(출처: kim2kie)
구조용 강재는 주성분인 철(Fe) 외에도 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni) 등 여러 합금원소가 포함되며, 이러한 성분·열처리·압연/가공 조건에 따라 강도, 연성, 인성, 용접성, 내후성(부식 저항), 내화성(고온 성능) 등이 달라진다. (PDF p.1)
강구조 설계에서는 강재 자체의 기계적 성질뿐 아니라, 볼트·용접 등 접합부의 거동이 구조 성능에 큰 영향을 주므로, 재료 성질과 함께 접합 요소의 재료 및 시공 특성까지 이해하는 것이 중요하다. (PDF p.1)
각 강재 유형은 특정 용도와 환경에 맞게 설계된다. 구조물의 요구 사항, 환경 조건, 하중 조건 등을 고려하여 적절한 강재를 선택하는 것이 중요하다.
강재는 다음과 같은 코드 체계로 표기된다: SM 275 A W N ZA
교재는 구조용 강재가 KS 규격(예: 일반구조용 SS, 용접구조용 SM, 내후성 SMA, 건축구조용 SN, 건축구조용 H형강 SHN, 고성능 HSA 등)으로 분류됨을 정리하고, 각 규격이 용도·가공성·용접성·성능 요구에 따라 선택됨을 설명한다. (PDF p.3)
강재의 표기는 일반적으로 다음과 같은 형식을 따른다.
SM355A
└── 용도 및 강재구분 (예: SM - 용접구조용)
└── 항복강도 등급 (예: 355 MPa)
└── 부가 기호 (예: A, B, C 등은 충격 흡수 특성 등급)
기호에 따라 내후성(W), 내화성(FR), 열처리(Q, T), Z방향 성능(ZA, ZB, ZC) 등이 추가로 부여될 수 있다.
한국산업표준(KS)에 따른 강재 규격은 아래와 같다.
| KS 번호 | 명칭 | 예시 |
|---|---|---|
| KS D 3503 | 일반 구조용 압연 강재 | SS275 |
| KS D 3515 | 용접 구조용 압연 강재 | SM355A, SM420 |
| KS D 3529 | 내후성 열간 압연 강재 | SMA355AW |
구조용 강재의 기본 강도 지표는 항복강도 \(F_y\)와 인장강도 \(F_u\)이며, 강재의 강도 등급은 일반적으로 \(F_y\) 또는 \(F_u\)를 기준으로 분류된다. 교재는 두께에 따라 강도 값이 달라질 수 있음을 표로 제시하며, 설계에서는 해당 규격의 두께 범위에 맞는 값을 사용해야 함을 강조한다. (PDF p.4)
기계적 성질 측면에서 2016년 이후 항복강도 \( F_y \) 기준으로 개정되었으며, 인장강도 대비 비율도 함께 명시되고 있다.
| 변경 전(-2016.12) | 변경 후(2016.12 -) | 비고(-1997.10 허용응력설계) |
|---|---|---|
| 용접구조용 | ||
| SM400 (\( F_u = 400 \) MPa) | SM275 (\( F_y = 275 \) MPa, \( F_u = 410 \) MPa, \( F_y/F_u = 0.671 \)) | SWS41 |
| SM490 (\( F_u = 490 \) MPa) | SM355 (\( F_y = 355 \) MPa, \( F_u = 490 \) MPa, \( F_y/F_u = 0.724 \)) | SWS50 |
| SM520 (\( F_u = 520 \) MPa) | SM420 (\( F_y = 420 \) MPa, \( F_u = 520 \) MPa, \( F_y/F_u = 0.807 \)) | |
| SM570 (\( F_u = 570 \) MPa) | SM460 (\( F_y = 460 \) MPa, \( F_u = 570 \) MPa, \( F_y/F_u = 0.807 \)) | |
| 일반구조용 | ||
| SS330 (\( F_u = 330 \) MPa) | SS235 (\( F_y = 235 \) MPa, \( F_u = 330 \) MPa, \( F_y/F_u = 0.712 \)) | |
| SS400 (\( F_u = 400 \) MPa) | SS275 (\( F_y = 275 \) MPa, \( F_u = 410 \) MPa, \( F_y/F_u = 0.671 \)) | SB41 |
| SS490 (\( F_u = 490 \) MPa) | SS315 (\( F_y = 315 \) MPa, \( F_u = 490 \) MPa, \( F_y/F_u = 0.642 \)) | SB50 |
| SS540 (\( F_u = 540 \) MPa) | SS410 (\( F_y = 410 \) MPa, \( F_u = 540 \) MPa, \( F_y/F_u = 0.759 \)) | SB55 |
| SS590 (\( F_u = 590 \) MPa) | SS450 (\( F_y = 450 \) MPa, \( F_u = 590 \) MPa, \( F_y/F_u = 0.763 \)) | |
[LINK] H형강, I형강 규격(모양, 치수 등)
H형강, I형강, ㄷ형강, T형강, ㄱ형강, 각형강관, 원형강관, 강판, 강봉 등 다양한 형강이 있으며, 표기법은 다음과 같다:
H - 400×200×8×13: 높이×폭×웹두께×플랜지두께ㄷ - 200×75×9×11, T - 100×100×12×10□ - 150×150×9, ○ - 200×12PL - 25, PL - 25×150, ϕ - 20
취성파괴는 연성 변형 없이 급격하게 파괴되는 현상으로, 다음과 같은 원인에 의해 발생한다:
피로파괴는 반복 하중에 의해 발생하며, 보통 다음과 같은 과정을 따른다:
피로 수명은 하중 크기, 주기, 환경, 재료 특성 등에 따라 달라지며, S-N 곡선을 통해 예측 가능하다.
예방책으로는 응력 집중 완화, 적절한 재료 선택, 비파괴 검사 등이 있다.
강재의 내화성은 고온에서 구조적 안정성을 유지하는 능력을 의미하며, 다음 요소가 관련된다:
대응 방법: 내화 피복, 콘크리트 피복, 내화 시험, 내화성 높은 강재 선택