground space is adopted from the room-and-pillar mining method which is one of the most popular underground mining method in the world. Drainage system in the room-and-pillar underground construction method can be similar with the concept of single shell in tunnel because additional reinforcement except the TSL (thin spray-on liner) is not applied in the room-and-pillar construction method. That is, to decrease groundwater level and maintain safety in tunnel, the drainage pin hole inside lining (shotcrete) can be used. However, if total amount of outflow in the underground structure is relatively small or groundwater is not detected, such drainage system will not be useful and cause additional construction cost. In this study, outflow of conventional tunnels in South Korea was investigated and the criteria to determine whether the drainage pin hole is effective was suggested. And the guided drainage system was suggested when drainage pin hole was not applied in the room-and-pillar construction method.

주방식 지하구조물의 설계 방법 고찰 Part II: 지보 설계 필요 단면 검토

이철호,허진석,현영환,장수호,Lee, Chulho,Hur, Jinsuk,Hyun, Younghwan,Chang, Soo-Ho 한국터널지하공간학회 2014 한국터널지하공간학회논문집 Vol.16 No.5

본 연구에서는 동반논문에서 수행한 해석 결과를 이용하여 주방식 지하구조물의 안정성, 공간 활용성, 시공장비 적용성을 검토하였다. 지하구조물 안정성은 강도응력비와 한계변형률 개념을 도입하여 적용하였으며 공간 활용성은 주어진 단면에 대한 공간의 비율로 활용률을 판단하였고 시공장비 적용성은 굴착공사에서 사용되는 대표 장비를 선정하고 장비의 회전반경을 고려하였다. 제안된 일련의 과정을 통해 모두 조건을 만족하는 지하구조물 형상을 선정할 수 있었으며 선정된 단면에 대한 지보재 설계가 가능할 것으로 나타났다. In this study, analysis results described in the companion paper was used to determine shapes of room-and-pillar underground structure. To select optimized shapes, structural stability, space applicability and vehicle applicability were considered. In the structural stability step, ratio between strength and stress of the pillar and the critical strain at the roof span were adopted. The space applicability was used to retain the sufficient space of underground structure as its purpose is for human activity. The vehicle applicability was used to consider a radius for rotation of construction equipments in the room-and-pillar underground structure. From the given procedure in this study, proper shapes of rock pillar and room can be selected to design supports at the pillar and roof.

주방식 지하구조물의 설계 방법 고찰 Part I: 매개변수 연구

이철호,황제돈,김은혜,장수호,Lee, Chulho,Hwang, Jedon,Kim, Eunhye,Chang, Soo-Ho 한국터널지하공간학회 2014 한국터널지하공간학회논문집 Vol.16 No.5

본 연구에서는 주방식 지하구조물에서 지보재 설계를 위한 매개변수 연구를 수행하였다. 지보재 설계에 앞서 설계에 필요한 암주와 공간의 형상별 천단변위, 최대 주응력, 소성영역에 대한 해석을 수행하였다. 해석에 사용할 매개변수를 최적화 하기위해 주방식 지하구조물의 대상 심도와 지반 조건은 기존 지하철 정거장 건설 사례를 분석하여 결정하였으며 지하공간의 활용 목적에 따라 암주의 형상과 공간의 형상을 설정하여 총 180가지의 경우를 선택하였다. 매개변수 해석을 통해 획득한 결과는 향후 지하구조의 안정성과 공간 활용성, 시공장비의 적용성을 고려하여 지보재 설계와 설치 여부를 판단할 수 있는 근거자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. In this study, in order to suggest the design method for supports in the room-and-pillar underground structure, the case study was carried out. In the case study, shape of rock pillar and room was mainly considered. From the analysis, a displacement at the roof, the maximum principle stress and plastic state were examined. To optimize variables in the case study, cases from the Seoul metro station were analyzed, then a target depth of the underground structure and ground conditions were determined. And the height of rock pillar and room were chosen from the assumed purpose of underground space, i.e. living/office and warehouse. Total cases of analysis was 180 cases including 3 types of ground condition, 5 types of rock pillar and 6 types of roof span. It is expected that results from analysis can be used to determine the installation of support in room-and-pillar underground structure with stability, utilization efficiency of underground space and applicability of vehicles.