강관 접합부의 피로 성능평가에 관한 연구

Abstract

구조물의 대형화, 고성능화에 따른 단면 및 자중의 증가를 고려하기 위해서는 강부재의 사용이 필수적이며, 그 중에서도 단면의 효율이 높으며 미관을 고려하여 설계가 가능한 강관 부재의 사용이 늘어나고 있는 추세이다. 용접 구조물 경우에는 파괴의 대부분이 용접부 피로 손상에 의하여 일어나며 이는 용접부가 피로에 취약하다는 것을 의미한다. 용접부는 잔류응력, 응력집중, 용접결함 등에 의하여 피로강도가 모재에 비하여 크게 저하되기 때문이다. 따라서 피로안정성을 확보하기 위해서는 용접부의 피로강도평가가 반드시 수행되어야 한다. 강관부재와 같이 복잡한 형상을 갖는 용접 연결부의 피로 강도 평가 시 용접 연결부의 구조적 형상에 기인한 Hot Spot Stress를 이용하여 용접비드형상의 영향을 배제한 응력을 산정할 수 있다. 이러한 구조적 응력은 유한요소해석을 통해 산정하는 방법, 추정식을 바탕으로 산정하는 방법, 변형률 측정을 이용하여 산정하는 방법 등이 있다. 이 연구에서는 강관 구조물에서 관이음부의 응력해석에 대해 고찰하고 유한요소해석을 통해 SCF 및 Hot Spot Stress를 산정하였다. 또한 유한요소해석을 통한 피로해석을 수행하고 IIW, AWS 기준을 이용하여 피로평가를 하였다. 피로 해석 결과를 검토하기 위해 실물 실험 데이터를 이용하였으며 해석 값의 타당성을 검토하여 피로성능평가방법을 검토하였다.