KR20030088988A - method for removing residual deformation of steel to make the steel behave elastically - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하중을 가하여 강재가 탄성거동 하도록 그 잔류변형을 제거하는방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 절삭(cutting), 압연, 용접 등에 의하여 강재의 내부에 잔존하는 잔류응력 또는 여러 강재를 용접에 의하여 일정형상으로 제작하는 경우 그 용접부위에 집중된 잔류응력에 의한 잔류변형을 하중을 이용하여 제거하는 강재의 잔류변형을 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing residual strain so that steels elastically by applying a load. More specifically, when manufacturing residual stress or residual steel remaining in the steel by welding, etc. by cutting, rolling, welding, etc. in a certain shape by welding, the residual strain caused by residual stress concentrated in the welded part is removed by using a load. The present invention relates to a method for removing residual deformation of steel.
물체의 잔류응력은 물체에 외력이 작용하지 않음에도 불구하고, 물체 내부에 잔존하는 응력을 의미한다. 통상 물체 가공 시(예컨대 강재의 절단, 용접, 압연과정 등) 필연적으로 발생하게된다.The residual stress of the object means the stress remaining inside the object even though no external force is applied to the object. In general, when processing an object (for example, the cutting, welding, rolling process, etc. of the steel) occurs inevitably.
특히 프리플랙스 빔, 플레이트 거더 등과 같이 판상의 강재를 용접에 의하여 최종적으로 I형, H형 단면으로 제작하는 교량용 강재와 같이 큰 외부하중을 지속적으로, 단발적으로 계속하여 일정하중이 재하 되는 경우, 판상의 강재를 제작하는 과정 및 용접에 의한 용접부위에 집중되어 형성되는 용접에 의한 잔류응력이 강재 내부에 잔존하게 된다. 이러한 여러 원인에 의한 잔류응력이 제거되지 않은 상태에서 교량용 강재를 구조부재로 사용하는 경우 취성 강도저하, 피로강도저하 등 구조부재로서 내구성이 떨어져 결국 구조물 전체의 안전성 및 사용성의 저하를 초래하게 된다.In particular, when a large external load such as a bridge steel that finally produces I-shaped or H-shaped cross sections such as pre-plex beams, plate girders, etc. is welded, a constant load is continuously and continuously applied. In this case, residual stress due to welding, which is formed in a process of manufacturing a plate-like steel and concentrated at the welded portion by welding, remains inside the steel. When the bridge steel is used as a structural member without the residual stress caused by these various causes, the durability of the structural members such as brittle strength reduction and fatigue strength reduction decreases, resulting in deterioration of safety and usability of the entire structure. .
따라서 상기와 같은 잔류응력을 제거하기 위해 다양한 방법이 개발되어 있는 데, 그 대표적인 방법을 I형 강재의 경우를 기준으로 살펴보면, 위로 솟음 처리된 I형 강재를 일정한 지지바닥에 설치하여 놓고, 그 상부면에 일정 크기의 하중 즉, 강재의 재료적 물성에 의해 결정되는 탄성한계응력 이하의 하중을 재하 후 제거함으로서 강재에 영구변형을 유도함으로서 그 강재의 내부잔류응력을 제거하는 방법이 있다. 또한 탄성한계 이하의 하중을 적어도 2회 이상 각각 재하 후 제거함으로서 그 강재의 내부 잔류응력을 제거하는 방법도 있다. 즉 강재의 탄성한계응력 이하의 하중을 미리 가한 후 제거한다는 데 그 기술적 특징이 있다.Therefore, various methods have been developed to remove the residual stress as described above. The representative method is based on the case of type I steel. There is a method of removing internal residual stresses of steels by inducing permanent deformation in steels by removing after loading a certain amount of load on the surface, i.e., below the elastic limit stress determined by the material properties of steels. There is also a method of removing the internal residual stress of the steel by removing the load below the elastic limit after each load at least twice. That is, the technical characteristics are that the steel is applied after the load below the elastic limit stress is removed in advance.
이러한 방법의 경우, 그 강재의 재료역학적 특성 등에 의하여 강재의 내부에 잔존하는 잔류응력은 거의 제거되지 않는다. 결국 이러한 제거되지 않은 잔류응력은 구조물이 완공된 후라도 지속하여 잔류변형을 유발시킴으로서 구조물의 취성강도, 피로강도의 저하로 인한 안전성 및 사용성의 문제가 해결되지 않는다는 문제점이 있었다.In such a method, the residual stress remaining inside the steel is hardly eliminated due to the material mechanical properties of the steel. As a result, the residual stress that is not removed persists even after the structure is completed, thereby causing problems of safety and usability due to the decrease in brittleness and fatigue strength of the structure.
이에 본 발명에서는 통상적으로 강재의 내부 잔류응력을 제거하기 위해 아무 저항 없이 적용된, 재료적 특성에 의한 탄성한계응력 이하의 하중을 가한다는 기술적 사상을 근본적으로 변경하여, 강재의 잔류변형의 제거에 중점을 두어, 일정 하중을 재하 함으로서, 구조물 완성 후 강재를 포함하는 구조물에 사용하중이 가해지더라도 항상 강재가 탄성거동 하도록 유도한다는 데 그 핵심적인 기술적 특징이 존재한다.Accordingly, in the present invention, the technical concept of applying a load below the elastic limit stress due to material properties, which is usually applied without any resistance to remove the internal residual stress of the steel, is fundamentally changed, and the emphasis is placed on the removal of the residual strain of the steel. By loading a certain load, there is a key technical feature that induces the steel to always behave elastically even when the working load is applied to the structure including the steel after the completion of the structure.
이때 상기 하중이란, 강재를 포함한 여러 구조부재 및 비구조부재로 완성되는 구조물에 실제 가해지는 하중을 의미한다. 이러한 하중은 구조물에 따라 당연히 상이한 크기의 하중이 될 수밖에 없으나, 구조물의 종류를 용도 및 기능 등으로 각각 분류하고, 이러한 용도 및 기능에 따른 구조물의 하중을 경험적으로 구하여 실제 이러한 하중을 기준으로 한 구조물 설계방법이 최근 이용되고 있어 이러한 설계방법에서 이용되는 하중을 이용할 수 도 있다. 이러한 하중은 재료의 탄성한계또는 극한한계 보다 구조물에 사용되는 재료의 특성 및 재하 하중의 특성을 각각 구분하여 설계에 반영하기 때문에 안정성에 문제가 없으면서도 보다 경제적으로 사용성이 향상된 구조물 설계가 가능하다는 장점이 있다. 이에 본 발명에서는 상술한 하중을 구조물을 구성하는 부재로서 기능하는 강재의 잔류변형을 완전히 제거하는데 이용함으로서, 그 하중을 기준으로 구조물을 설계하는 장점인 안전성이 확보되면서, 강재의 내구성(취성강도, 피로강도의 증진) 및 사용성을 확보할 수 강재의 내부 잔류변형을 제거하여 그 강재를 포함하는 구조물이 탄성거동하도록 하는 방법을 개발하게 되었다.In this case, the load means a load actually applied to a structure formed of various structural members and non-structural members including steel materials. These loads are naturally different in size depending on the structure, but the types of structures are classified into uses and functions, respectively, and the loads of the structures according to these uses and functions are empirically obtained, and the structures are based on the actual loads. Design methods have been used recently, and the loads used in these design methods may be used. These loads can be applied to the design by separating the characteristics of the materials used in the structure and the load of the load rather than the elastic limit or the limit of the material. There is this. In the present invention, by using the above-mentioned load to completely remove the residual deformation of the steel functioning as a member constituting the structure, while ensuring the safety, which is an advantage of designing the structure based on the load, the durability of the steel (brittle strength, Fatigue strength) and usability have been developed to remove internal residual deformation of the steel, so that the structure including the steel can be developed to elastic behavior.
본 발명의 목적은 교량용 거더, 박판, 압력용기등 에 대해서도 일반적으로 적용될 수 있는 부재의 내부 잔류변형을 제거하는 수단을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a means for removing internal residual deformation of a member that is generally applicable to bridge girders, thin plates, pressure vessels, and the like.
본 발명의 다른 목적은 교량용 거더 등에 있어 잔류응력을 제거해야 하는 부재에 있어 내부 잔류변형을 보다 완전하게 제거하는 수단을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a means for more completely removing internal residual strain in a member that is required to remove residual stress in bridge girders or the like.
본 발명의 또 다른 목적은 교량용 거더 등과 같은 부재를 포함하는 구조물 완성 후 실제 사용 하중 하에서도 탄성거동을 유도할 수 있어, 구조물의 내구성, 사용성, 안전성을 확보할 수 있는 수단을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a means that can induce elastic behavior even under actual working load after completion of a structure including a member such as a bridge girder, thereby ensuring durability, usability and safety of the structure.
도 1은 본 발명의 강재의 잔류변형을 제거하는 방법의 순서를 개략적으로 도시한 흐름도이다.1 is a flow chart schematically showing the sequence of a method for removing residual strain in the steel of the present invention.
도 2는 강판을 대상으로 하여 본 발명의 하중을 가하는 방법의 구체예를 도시한 것이다.Figure 2 shows a specific example of the method of applying the load of the present invention for a steel sheet.
도 3은 I형 강재를 대상으로 하여 본 발명의 하중을 가하는 방법의 구체예를 도시한 것이다.3 shows a specific example of the method of applying the load of the present invention for an I-type steel.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100:강판 200:재하장치100: steel plate 200: loading device
300:강재(I,H,박스형거더)300: Steel (I, H, Box Girder)
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 구조물에 실제 가해지는 하중을 미리 결정한 후에, 상기 하중을 상기 구조물을 구성하는 강재 등에 그 잔류응력에 의한 잔류변형이 제거될 때까지 재하장치를 이용하여 그 하중의 크기를 유지하면서 가한 후 제거하는 것을 기술적 특징으로 하며, 도1 내지 도3을 기준으로 상세히 설명한다.In order to achieve the above object, the present invention, after determining the actual load applied to the structure in advance, using the loading device until the residual strain due to the residual stress is removed from the load, such as the steel constituting the structure It is a technical feature to remove after applying while maintaining the magnitude of the load, it will be described in detail with reference to Figs.
본 발명의 잔류변형을 제거하기 위해 강재에 가해지는 하중을 미리 결정하는 단계(S10); 상기 결정된 하중을 재하장치를 이용하여 강재에 재하하되, 강재가 탄성거동하도록 강재의 잔류응력 등에 의한 잔류변형이 완전히 제거 될 때까지 하중을 유지시킨 후, 제거하는 단계(S20)를 포함하며, 그 순서도를 도시한 것이 도1이다.Determining a load applied to the steel in advance to remove residual strain of the present invention (S10); Load the determined load to the steel using a loading device, and maintaining the load until the residual strain due to the residual stress of the steel, etc. so that the steel is elastic behavior, and then removing the step (S20), 1 is a flowchart.
강재는 통상 탄소강 등을 압연 처리하여 제작한 후, 이를 일정한 크기로 절삭 가공하여 이용하게 되는데 이러한 제작과정에서 강재 내부에 응력이 잔존하게 된다. 이러한 잔류응력은 통상 강재 전체에 퍼져 있게 된다. 이러한 강재를 그대로 이용하는 경우도 있지만 이를 I형 단면으로 조합하여 형성시키기 위해 상부 플랜지 및 하부플랜지와 접하는 웨브에 용접하는 경우, 그 용접부위에 집중하는 용접에 의한 잔류응력이 발생하게 된다. 이러한 잔류응력 들은 결국 통상적인 탄성한계설계법 또는 극한강도설계법에 의하여 최종적으로 구조물의 설계강도(강재의 재료적 강도)를 미리 정하여 제작하는 구조물의 완공 후 실제 사용하중이 가해져서 발현되는 구조물 거동에 있어, 구조물이 선형 탄성거동을 하는데 장애를 주기 때문에 이를 반드시 제거하거나, 잔류응력에 의한 잔류변형을 제거하여 탄성체로 제작한 후 사용해야 그 구조물의 안정성, 사용성 및 설계와 시공의 일치성을 확보할 수 있다.Steel is usually manufactured by rolling carbon steel, etc., and then cutting the steel to a certain size, and the stress remains in the steel during the manufacturing process. This residual stress is usually spread throughout the steel. In some cases, the steel is used as it is, but when welding to the web contacting the upper flange and the lower flange in order to form a combination of the I-shaped cross-section, the residual stress caused by the welding focused on the weld site. These residual stresses are ultimately determined by the normal elastic limit design method or the ultimate strength design method. Finally, the structural stresses that are expressed by the actual working load after the construction of the structure which is determined in advance by the design strength (material strength of the steel) are applied. In other words, because the structure impedes the linear elastic behavior, it must be removed or the residual strain caused by the residual stress must be removed and used as an elastic body to ensure stability, usability, and consistency of design and construction. .
본 발명에서는 일단 구조물의 완공 후, 가해지는 하중을 미리 결정해야 한다. 이러한 하중은 탄성하중, 극한하중과는 달리 재료의 물성에 의하여 일률적으로 정해지지 않기 때문에, 기존의 구조물에 가해지는 하중을 실제로 측정하여 정해야 하며, 이러한 작업은 이미 여러 구조물에 대하여 측정된 것이 존재하므로 기존의 것은 그대로 이용할 수 있으며, 특수 공사 등에 사용되는 사용하중은 미리 그 하중을 별도로 결정하는 작업이 필요하다 할 것이고, 교량용 거더에 필요한 하중은 교량의 크기, 형식 등에 의하여 미리 경험치를 적용할 수 있다고 할 것이다. 이러한 하중의 크기를 크게 정량적으로 보면 강재의 탄성한계응력 이하 및 강재의 항복강도 미만의 크기를 가질 수 있으며, 본 발명에서는 잔류응력 자체의 제거가 주안점이 아닌 그 잔류응력에 의한 잔류변형의 완전제거가 본 발명의 해결과제이므로 그 하중의 크기 자체는 핵심적인 사항은 아니다.In the present invention, once the structure is completed, the load to be applied must be determined in advance. Since such loads are not uniformly determined by the physical properties of materials, unlike elastic loads and ultimate loads, they must be determined by actually measuring the loads on existing structures. It can be used as it is, and the working load used for special construction needs to determine the load separately beforehand, and the load required for the girder for the bridge can be applied in advance by the size and type of the bridge. something to do. When the magnitude of such load is largely quantitatively, it may have a magnitude less than the elastic limit stress of the steel and less than the yield strength of the steel. In the present invention, the removal of the residual stress itself is not the main point, but the complete removal of the residual strain due to the residual stress. Since the problem of the present invention is the magnitude of the load itself is not essential.
상기 하중이 결정되면, 구조물을 이루는 강재에 그 하중을 강재 내부에 잔존하는 잔류응력에 의한 잔류변형이 없어질 때까지 재하장치를 이용하여 가하게 된다.When the load is determined, the load is applied to the steel constituting the structure by using the loading device until there is no residual strain due to residual stress remaining in the steel.
상기 강재의 잔류변형이 없어질 때까지를 결정하는 것은 미리 강재의 잔류변형 량을 예측, 동일한 타 구조물에서 센서 등을 이용하여 검측한 변형량을 구한뒤, 하중을 가하여 그 변형량에 도달할 때까지 사용하중을 가하는 방법도 있으나, 특히 교량용 거더인 I형 거더의 경우를 살펴보면, 하중을 일정하게 유지시킨 상태에서,교량 거더의 상부에 상기 하중을 가하고, 그 하중에 의하여 I형 거더에 변형이 발생하지 않을 때까지 하중을 유지시키면 결국 교량 거더는 하중에 의하여 잔류변형이 없어질 때까지 잔류변형을 없애기 위한 하중이 재하된다고 할 것이다. 일단 여러 회의 실험적인 재하를 거처 잔류 변형량이 동일한 크기의 I형 거더에 적용될 수 있다는 실험결과에 의하여 미리 사용하중의 재하시간, 재하위치, 변형량을 미리 정하여 놓은 상태에서 여러 I형 거더의 내부 잔류응력에 의한 잔류변형을 없애는 것이 바람직하다.Determining until the residual strain of the steel disappears is used to predict the residual strain of the steel in advance, calculate the detected strain using a sensor, etc. in the same structure, and then use the load until the strain is reached. There is also a method of applying a load, but in particular, in the case of an I-girder which is a bridge girder, the load is applied to the upper part of the bridge girders while the load is kept constant, and deformation occurs in the I-girder by the load. If the load is maintained until it is not, the bridge girders will eventually be loaded to remove the residual strain until the residual strain is eliminated by the load. Based on the experimental results that the residual strain can be applied to type I girder with the same experimental load once, the internal residual stress of several type I girders with the loading time, loading position, and deformation amount set in advance It is desirable to eliminate residual strain caused by.
본 발명의 재하장치의 경우 액츄레이터와 같이 반드시 일정한 하중을 일정시간 지속적으로 유지하면서 강재에 하중을 재하 할 수 있는 수단 또는 일정한 변형량에 강재가 도달할 때 까지 일정한 하중을 유지하면서 강재에 상기 하중을 가할 수 있는 수단이 포함되어야 한다. 왜냐하면 본 발명의 핵심적 기술적 사상은 강재에 일정한 하중을 일정하게 유지시키면서, 그 강재의 내부 잔류응력에 의한 잔류변형이 완전히 없어질 때까지 가하는 것을 특징으로 하기 때문이다. 단지 상기 액츄레어터는 매우 고가이므로 상기 기능을 가질수 있는 수단을 가지는 것이라면 유압 등을 이용한 압력장치와 같은 다른 재하장치를 사용해도 상관없다. 나아가 상기 잔류변형이 최종적으로 제거되었는 가를 확인해야 하는데, 재하장치(200)를 상기 액츄레이터를 이용하는 경우 목표로 한 잔류변형량을 정하여 재하하기 때문에 달리 이를 학인할 필요는 없으나 다른 재하장치를 이용하는 경우 센서 등을 이용하여 잔류변형이 존재하는 가를 검측하여 확인할 수 있다.In the case of the loading device of the present invention, such as an actuator, it is necessary to continuously maintain a constant load for a certain time, or a means capable of loading the steel or maintain the constant load until the steel reaches a certain amount of deformation while maintaining the load on the steel. Means should be included. Because the core technical idea of the present invention is to maintain a constant load on the steel, it is characterized in that the addition until the residual strain due to the internal residual stress of the steel is completely eliminated. Since the actuator is very expensive, it is possible to use another loading device such as a pressure device using hydraulic pressure or the like as long as it has a means capable of having the function. Furthermore, it is necessary to confirm whether the residual strain has been finally removed. If the loading device 200 uses the actuator, the target residual strain is determined and loaded. The presence or absence of residual strain can be detected by using a test or the like.
또한 하중을 가하는 구척적인 방법은 크게 그 대상에 따라 구분하여 보면 일정두께를 가지는 강판 및 그 강판을 용접하여 일정 형상(I형, H형, 박스 등)으로 제작된 강재로 나누어 볼 수 있으며 본 발명에서는 다른 설명이 없는 한 상기 강재에는 강판이 포함되는 것으로 한다.In addition, the spherical method of applying a load can be divided into steel plates having a certain thickness and steels produced in a certain shape (I type, H type, box, etc.) by welding the steel sheets and separating them according to the object. In the above, unless otherwise stated, the steel is to include a steel sheet.
상기 강판(100)의 경우에는 도2와 같이 사용하중을 강판 상부에 가하는 경우 아래로 휘어지면서 좌굴이 발생할 수 있으므로 좌, 우 양쪽에서 액츄레이터와 같은 재하장치(200)를 이용하여 압축 또는 인장에 의하여 하중을 가하게 된다.In the case of the steel plate 100 as shown in Figure 2 when the load is applied to the upper portion of the steel sheet may be bent down due to the buckling occurs in the compression or tension using a loading device 200 such as an actuator on both left and right By the load.
상기 강재(300)의 경우에는 도3과 같이 강재의 상부에 액츄레이터와 같은 재하장치(200)를 이용하여 하중을 가하면 되는데, 특정 지점(중앙부분)에만 가해도 되나, 그 하중의 전달이 균일하지 않기 때문에 하중의 재하위치 및 횟수는 강재의 크기 및 형식에 따라 적어도 2개소 및 1회로 하는 것이 바람직하다.In the case of the steel 300, a load may be applied to the upper portion of the steel using a loading device 200 such as an actuator as shown in FIG. 3, but may be applied only to a specific point (center), but the load is uniformly transmitted. Since the loading position and the number of loads are not, it is desirable to use at least two places and one time depending on the size and type of the steel.
강재에 하중을 가하여 강재에 잔존하는 잔류응력에 의한 잔류변형이 완전히 제거된 후에는 상기 하중을 제거한다.After the load is applied to the steel, the residual strain due to the residual stress remaining in the steel is completely removed.
제거된 강재 또는 강판은 내부에 잔류변형이 제거된 상태이기 때문에 일정한 설계강도 하에 구조물을 구축하는데 이용되어 완공 후 잔류변형 제거 시 사용된 하중이하에서는 예측치 못한 비탄성 거동을 하지 않기 때문에, 보다 정밀한 설계방법을 유도할 수 있고, 이는 별도의 구조물 완공 후 비탄성 거동을 염려하여 별도의 안전계수 등을 적용할 필요가 없어 결국 최적의 구조물 설계가 가능하다는 점이 있다.The removed steel or steel plate is used to construct the structure under constant design strength because the residual strain is removed inside, so it does not have unexpected inelastic behavior under the load used to remove the residual strain after completion. It is possible to induce this, and this is because there is no need to apply a separate safety factor to worry about inelastic behavior after the completion of a separate structure, it is possible to optimally design the structure.
본 발명의 하중을 이용한 강재의 내부 잔류변형을 제거하는 방법은 비단 교량용 거더 뿐만 아니라, 압력용기 등에 적용될 수 있으며, 본 발명의 핵심적인 기술사상을 이용하는 것이라면 본 발명의 기술범위에 포함된다고 할 것이다.Method for removing the internal residual deformation of the steel using the load of the present invention can be applied to not only bridge girders, but also pressure vessels, etc. If the core technical concept of the present invention is used it will be included in the technical scope of the present invention. .
본 발명에 의하여 강재등을 이용한 구조물 완공 후에 가해지는 하중에 의하여 상기 구조물이 비탄성 거동을 미리 방지할 수 있기 때문에 구조물을 보다 정밀하고, 경제적으로 설계할 수 있으며, 그 하중에 의하여 비탄성 거동을 함으로서 발생할 수 있는 구조물의 내구성저하 및 사용성의 불량을 미연에 방지할 수 있고 설계와 시공의 일치성을 확보할 수 있어 보다 효율적인 구조물 설계가 가능하다.According to the present invention, since the structure can prevent the inelastic behavior in advance by the load applied after the completion of the structure using the steel or the like, the structure can be designed more precisely and economically, and the inelastic behavior can be generated by the load. It is possible to prevent the deterioration of durability of the structure and the poor usability in advance, and to secure the consistency of design and construction, thus enabling more efficient structure design.
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