Initial Imperfection and Axial Strength of Struts with Octagonal Hollow Section fabricated from HR Plate

Abstract

대형 구조물의 건설과 지하공간의 활용을 위한 대규모 굴착 공사에 축방향 압축력에 대한 저항성능이 뛰어난 버팀보가 요구된다. 팔각형강관은 2축대칭 폐단면구조로 단위 길이 당 중량이 같은 경우 사각형강관에 비하여 단면2차모멘트가 크고 판의 폭-두께비는 작아 휨좌굴 및 국부좌굴에 대한 압축강도가 더 크다. 또한, 원형강관에 비하여 실제 시공단계에서 버팀보의 설치, 해체, 운반 및 적재 시 유리한 장점이 있다. 이 연구에서는 길이 9.6m의 팔각형강관 2개를 현장에서 볼트로 맞대기 이음하고, 양 끝에 주철로 제작한 지점연결요소를 볼트로 접합시킨 길이 20m의 팔각강관 버팀보에 대해 설계기준, 중심축의 초기폄심에 따른 유한요소해석 결과, 그리고 버팀보 재하 시험에서 얻은 결과를 서로 비교하고, 버팀보의 성능을 평가하였다. 시험 결과, 모든 버팀보 시험체의 축방향 압축강도는 도로교설계기준(2012)에 따른 값과 거의 동일하거나 그 이상인 것으로 나타났다. 초기편심은 측정한 변형률 값을 이용하여 추정할 수 있으며, 모든 버팀보 시험체의 경우 L/450 이하인 것으로 나타났다. 초기편심이 증가하면 버팀보의 압축강도는 감소하며, 횡방향하중으로 상재하중이 재하된 버팀보는 자중만 작용하는 경우에 비하여 초기편심의 증가로 인한 영향이 작은 것으로 나타났다. 이 연구 결과, 제작 및 설치에 의해 발생하는 오차와 자중에 의한 처짐을 고려한 초기편심을 L/350 이하로 관리하면 도로교설계기준(2012)의 압축강도를 확보할 수 있을 것으로 판단된다. Developed in this study were Octagonal-hollow-section(OHS) struts, whose compressive strengths against flexural and local buckling is higher than H-shape or rectangular-hollow-section(RHS) struts with the same unit weight. OHS members are also advantageous in handling and storing compared to circular hollow sections(CHS). OHS members were fabricated from HR Plates by cold forming and fillet welding. 5 numbers of 20m long OHS struts were assembled, each of which consist of two 9.6m long OHS member and two end connection elements made of cast iron. The compressive strength of the OHS strut was evaluated by comparing the test results, design codes and FEM analysis each other. Test results show that all of the struts have almost same or larger compressive strength than Korean Road Bridge Design Code(KRBDC) (2012). The initial imperfections can be estimated by using measured strains and are turned out to be less than L/450 for all the struts tested. The results of FEM analysis show that the variation of initial imperfection has less effects on the compressive strength for struts with vertical surcharge than for those with self-weight only, while the strength decreases as the initial imperfection increases. As the result of this study, the allowable initial imperfection for 20m long OHS struts is recommended to be less than L/350 on job sites.