고강도강/고장력강 특징, 항복강도 산정 방법

 

고강도 강재 강도 산정 방법

고강도강, 고장력강의 재료적 특성을 정리했습니다. 고강도강은 일반강과 다르게 고강도강만의 다른 특징이 있는데요, 항복점이 뚜렷하지 않다는 겁니다. 이런 강재의 항복강도를 선정하는 방법이 따로 있죠. 고강도강의 재료적 특징, 장점, 단점 그리고 항복강도 산정하는 방법에 대해 정리했습니다.

 

 

1. 고강도강 재료적 특징

일반적으로 600MPa 이상의 인장강도를 갖는 강재를 고강도강, 고장력강이라고 부른다. 일반강에 비해 인장강도를 향상시킨 강이지만, 구조 부재로 사용시에 명확한 장단점을 갖는 있는 재료이다.

1) 고강도강 장점

① 경제적 효과

고강도 재료로 부재 단면 절감

구조물 경량화로 가설부재 절감

상부 구조물 자중 감소로 인한 하부 기초 경제적 설계 가능

② 공기 단축

상부 구조물 경량화로 블록 단위 시공 용이 및 가설부재 최소화

단면 감소에 따른 부재 절단 및 용접 최소화

③ 기술적 향상

교량에 상판에 사용시, 장대지간 교량 건설 용이

부재 두께 절감으로 형상 구현이 비교적 자유롭고, 미관이 우수

2) 고강도강 단점

① 처짐 및 진동

단면 감소로 강성이 줄고, 부재 자중이 감소하여 진동에 불리

강성 감소에 따른 처짐 증가 우려

② 연성파괴

항복비(인장 강도 대비 항복 강도 비율)가 높아, 연성 파괴 성능이 떨어진다

즉, 부재의 인성이 비교적 작아 에너지 흡수 성능이 떨어지는 특징

③ 용접 및 시공성

고강도강일수록 용접성이 떨어지는 특징이 있다.  강재 두께에 따른 용접성을 고려해야 한다. 

3) 고강도강 사용시 주의사항

① 경제성

경제적 효과가 있지만, 재료 및 제작 단가가 높다. 또한, 처짐 및 진동을 고려했을때 요구되는 고강도강 부재 선정시 경제적이지 못한 경우가 있다. 전체적인 공사비 및 공기를 비교하여 경제성을 판단해야한다.

② 내식성

두께가 얇아짐에 따라 부식에 따른 강도 저감에 영향이 크다. 이에 대한 대책이 필요하다. 내부식성이 필요하다.

③ 피로강도

고강도강은 강성이 작아 진동 및 처짐에 유의해야 하듯, 피로강도에 대한 저항이 좋아야 한다. 

 

2. 고강도강 응력 변형률 곡선 특징

고강도 강은 일반 강과 같이 뚜렷한 항복점이 없는 특징이 있다. 응력 변형률 곡선에서 비례한도를 지나 바로 소성변형이 시작되는 물리적 특징이 있다. 고강도 강의 항복강도를 선정하기 위해 항복점을 찾는 방법은 두가지가 있는데, 아래 방법과 같다.

 

3. 고강도강 항복강도 산정 방법

1) 0.2% offset method

변형률 0.002에서 탄성구간 기울기와 동일한 기울기로 평행이동하였을때, 곡선과 만나는 점을 항복점으로 지정하고 항복강도로 정한다. 좀 더 정확히는 탄성영역의 선형구간의 기울기를 이용하는 것이다.

변형률 0.002와 선형구간 곡선의 기울이를 이용하여 항복점을 구하는 방법을 0.2% offset method 라고 한다.

2) 0.5% extention method

탄성구간 기울기 이용하지 않고, 변형률 0.005에서 연직하게 그엇을때 곡선과 만나는 점을 항복점으로 하고 항복강도로 선정한다. 이 방법을 0.5% extention method 라고 한다.

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도움이 되셨기를 바랍니다. 감사합니다.

일반강의 응력변형률 곡선도 정리했습니다. 아래 링크로 참고바랍니다.

(링크) 응력-변형률 선도, 항복강도, 인장강도, 탄성한계