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표제지

요지

목차

제 1 장 서 론 15

1.1 연구의 배경 및 목적 15

1.2 연구의 범위 18

제 2 장 일반 구조용 강재의 고온특성 평가 21

2.1 서언 21

2.2 강재 고온특성 고찰 23

2.2.1 북미의 강재 고온특성 24

2.2.2 유럽의 강재 고온특성 27

2.2.3 일본의 강재 고온특성 29

2.3 기계적 특성 평가 33

2.3.1 SS 400강재 특성 36

2.3.2 SM 400강재 특성 45

2.3.3 SM 490강재 특성 54

2.4 열적 특성 평가 63

2.4.1 고온선팽창계수 63

2.4.2 고온열전도율 65

2.5 결 언 67

제 3 장 특수 구조용 강재의 고온특성 평가 69

3.1 서언 69

3.2 기계적 특성 평가 69

3.2.1 SM 520강재 특성 72

3.2.2 SM 570강재 특성 81

3.2.3 FR 490강재 특성 90

3.3 열적 특성 평가 99

3.3.1 고온선팽창계수 99

3.3.2 고온열전도율 100

3.4 결 언 104

제 4 장 구조용 강재 기둥부재 및 보의 내화특성 평가 105

4.1 서언 105

4.2 무피복 강재 기둥의 재하가열시험 106

4.2.1 시험 개요 106

4.2.2 무피복 강재 기둥의 재하가열시험 결과 109

4.3 무피복 강재 보의 재하가열시험 113

4.3.1 시험 개요 113

4.3.2 무피복 강재 보의 재하가열시험 결과 116

4.4 피복 강재 기둥부재와 보의 재하가열시험 120

4.4.1 시험 개요 120

4.4.2 피복 강재 기둥과 보의 재하가열시험 결과 121

4.5 결 언 123

제 5 장 강구조 부재의 적용하중별 한계온도 평가 125

5.1 서언 125

5.2 기둥부재의 한계온도 평가 126

5.2.1 실험계획 126

5.2.2 실험결과 및 분석 128

5.3 강재 보의 한계온도 평가 131

5.3.1 실험계획 131

5.3.2 실험결과 및 분석 135

5.4 결 언 139

제 6 장 단면형상계수에 따른 내화피복두께 설정연구 141

6.1 서언 141

6.2 이론적 고찰 142

6.2.1 단면형상계수 개념 144

6.2.2 국내 H형 강재의 단면형상계수 산정 151

6.3 단면형상계수에 따른 내화성능평가 실험 156

6.3.1 실험계획 156

6.3.2 Full scale 비재하가열실험 157

6.3.3 Full scale 재하가열실험 162

6.3.4 Small scale 비재하가열실험 168

6.4 단면형상계수에 따른 내화피복두께 평가 172

6.5 강재 단면형상계수에 따른 내화피복 경제성 분석 177

6.6 결 언 179

제 7 장 결 론 181

참고문헌 185

ABSTRACT 192

감사의 글 195

표목차

[표 2.1] 강재 허용온도 기준 22

[표 2.2] 강재의 응력-변형 감소계수 28

[표 2.3] 강재의 고온에서의 설계용 정수의 편차 31

[표 2.4] 구조용 강재의 규격 33

[표 2.5] 구조용 강재의 화학조성비(%) 34

[표 2.6] 고온인장시험 조건 35

[표 2.7] 온도변화에 따른 기계적 변화 추이(SS 400) 37

[표 2.8] 온도변화에 따른 응력-변형도 모델식 44

[표 2.9] 온도변화에 따른 기계적 변화 추이(SM 400) 46

[표 2.10] 온도변화에 따른 응력-변형도 모델식 53

[표 2.11] 온도변화에 따른 기계적 변화 추이(SM 490) 55

[표 2.12] 온도변화에 따른 응력-변형도 모델식 62

[표 2.13] 고온선팽창계수의 회귀식 65

[표 2.14] 열전도율(SS 400) 66

[표 2.15] 열전도율(SM 490) 66

[표 3.1] 구조용 강재의 규격 70

[표 3.2] 구조용 강재의 화학조성비(%) 70

[표 3.3] 고온인장시험 조건 71

[표 3.4] 온도변화에 따른 기계적 변화 추이(SM 520) 73

[표 3.5] 온도변화에 따른 응력-변형도 모델식 80

[표 3.6] 온도변화에 따른 기계적 변화 추이(SM 570) 82

[표 3.7] 온도변화에 따른 응력-변형도 모델식 89

[표 3.8] 온도변화에 따른 기계적 변화 추이(FR 490) 91

[표 3.9] 온도변화에 따른 응력-변형도 모델식 98

[표 3.10] 고온선팽창계수의 회귀식 100

[표 3.11] 열전도율(SM 520) 101

[표 3.12] 열전도율(SM 570) 102

[표 3.13] 열전도율(FR 490) 102

[표 4.1] 무피복 강재 기둥부재 재하가열시험 계획 106

[표 4.2] 무피복 강재 기둥부재의 허용변형량 및 허용변형속도 108

[표 4.3] 무피복 강재 기둥부재 재하가열시험 결과 109

[표 4.4] 무피복 강재 보 재하가열시험 계획 113

[표 4.5] 무피복 강재 보 허용변형량 및 허용변형속도 116

[표 4.6] 무피복 강재 보 재하가열시험 결과 116

[표 4.7] 피복 강재 재하가열시험 계획 120

[표 4.8] 피복 강재 기둥부재와 보의 변형량 및 변형속도 121

[표 4.9] 피복 강재 기둥부재와 보 재하가열시험 결과 122

[표 5.1] 기둥부재 한계온도 평가 실험계획 127

[표 5.2] 무피복 강재 기둥부재의 실험체별 하중지지력 129

[표 5.3] 무피복 강재 기둥부재의 온도 130

[표 5.4] 강재 보의 한계온도 평가 실험계획 131

[표 5.5] 강재 보의 실험체별 하중지지력 135

[표 5.6] 무피복 강재 보의 온도 137

[표 5.7] 콘크리트 바닥 내부 최고온도 138

[표 5.8] 보강 철근 표면 최고온도 139

[표 6.1] 단면형상계수 개념 144

[표 6.2] 각국의 단면형상계수 산정을 위한 인자 146

[표 6.3] H형강의 Hp/A값(영국) 149

[표 6.4] 일반 강재(H형강 기둥)에 대한 W/D 150

[표 6.5] 국내 단면형상계수 설정을 위한 인자 151

[표 6.6] KS D 3502의 H형강에 대한 단면형상계수값(Hp/A)의 산정 153

[표 6.7] 비팽창성 뿜칠재료의 내화피복두께 설정을 위한 실험계획 157

[표 6.8] 비재하가열실험 계획(Full scale) 158

[표 6.9] 단면형상계수에 따른 강재온도(Full scale 비재하가열실험) 161

[표 6.10] 재하가열실험 내역(Full scale) 163

[표 6.11] 허용변형량 및 허용변형속도 164

[표 6.12] 강재의 재하가열실험을 통한 한계온도 설정 167

[표 6.13] 비재하가열실험 계획 168

[표 6.14] 비재하가열실험 결과(Small scale) 172

[표 6.15] 강재의 단면형상계수에 따른 국내 내화피복두께 산정표 174

[표 6.16] 내화피복두께 설정을 위해 적용된 비팽창성 뿜칠재의 비교 175

[표 6.17] 내화피복두께 산정표(비팽창성 뿜칠재 -영국) 176

[표 6.18] 내화피복 경제성 검토를 위한 대상 건축물 개요 177

[표 6.19] 철골조 공동주택 기둥 단면적에 대한 단위길이당 소요 내화피복량 177

[표 6.20] 철골조 공동주택의 소요 내화 피복량 178

[표 6.21] 내화피복기준에 따른 경제성 비교 178

그림목차

[그림 1.1] 연구 흐름도 20

[그림 2.1] ASTM A36의 응력-변형곡선 25

[그림 2.2] ASTM A421의 응력-변형곡선 25

[그림 2.3] ASTM A36 및 ASTM A421의 고온시 인장강도 및 항복강도 26

[그림 2.4] 구조용 강재(1) 및 철근(2)의 탄성계수에 관한 온도 영향 27

[그림 2.5] 고온에서 강재의 응력-변형관계의 감소계수 28

[그림 2.6] 구조용 강재의 유효항복응력 비율 29

[그림 2.7] 강재의 탄성계수비(ET/ERT) 30

[그림 2.8] 강재의 항복응력도비(σy,T/σy,RT) 33

[그림 2.9] 고온인장시편 형상 및 치수 34

[그림 2.10] 고온인장시편(SS 400) 35

[그림 2.11] 고온인장시편(SM 490) 35

[그림 2.12] 인장시험장치 36

[그림 2.13] 챔버 및 신율계 36

[그림 2.14] 온도상승곡선 36

[그림 2.15] 온도변화에 따른 응력-변형도 곡선(SS 400, 2%변형도 ) 38

[그림 2.16] 온도변화에 따른 응력-변형도 특성(SS 400) 38

[그림 2.17] 온도변화에 따른 항복강도(0.2%옵�V)의 추이(SS 400) 39

[그림 2.18] 온도변화에 따른 잔존항복강도(0.2%옵�V)비의 추이(SS 400) 39

[그림 2.19] 온도변화에 따른 유효내력(1%변형율)의 추이(SS 400) 40

[그림 2.20] 온도변화에 따른 잔존유효내력(1%변형율)의 추이(SS 400) 40

[그림 2.21] 온도변화에 따른 인장강도의 추이(SS 400) 41

[그림 2.22] 온도에 따른 탄성계수의 추이(SS 400) 41

[그림 2.23] 온도변화에 따른 잔존탄성계수비의 추이(SS 400) 42

[그림 2.24] 온도변화에 따른 연신율의 추이(SS 400) 42

[그림 2.25] 온도변화에 따른 강재의 기계적 특성 종합(SS 400) 45

[그림 2.26] 온도변화에 따른 응력-변형도 특성(SM 400, 2%변형도 측정) 47

[그림 2.27] 온도변화에 따른 응력-변형도 특성(SM 400) 47

[그림 2.28] 온도변화에 따른 항복강도(0.2%옵�V)의 추이(SM 400) 48

[그림 2.29] 온도변화에 따른 잔존항복강도비(0.2%옵�V)의 추이(SM 400) 48

[그림 2.30] 온도변화에 따른 유효내력(1%변형도)의 추이(SM400) 49

[그림 2.31] 온도변화에 따른 잔존유효내력비(1%변형도)의 추이(SM 400) 49

[그림 2.32] 온도변화에 따른 인장강도의 추이(SM 400) 50

[그림 2.33] 온도변화에 따른 탄성계수의 추이(SM 400) 50

[그림 2.34] 온도변화에 따른 잔존탄성계수비의 추이(SM 400) 51

[그림 2.35] 온도변화에 따른 연신율의 추이(SM 400) 51

[그림 2.36] 온도변화에 따른 강재의 기계적 특성 변화 종합(SM 400) 54

[그림 2.37] 온도변화에 따른 응력-변형도 특성(SM 490, 2%변형도 측정) 56

[그림 2.38] 온도에 따른 응력-변형도 특성(SM 490) 56

[그림 2.39] 온도변화에 따른 항복강도(0.2%변형도)의 추이(SM 490) 57

[그림 2.40] 온도변화에 따른 잔존항복강도비(0.2%변형도)의 추이(SM 490) 57

[그림 2.41] 온도변화에 따른 유효내력(1%변형도)의 추이(SM 490) 58

[그림 2.42] 온도변화에 따른 잔존유효내력(1%변형도)의 추이(SM 490) 58

[그림 2.43] 온도변화에 따른 인장강도의 추이(SM 490) 59

[그림 2.44] 온도변화에 따른 탄성계수의 추이(SM 490) 59

[그림 2.45] 온도변화에 따른 잔존탄성계수비의 추이(SM 490) 60

[그림 2.46] 온도변화에 따른 연신율의 추이(SM 490) 60

[그림 2.47] 온도변화에 따른 강재의 기계적 특성 변화 종합(SM 490) 63

[그림 2.48] 고온선팽창계수의 비교 64

[그림 2.49] 온도상승에 따른 강재 열전도율 추이 67

[그림 3.1] 시험전 시편(SM 520) 72

[그림 3.2] 시험후 시편(SM 520) 72

[그림 3.3] 온도변화에 따른 응력-변형도 특성(SM 520, 2%변형도 측정) 74

[그림 3.4] 온도변화에 따른 응력-변형도 특성(SM 520) 74

[그림 3.5] 온도변화에 따른 항복강도(0.2%변형도)의 추이(SM 520) 75

[그림 3.6] 온도변화에 따른 잔존항복강도비(0.2%변형도)의 추이(SM 520) 75

[그림 3.7] 온도변화에 따른 유효내력(1%변형도)의 추이(SM 520) 76

[그림 3.8] 온도변화에 따른 잔존유효내력비(1%변형도)의 추이(SM 520) 76

[그림 3.9] 온도변화에 따른 인장강도의 추이(SM 520) 77

[그림 3.10] 온도변화에 따른 탄성계수의 추이(SM 520) 77

[그림 3.11] 온도변화에 따른 잔존탄성계수비의 추이(SM 520) 78

[그림 3.12] 온도변화에 따른 연신율의 추이(SM 520) 78

[그림 3.13] 온도변화에 따른 강재의 기계적 특성 종합(SM 520) 81

[그림 3.14] 시험전 시편(SM 570) 81

[그림 3.15] 시험후 시편(SM 570) 81

[그림 3.16] 온도변화에 따른 응력-변형도 특성(SM 570, 2%변형도 측정) 83

[그림 3.17] 온도변화에 따른 응력-변형도 특성(SM 570) 83

[그림 3.18] 온도변화에 따른 항복강도(0.2%변형도)의 추이(SM 570) 84

[그림 3.19] 온도변화에 따른 잔존항복강도비(0.2%변형도)의 추이(SM 570) 84

[그림 3.20] 온도변화에 따른 유효내력(1%변형도)의 추이(SM 570) 85

[그림 3.21] 온도변화에 따른 잔존유효내력비(1%변형도)의 추이(SM 570) 85

[그림 3.22] 온도변화에 따른 인장강도의 추이(SM 570) 86

[그림 3.23] 온도변화에 따른 탄성계수의 추이(SM 570) 86

[그림 3.24] 온도변화에 따른 잔존탄성계수비의 추이(SM 570) 87

[그림 3.25] 온도변화에 따른 연신율의 추이(SM 570) 87

[그림 3.26] 온도변화에 따른 강재의 기계적 특성 종합(SM 570) 89

[그림 3.27] 시험전 시편(FR 490) 90

[그림 3.28] 시험후 시편(FR 490) 90

[그림 3.29] 온도변화에 따른 응력-변형도 특성(FR 490, 2%변형도 측정) 92

[그림 3.30] 온도변화에 따른 응력-변형도 특성(FR 490) 92

[그림 3.31] 온도변화에 따른 항복강도(0.2%변형도)의 추이(FR 490) 93

[그림 3.32] 온도변화에 따른 잔존항복강도비(0.2%변형도)의 추이(FR 490) 93

[그림 3.33] 온도변화에 따른 유효내력(1%변형도)의 추이(FR 490) 94

[그림 3.34] 온도변화에 따른 잔존유효내력비(1%변형도)의 추이(FR 490) 94

[그림 3.35] 온도변화에 따른 인장강도의 추이(FR 490) 95

[그림 3.36] 온도변화에 따른 탄성계수의 추이(FR 490) 95

[그림 3.37] 온도변화에 따른 잔존탄성계수비의 추이(FR 490) 96

[그림 3.38] 온도변화에 따른 연신율의 추이(FR 490) 96

[그림 3.39] 온도변화에 따른 강재의 기계적 특성 종합(FR 490) 98

[그림 3.40] 고온선팽창계수 측정결과(종합) 100

[그림 3.41] 온도상승에 따른 강재 열전도율 추이 103

[그림 4.1] 국내 무피복 강재 기둥 시험체 및 시험장치 107

[그림 4.2] 국외 무피복 강재 기둥 시험체 및 시험장치 -영국 LPC 107

[그림 4.3] 강종별 무피복 강재 기둥부재의 재하가열시험(강재온도) 110

[그림 4.4] 강종별 무피복 강재 기둥부재의 재하가열시험(변형량) 110

[그림 4.5] 국내 무피복 강재 보 시험체 114

[그림 4.6] 국내 무피복 강재 보 시험장치 114

[그림 4.7] 국외 무피복 강재 보 시험체 및 시험장치 -영국 LPC 115

[그림 4.8] 강종별 무피복 강재 보의 재하가열시험(강재온도) 117

[그림 4.9] 강종별 무피복 강재 보의 재하가열시험(변형량) 117

[그림 4.10] 피복 강재 기둥부재와 보 재하가열시험(강재온도) 122

[그림 4.11] 피복 강재 기둥부재와 보 재하가열시험(변형량) 123

[그림 5.1] 한계온도에 따른 내화성능 평가기법 흐름도 126

[그림 5.2] 기둥부재 실험체 규격 및 센서 위치도 128

[그림 5.3] 실험체별 축변형량 곡선 129

[그림 5.4] 실험체별 축변형율 곡선 130

[그림 5.5] 무피복 강재 보의 표면온도 측정위치 132

[그림 5.6] 콘크리트 바닥 내부 및 보강 철근 표면 상승온도 측정위치 133

[그림 5.7] 실험체별 휨 변형량 곡선 136

[그림 5.8] 실험체별 휨 변형율 곡선 136

[그림 5.9] 실험결과 종합 140

[그림 6.1] 강재 단면형상에 따른 내화피복기준 설정 프로세스 143

[그림 6.2] 3면∼4면 노출된 부재의 내화피복공법 145

[그림 6.3] 뿜칠형 피복재료의 단면형상계수(Hp/A) 산정 147

[그림 6.4] 박스형 또는 채움형 피복의 단면형상계수(Hp/A) 산정 148

[그림 6.5] W/D 단면형상계수 산정을 위한 W값의 피복형태 150

[그림 6.6] 뿜칠형 피복재료에 의한 단면형상계수 산정 152

[그림 6.7] Full scale 기둥부재 비재하가열실험(강재온도) 160

[그림 6.8] Full scale 보부재 비재하가열실험(강재온도) 161

[그림 6.9] 재하가열 보부재 실험체 단면도 163

[그림 6.10] Full scale 재하가열실험(강재온도) 166

[그림 6.11] Full scale 재하가열실험(변형량) 167

[그림 6.12] 비재하가열 실험체 위치 169

[그림 6.13] 비재하가열 보부재 실험체 위치 170

[그림 6.14] 비재하가열실험(강재온도) 173

[그림 6.15] 내화성능시간에 따른 내화피복두께 비교(시멘트계 뿜칠재) 176

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