해수 환경에서 고성능 강재 용접열영향부의 부식피로균열전파거동

Abstract

최근 설계 및 시공기술의 발전으로 인한 교량의 대형화 및 장지간화 추세에 따라 첨단 소재에 대한 필요성이 증대되고 있는 가운데, 고성능 강재 개발을 통한 시공 적용사례가 증가하고 있다. 강교량의 설치 및 보수시 소재 용접은 반드시 수반되며, 용접이 진행됨에 따라 소재는 필연적으로 용접열영향부가 형성된다. 이와 같은 용접을 통해 구조물에는 용접시 형성될 수 있는 미세결함이 존재하며, 이러한 결함은 구조물 자체의 피로파괴를 유발한다. 또한 재료가 부식 환경에 노출되게 되면 피로균열의 생성 및 전파가 촉진되고, 피로한도가 감소하는 부식피로 현상이 나타나며 이는 구조물의 수명에 치명적인 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 HSB800 강재를 대상으로 다양한 재료-하중 조건하에서 라틴방격법을 적용하여 실험계획을 수립한 후 보다 경제적이고 효과적인 실험을 수행하였다. 공기 및 해수환경에 따라 총 18가지 실험조건으로 피로균열전파 실험을 수행하였으며, 분산분석을 통하여 영향인자를 평가하였다. 한편 이를 바탕으로 재료 결정립 기반 및 하중 조건 기반 피로균열전파거동 모델과 부식피로지수를 제안하였으며 실험결과와 비교, 분석하였다. 연구 결과를 통해 공기 중에서는 응력비가 그리고 부식 환경에서는 용접열영향부의 종류가 피로균열전파거동에 가장 큰 영향을 미치는 인자로 확인 되었으며, 또한 결정립 기반 모델과 하중 조건 기반 모델의 타당성을 확인하였다. 아울러 응력비 및 하중 주파수가 낮아질수록 부식피로지수의 값이 증가함에 따라 부식 환경의 영향이 높아짐을 알 수 있었으며 이를 공기 중 및 해수 중에서의 실험결과와 비교할 때, 제안된 모델이 타당함을 확인할 수 있었다.