Journal of Korean Society of Steel Construction (한국강구조학회 논문집)

Korean Society of Steel Construction (한국강구조학회)
권호 표지

A Fundamental Study on Evaluation of Web Crippling Strength of Corroded H-Beams

부식 H형 강재의 복부좌굴강도 추정에 관한 기초적 연구

  • 김인태 (부산대학교 사회환경시스템공학부 토목공학전공) ;
  • 신창희 (부산대학교 사회환경시스템공학부 토목공학전공) ;
  • 정지영 (부산대학교 사회환경시스템공학부 토목공학전공)
  • Received : 2010.04.20
  • Accepted : 2010.08.30
  • Published : 2010.10.27
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The most typical deterioration of steel structures is corrosion damage. However, a method to evaluate residual load-carrying capacity of corroded steel structures is not yet established. It is difficult to check current serviceability and safety of the structures. In this study, compressive tests and finite element analyses were conducted on H-beams with corroded web. Then, the effect of corrosion damage on web crippling strength and evaluation methods of the web crippling strength are studied. Based on the tests, 4 H-beam specimens used in a subway construction site and 9 H-beam specimens with different web-thickness and damaged-height underwent compression-tests. To consider loading and supporting areas in the site, compressive loading was applied in the entire region of the upper and bottom flange in 5 H-beam specimens and applied partially on the regions of the upper and bottom flange in 8 specimens. The finite element analysis of 38 parametric model specimens simulating different corrosion damages was also carried out. From experimental and analytical results, the relationships between corrosion damages in the web and residual web crippling strength are presented. Factors web crippling strength was reduced are formulated by using residual average thickness and the standard deviation of the corroded web thickness. Also, a simple evaluation method of residual web crippling strength was proposed.

강구조물의 장기간 사용에 있어 가장 대표적인 노화현상의 하나로 부식손상을 들 수 있다. 그러나 부식 손상된 강재의 지속사용 여부 및 보수 보강 필요 여부를 판단하기 위한 잔존 내하력 평가법이 확립되어 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 부식손상으로 인한 단면결손 또는 두께감소의 정도가 H형 강재의 복부좌굴강도에 미치는 영향을 검토하고 잔존 복부좌굴하중 추정법을 제안하기 위하여, H형 강재의 복부좌굴실험과 유한요소해석을 실시하였다. 본 실험에서는 지하철 공사 현장에서 다년간 대기 노출로 인하여 부식 손상된 주형받침보를 절단한 H형 강재와 부식손상을 모사하기 위하여 인위적으로 복부 하단부의 부식손상 두께와 높이를 달리하여 제작한 H형 강재의 총 13개의 시험체를 사용하였다. 그리고 다양한 하중재하면적 또는 지지단면적을 모사하기 위해, 이들 중 5개의 시험체는 상부플랜지의 상면 전체에 걸쳐 압축하중을 전면재하 하였으며, 나머지 8개는 상부플랜지의 일부분에만 부분적으로 압축하중을 부분재하 하였다. 또한 이들 시험체에 대한 유한 요소해석을 수행하여 실험결과와 비교, 분석하였다. 그 결과, 복부의 부식두께 및 손상높이와 복부좌굴하중과의 상관관계를 정량화하였으며, 평균 부식감소량과 표준편차를 이용하여 H형 강재의 복부좌굴하중 감소계수를 추정할 수 있는 잔존 복부좌굴하중 추정법을 제안하였다.

Keywords

References

  1. 김인태, 전상혁, 허정옥, 정진환(2009) 지하철 공사현장 환경하의 가시설 강재의 부식두께감소량 추정, 한국강구조학회논문집, 제21권, 제3호, pp.301-310.
  2. 김종락, 이은택, 이소연, 배기열(2008) 중심압축력을 받는 일반구조용 강관의 구조성능에 관한 연구, 한국강구조학회논문집, 제20권, 제3호, pp.437-444.
  3. 서성연, 김필중, 김종락, 양영성, 김규석(1988) 용접H형강주의 좌굴강도에 관한 연구, 대한건축학회논문집, 제5권, 제6호, 통권26호, pp.603-608.
  4. 신영식, 윤성기(1997) 휨을 받는 얇은 판 부재에서의 웨브재의 좌굴 거동과 補强에 관한 實驗的 硏究, 대한건축학회논문집, 제13권, 제6호, 통권 104호, pp.329-338.
  5. 이병구, 김석기, 이태은, 김권식(2009) 후좌굴 변단면 기둥의 기하 비선형 해석, 대한토목학회논문집, 제29권, 제1A호, pp.53-60.
  6. 장홍주, 허정옥, 정진환, 김인태(2009) 부식 인장강재의 잔존내하성능평가, 2009년도 학술발표대회 논문집, 한국강구조학회, pp.15-16.
  7. 한국강구조학회(2008) 강구조공학 제3판(수정판), 구미서관, pp.381-390.
  8. 황원섭, 이장규, 박완배(2003) 압축력을 받는 압연 변두께 강판의 좌굴, 대한토목학회논문집, 제23권, 제4A호, pp.777-784.
  9. 日本鋼構造協會 (2002) 旣設鋼橋部材の耐力.耐久性診斷と補修.補强に関する資料集(鋼橋の維持管理とそれを支える要素技術), JSSC, No.51.
  10. 日本土木學會 (1996) 鋼橋における劣化現象と損傷の評價, 鋼構造 シリーズ 7.
  11. 日本建築學會 (2009) 鋼構造座屈設計指針, pp.4-52.
  12. ABAQUS/Standard User's Manual(Ver. 6.7)
  13. Chao, P. (2008) Web Crippling strength of I-girder with Corrugated Steel Webs under Edge Loading, Ph.M. Dissertation, Korea University.
  14. Robert, T.M. and Newark, A.C.B. (1997) Strength of Webs Subjected to Compressive Edge Loading. Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.123, No.2, pp.176-183. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1997)123:2(176)
  15. TAMAKOSHI, T., NAKASU, K., ISHIO, M., and SUIZU, N. (2006) Research on local corroision of highway steel bridge, Technical Note of National Institute for Lane and Infrastructure Management, No. 294, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Japan.