248 ❙ 구조물공

53

구조물공

교량구조용 압연강재 HSB800 적용 검토 설계처-796

(2014.03.31)

1 검토배경

□ 강구조물의 내구성 증진, 슬림화, 경제성 및 시공성 개선을

위하여 강재 구조성능을 향상한 교량구조용 압연강재

HSB600을 도입(2008, 설계처)하여 적용중

□ 최근 강도 증가, 저온인성, 용접성 등이 향상되고 최적으로 조

합한 고성능 강재인 HSB 800 개발로 소수주거더교, 강박스거

더교 등의 강교 적용방안을 검토하고자 함

☞ 교량구조용 압연강재(HSB : High Performance Steel for Bridge)

강재의 강도, 저온인성, 용접성 등을 최적으로 조합한 강재

【강 도】【인 성】【용접성】

2 추진경위

년 도 추 진 내 용

2008. 7

도로교 설계기준 해설(2008)

- 3.2.5 강재의 선정 해설편에 HSB500, 600 수록

2008. 7

교량구조용 압연강재(HSB) 적용 검토(설계처-1988)

- HSB500, 600 적용

2010. 9

도로교 설계기준(2010) 개정

- HSB800, 800L 수록(3.2.4)

- 하이브리드 거더 설계법 적용(3.8.4.2)

※하이브리드거더 : 플랜지와 복부판에 강도가 다른 강종을 혼합해서 사용한 거더

구조물공 ❙ 249

구조물공

3 HSB800 특징

□ 재료 특징

o HSB600대비 두께 축소 및 강도, 저온인성 향상

구 분 HSB 600 HSB 800

제 조 법 TMCP(제어압연방법) TMCP(제어압연방법)

최대두께 t≤100mm t≤80mm

항복강도 450MPa 이상 690MPa 이상

인장강도 600MPa 이상 800MPa 이상

저온인성

-5℃에서 47J 이상(일반)

-20℃에서 47J 이상(저온)

-20℃에서 47J 이상(일반)

-40℃에서 47J 이상(저온)

용 접 성

(예열온도)

예열없음

(습기제거는 필요)

예열온도 50℃이하

(저예열)

탄소당량

(Ceq)

0.42 이하 0.55 이하

용접균열감응도

(Pcm)

0.20 이하 0.25 이하

※저온인성 성능기준 향상 : 일반강재(-5→-20℃), 저온강재(-20→-40℃)

※ TMCP(Thermo-Mechanical Control Process) : 제어압연방법이라고 하며,

후판을 압연생산시 온도를 제어하는 제어압연으로 강재의 기계적 성질을

확보하는 철판

※ 탄소당량(Ceq) : 강재 내부 원소의 영향을 탄소의 양으로 환산한 것으로

Ceq=0.44%이상이 되면 예열 필요성의 기준이 됨(도로교표준시방서 3.2)

Ceq  C  

Mn  

Si  

Ni  

Cr  

Mo   

V 

※ 용접균열감응도(Pcm) : 탄소당량과 동일한 개념으로 강종, 강판두께, 용접

방법에 따른 최소 예열온도 산정지수(도로교표준시방서 3.2)

Pcm  C  

Si  

Mn   

Cu  

Ni   

Cr   

Mo   

V  B

250 ❙ 구조물공

□ 품질기준 및 결과

o 품질기준(KS D 3838, 2009) 평가 결과 기준 만족

구 분

HSB 800

비고

기준 결과

탄소당량(%) ≤ 0.55 0.48

용접균열

감수성(%)

≤ 0.25 0.20

항복강도

(MPa)

≥ 690 795

인장강도

(MPa)

≥ 800 885

연신율(%) ≥ 15 26

저온인성

(J/cm2)

≥ 47 (-20℃) 288 일반

≥ 47 (-40℃) 216 저온

※ 시험기관 : 한국화학융합시험연구원(2014.01)

□ 국내․외 고성능 강재 비교

o 국내․외 고성능 강재 성능비교시 동등이상의 성능 확보

구 분

HSB 800

(한국)

SBHS 700W

(일본)

HPS 100W

(미국)

제 조 법 TMCP QT QT

최대두께

(mm) 80 100 65

항복강도

(MPa)

690 700 690

인장강도 800 이상 780 이상 760 이상

저온인성 47J@-20℃(일반)

47J@-40℃(저온) 100J@-40℃ 48J@-34℃

탄소당량

(Ceq) ≤ 0.55 ≤ 0.84 ≤ 0.76

용접균열

감응도(Pcm)

≤ 0.25 ≤ 0.30(t< 50)

≤ 0.32(t<100)

≤ 0.33

성능규정 KS D 3868 JIS G 3140 ASTM A 709

※ W(Weather Resistance) : 내후성을 가진 강재

구조물공 ❙ 251

구조물공

4 HSB800 적용 검토

□ 강판형교

o 2주형 소수주거더교

구 분 HSB600 HSB800 HSB800+500

경간구성 130(40+50+40)m

교 폭 12.15m(2차로)

횡단면도

2.300~

2.500

G2 G1

CL OF ROAD

12.150

450 2.125 3.500 3.500 2.125 450

3.075 6.000 3.075

형 고(m) 2.5 2.3 2.3

형 고 비 16.0~20.0 17.4~21.7 17.4~21.7

플랜지

폭(mm)

상면 600 500 500

하면 600 500 500

복부판

두께(mm)

일반 18 18 18

지점 22 22 22

플랜지

두께(mm)

상판 24~70 20~46 20~46

하판 20~80 20~61 20~61

합성응력 0.430~1.026 0.387~1.065 0.387~1.065

강재중량(톤)

263.584

(100%)

213.446

(81%)

213.446

(81%)

강종

HSB800 171.326 80.910

HSB600 220.519

HSB500 90.416

SM400 43.065 42.120 42.120

자재비(억원) 3.807 3.633 3.097

경제성(%) 100 95 81

252 ❙ 구조물공

o 4주형 거더교

구 분 HSB600 HSB800 HSB800+500

경간구성 130(40+50+40)m

교 폭 12.15m(2차로)

횡단면도

G4 G3 G2 G1

CL OF ROAD

1.800~

2.000

12.150

450 2.125 3.500 3.500 2.125 450

975 3400 3400 3400 975

형 고(m) 2.0 1.8 1.8

형 고 비 20.0~25.0 22.2~27.8 22.2~27.8

플랜지

폭(mm)

상면 400 400 400

하면 400 400 400

복부판

두께(mm)

일반 14 16 16

지점 18 23 23

플랜지

두께(mm)

상판 16~54 15~45 15~45

하판 16~95 15~53 15~53

합성응력 0.221~0.879 0.158~0.871 0.158~0.871

강재중량(톤)

310.721

(100%)

288.695

(93%)

288.695

(93%)

강종

HSB800 244.625 102.244

HSB600 265.466

HSB500 142.381

SM400 45.255 44.070 44.070

자재비(억원) 4.512 5.010 4.165

경제성(%) 100 111 92

□ 검토결과

o 강판형교에 HSB800과 HSB하이브리드거더(800+500)형식 적용결과

형고 및 폭/두께 축소로 슬림화 가능

o 슬림화에 따른 공사비 절감 8～19% 예상

구조물공 ❙ 253

구조물공

□ 강박스거더교

o 경간장 50m

구 분 HSB500 HSB600 HSB800 HSB800+500

경간구성 150(50+50+50)m

교 폭 9.3m

횡단면도 S = 7.000%

CL of ROAD

2.400

1.800~

450 1.800 3.600 3.000 450

9.300

1.100 2.000 3.100 2.000 1.100

형 고(m) 1.8~2.4 1.8~2.2 1.8~2.0 1.8~2.0

형 고 비 20.8~27.8 22.7~27.8 25.0~27.8 25.0~27.8

박스폭(m) 2.0 2.0 2.0 2.0

플랜지

두께(mm)

상판 10~16 10~14 10~12 10~12

하판 12~20 12~16 10~14 10~14

복부판두께

(mm)

12 12 12 12

합성응력 0.232~0.935 0.182~0.909 0.155~0.776 0.155~0.776

강재중량(톤)

402.916

(100%)

391.056

(97%)

382.567

(95%)

382.567

(95%)

강종

HSB500 329.817 116.343

HSB600 318.172

HSB800 309.948 193.605

SM400 73.099 72.884 72.619 72.619

자재비(억원) 4.949 5.614 6.533 5.843

경제성(%) 100 113 132 118

254 ❙ 구조물공

o 경간장 60m

구 분 HSB500 HSB600 HSB800 HSB800+500

경간구성 180(60+60+60)m

교 폭 9.3m

횡단면도 S = 7.000%

CL of ROAD

2.400

1.800~

450 1.800 3.600 3.000 450

9.300

1.100 2.000 3.100 2.000 1.100

형 고(m) 1.8~2.4 1.8~2.2 1.8~2.0 1.8~2.0

형 고 비 25.0~33.3 27.3~33.3 30.0~33.3 30.0~33.3

박스폭(m) 2.0 2.0 2.0 2.0

플랜지

두께(mm)

상판 10~26 10~24 10~16 10~16

하판 10~30 10~24 10~16 10~16

복부판두께

(mm)

12 12 12 12

합성응력 0.436~1.096 0.307~1.031 0.393~0.982 0.393~0.982

강재중량(톤) 594.066

(100.0%)

540.315

(93%)

499.551

(84%)

499.551

(84%)

강종

HSB500 482.770 140.557

HSB600 445.617

HSB800 392.665 252.106

SM400 111.296 107.161 106.888 106.888

자재비(억원) 7.293 7.919 8.440 7.607

경제성(%) 100 109 116 104

구조물공 ❙ 255

구조물공

o 경간장 70m

구 분 HSB500 HSB600 HSB800 HSB800+500

경간구성 210(70+70+70)m

교 폭 9.3m

횡단면도 S = 7.000%

CL of ROAD

2.400

1.800~

450 1.800 3.600 3.000 450

9.300

1.100 2.000 3.100 2.000 1.100

형 고(m) 1.8~2.4 1.8~2.2 1.8~2.0 1.8~2.0

형 고 비 29.2~38.9 31.8~38.9 35.0~38.9 35.0~38.9

박스폭(m) 2.0 2.0 2.0 2.0

플랜지

두께(mm)

상판 28~52 16~40 12~24 12~24

하판 32~52 16~40 12~26 12~26

복부판두께(mm) 12 12 12 12

합성응력 0.163~1.089 0.164~1.092 0.364~1.000 0.364~1.000

강재중량(톤) 973.703

(100.0%)

748.677

(77%)

631.993

(65%)

631.993

(65%)

강종

HSB500 844.243 162.087

HSB600 627.491

HSB800 511.261 349.174

SM400 129.460 121.186 120.732 120.732

자재비(억원) 12.069 10.823 10.786 9.825

경제성(%) 100 90 89 81

□ 검토결과

o 강박스거더교에 경간장 60m이하에서는 HSB800과 HSB하이브리드

거더(800+500)형식 적용결과 중량 및 형고축소는 가능하나,

HSB500 대비 경제성 효과가 없음

o 경간장 70m 내외에서는 형고, 두께축소로 공사비 절감 19% 예상

256 ❙ 구조물공

5 검토결론

□ 교량구조용 압연강재 HSB800은 강도, 저온인성, 용접성이 향상되고

최적으로 조합한 강재로 강교량 적용시 내구성 및 시공성이

우수하고 슬림화에 따른 경제성 향상 효과가 있어 설계 적용

o 강판형교는 형고 20cm이상 감소, 슬림화와 강재폭/두께 축소로

공사비 8~19% 절감

o 강박스거더교는 경간장 70m내외에서 형고 20cm이상 감소, 슬

림화와 강재두께 축소로 공사비 19% 절감

경제성

☞ 교량구조용 압연강재 HSB800 적용시 56억원 절감 예상

o 대상 : 함양～울산 등 설계중인 노선

※ 산출근거 : 4.1억/4차로/100m 교량

□ 교량구조용 압연강재 HSB800 설계적용시 하이브리드 형식, 상

부형식, 경간장, 설치지역 온도※, 지역여건 등의 설계조건과 경

제성 등을 검토 후 설계 적용

※ 국내 지역별 최저 공용온도에 따른 최대 허용 판두께 규정 신설(2010년)

6 적용방안

□ 설계중인 노선 : 본 방침 적용

□ 공사중인 노선 : 공사 주관(시행)부서 판단 후 적용

붙 임 : 1. 적용효과 경제성 분석

2. 강재 자재비 비교

3. 국내 지역별 최저 공용온도에 따른 최대 허용 판두께

구조물공 ❙ 257

구조물공

붙 임 3

국내 지역별 최저 공용온도에 따른 최대허용 판두께

□ 도입배경

인장 또는 교번응력을 받는 주부재의 저온인성을 확보하기 위하여

지역별 최저온도에 따른 최대 허용 판두께 규정 신설

※ 도로교 설계기준 2010(3.3.4.3 인성요구조건)

□ 온도구역 구분

구분 최저 공용온도 지역별 온도구역 구분

온도구역Ⅰ

-15℃≤T

온도구역Ⅱ

-25℃≤T<-15℃

온도구역Ⅲ

-35℃≤T<-25℃

□ 최대허용 판두께