지침 한국도로공사_설계실무자료집_2009년_5-6_교량구조용 압연강재(HSB) 적용 검토
2024.02.29 11:37
5-6 교량구조용 압연강재(HSB) 적용 검토
설 계 처-1988
(2008. 7. 23)
Ⅰ. 검토목적
강구조물의 내구성 증진, 슬림화, 경제성 및 시공성 개선을 위하여 강재의 강도, 저온인성, 용접성 등의 구조성능을 향상한 교량 구조용 압연강재(HSB : High Performance Steel for Bridge)의 적용성을 검토하고자 함.
Ⅱ. 추진경위
o 2005. 5월 : 국가 R&D “차세대 시설물용 신재료 활용기술개발” 연구 착수(국토해양부, 준공예정 : 2010년 8월)
o 2007. 8월 : “교량 구조용 압연 강재” KS규격 등록(KSD3868)
o 2008. 7월 : 도로교 설계기준 개정(국토해양부 중앙심의 완료)
☞ 도로교 설계기준 개정
|
구 분 |
당 초 |
개 정(안) |
|
구조용 강 재 |
KSD3503(일반구조용 압연강재) KSD3515(용접구조용 압연강재) KSD3529(용접구조용 내후성 열간 압연강재) |
KSD3503(일반구조용 압연강재) KSD3515(용접구조용 압연강재) KSD3529(용접구조용 내후성 열간 압연강재) KSD3868(교량구조용 압연강재) |
Ⅲ. 교량구조용 압연강재(HSB) 특징
o HSB500
|
구 분 |
SM490(용접구조용압연강재) |
HSB500(교량구조용압연강재) |
||||
|
제 조 법 |
As-rolled(일반압연방법) |
TMCP(열처리제어방법) |
||||
|
최대두께 |
t≤100mm |
t≤100mm |
||||
|
항복강도 |
|
380MPa 이상 (전두께 일정 항복강도) |
||||
|
인장강도 |
490MPa 이상 |
500MPa 이상 |
||||
|
충격인성 |
-0℃에서 47J 이상 |
-0℃에서 47J 이상(일반) -20℃에서 47J 이상(저온) |
||||
|
용 접 성 (예열온도) |
|
예열 없음 |
||||
|
탄소당량 |
t ≤ 50mm : 0.40 이하 50< t ≤ 100mm : 0.42 이하 |
0.40 이하 |
||||
|
기타성능 |
- |
내라멜라테어, K25 |
o HSB600
|
구 분 |
SM570(용접구조용압연강재) |
HSB600(교량구조용압연강재) |
||||||
|
제 조 법 |
As-rolled(일반압연방법) |
TMCP(제어압연방법) |
||||||
|
최대두께 |
t≤100mm |
t≤100mm |
||||||
|
항복강도 |
|
450MPa 이상 (전두께 일정 항복강도) |
||||||
|
인장강도 |
570MPa 이상 |
600MPa 이상 |
||||||
|
충격인성 |
-5℃에서 47J 이상 |
-5℃에서 47J 이상(일반) -20℃에서 47J 이상(저온) |
||||||
|
용 접 성 (예열온도) |
|
예열온도 50℃ 이하(저예열) |
||||||
|
탄소당량 |
t ≤ 50mm : 0.44 이하 50< t ≤100mm : 0.47 이하 |
0.42 이하 |
||||||
|
기타성능 |
- |
내라멜라테어, K25 |
※ 내라멜라테어 : 용접시 판두께 방향의 층상균열 방지
※ K25 : 단면수축률 25% 보증
Ⅳ. 국내․외 동향 및 적용사례
1. 국내․외 동향
|
구 분 |
국 내 |
미 국 |
일 본 |
|
강 종 (항복강도) |
HSB500(380MPa) HSB600(450MPa) |
HPS345W(345MPa) HPS485W(485MPa) HPS690W(690MPa) |
BHS500 (500MPa) BHS500W(500MPa) BHS700W(700MPa) |
|
개발착수 |
2005년 |
1992년 |
2002년 |
|
적용시기 |
2007년 |
1997년 |
2007년 |
|
적용실적 |
15,476톤/15개소 (2008.03기준) |
25,000톤/250여개소 (2005년 기준) |
10,000톤/1개소 (동경만 임해대교) |
2. 적용사례
o 국내
|
강 종 |
사 업 명 |
물량(톤) |
공급시기 |
비 고 |
|
합 계 |
15,476 |
|
|
|
|
HSB600 |
소 계 |
14,463 |
|
|
|
인천 제2연육교 건설공사 |
983 |
2007.01 |
인천대교 |
|
|
인천 제2연육교 연결도로 건설공사 |
437 |
2008.01 |
아치교 |
|
|
전주～광양간 덕례교 건설공사 |
1,800 |
2007.12 |
소수주형교 |
|
|
경부고속철도 14-1공구 |
2,445 |
2007.07 |
송정고가교 |
|
|
남구미IC 진입도로 공사 |
1,117 |
2007.05 |
공단교 |
|
|
경주시 국도대체 우회도로 공사 |
1,690 |
2007.08 |
홈실교 |
|
|
진북산업단지 교량 공사 |
537 |
2007.09 |
|
|
|
부산지하철 3호선 반송선 공사 |
4,362 |
2007.07 |
강재교각 |
|
|
익산～장수 석전2교(PCT거더교) 등 |
1,092 |
2007～ |
|
|
|
HSB500 |
순천 해룡상삼 프로젝트외 2개소 |
1,013 |
2007.12 |
|
o 국외(미국 콜로라도주)
|
Hwy |
Str. No. |
경간 |
연장(m) |
물량(톤) |
비 고 |
|
I-225 Alameda Ramps |
F-17-AX |
3 |
130.15 |
65 |
2000 |
|
F-17-DZ |
3 |
142.04 |
101 |
2000 |
|
|
I-25 5thStreet Overpass |
G-17-DA |
3 |
171.65 |
48 |
2001 |
|
SH 67 Arequa Gulch |
J-16-C |
5 |
373.23 |
408 |
2001 |
|
I-76 Over I-270 |
E-17-QS |
2 |
101.19 |
96 |
2003 |
|
E-17-QT |
2 |
101.19 |
144 |
2003 |
|
|
SH 83 Kettle Creek |
I-17-MJ |
3 |
139.60 |
73 |
2005 |
|
I-17-MK |
3 |
139.60 |
83 |
2005 |
|
|
Snyder South Bridge |
- |
1 |
45.73 |
- |
1997 |
Ⅴ. 강종별 비교 검토
1. 소수주형교
|
구 분 |
SM520 |
HSB500 |
SM570 |
HSB600 |
|
|
경간구성 |
220m(50+60+60+50) |
||||
|
교 폭 |
24.3m(왕복4차로) |
||||
|
횡단면도 |
|
||||
|
형 고(m) |
3.2 |
3.2 |
2.9 |
2.9 |
|
|
형 고 비 |
18.8 |
18.8 |
20.7 |
20.7 |
|
|
플랜 지폭 (mm) |
상면 |
700 |
700 |
700 |
700 |
|
하면 |
800 |
800 |
800 |
800 |
|
|
복부판 (mm) |
일반 |
28 |
28 |
26 |
26 |
|
지점 |
38 |
36 |
38 |
36 |
|
|
플랜지 두께(mm) |
26～64 |
26～60 |
26～64 |
26～60 |
|
|
합성응력 |
0.607～1.140 |
0.557～1.029 |
0.557～0.959 |
0.562～0.978 |
|
|
강재중량(톤) |
1,375 (100%) |
1,344 (98%) |
1,272 (93%) |
1,242 (90%) |
|
|
자재비(천원) |
953.7 (100%) |
971.9 (102%) |
1,078.2 (113%) |
1,071.3 (112%) |
|
|
공사비(천원) |
4,182,429 |
4,112,309 |
4,025,171 |
3,924,488 |
|
|
경제성(%) |
100 |
98 |
96 |
94 |
|
2. 강재박스거더교
|
구 분 |
SM490 |
SM520 |
HSB500 |
SM570 |
HSB600 |
|
경간구성 |
180m(40+50+50+40) |
||||
|
교 폭 |
24.3m(왕복4차로) |
||||
|
횡단면도 |
|
||||
|
형 고(m) |
2.2 |
2.0 |
2.0 |
1.8 |
1.8 |
|
형 고 비 |
22.7 |
25.0 |
25.0 |
27.8 |
27.8 |
|
박스폭(m) |
2.4 |
2.4 |
2.4 |
2.4 |
2.4 |
|
복부판(mm) |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
|
플랜지 두께(mm) |
12～30 |
12～28 |
12～24 |
12～24 |
12～24 |
|
합성응력 |
0.438～1.028 |
0.462～1.081 |
0.420～1.124 |
0.386～1.016 |
0.386～1.016 |
|
강재중량(톤) |
1,307 (100%) |
1,219 (93%) |
1,198 (92%) |
1,127 (86%) |
1,127 (86%) |
|
자재비(천원) |
887.1 (100%) |
936.4 (106%) |
954.6 (108%) |
1,078.2 (122%) |
1,071.3 (121%) |
|
공사비(천원) |
3,326,933 |
3,172,914 |
3,143,954 |
3,105,028 |
3,097,252 |
|
경제성(%) |
100 |
95 |
95 |
93 |
93 |
3. 검토결과
소수주형교 및 강재박스거더교를 교량구조용 압연강재(HSB)로 개선시 형고는 0.2m～0.3m로 줄일 수 있고, 공사비는 약 6∼7% 경제적인 것으로 검토되었음.
Ⅵ. 검토결론
o 교량구조용 압연강재(HSB)는 저온인성, 내구성, 용접성 및 시공성이 우수하고 강판 두께에 따른 강도 손상이 없어 구조적으로 유리하므로
o 강교량 설계시 상부형식, 경간장, 형고(미관, 유지관리 등), 지역여건(인성요구조건) 등의 설계조건과 경제성 등을 검토 후 적용함이 타당함.
형고 및 경제성
|
구 분 |
SM520 |
HSB500 |
SM570 |
HSB600 |
비 고 |
|
형 고(m) |
3.2 |
3.2 |
2.9 |
2.9 |
|
|
경제성(%) |
100 |
98 |
96 |
94 |
|
☞ 강재박스거더교(L=180m)
|
구 분 |
SM490 |
SM520 |
HSB500 |
SM570 |
HSB600 |
|
형 고(m) |
2.2 |
2.0 |
2.0 |
1.8 |
1.8 |
|
경제성(%) |
100 |
95 |
95 |
93 |
93 |
Ⅷ. 적용방안
2008. 7월 설계중인 노선부터 적용
붙 임 : 1. HSB500/600 KS규격 등록
2. 경제성 분석
3. 소수주형교/강재박스거더교 구조계산서
□ 참고문헌
o 강재박스거더교의 부재 설계개선 연구(한국도로공사 도로교통연구원)
o 소수주거더교 설계 합리화 방안(한국도로공사)
o 인장강도 600MPa급 교량 맞춤형 고성능 강재 HSB600 개발(2007 건설교통R&D 성과포럼)
o HSB600 상용화 및 HSB500 시제품 개발(제33회 대한토목학회 정기학술대회 전문학회 세미나)
o 인장강도 600MPa급 교량 맞춤형 고성능 강재 HSB600 개발(2007 학술발표대회 초록집)
o HSB600 시제품 생산 및 소재 성능 평가(2007 학술발표대회 초록집)
o 건설용 HSB600강의 용접특성(2007 학술발표대회 초록집)
