대표적인 강구조 접합부

강철 아치교의 구조는 무엇으로 이루어져 있을까요? 접합부는 강구조물이 시공·운영되는 과정에서 핵심적인 역할을 합니다. 이 글에서 BMB Steel은 현재 사용되는 강구조 접합 방식과 강철 아치교 구조에 대해 소개하겠습니다.

1. 용접 연결:

용접은 열(화염 또는 전기 아크)을 사용하여 금속을 용융시켜 혼합한 후, 냉각 시 고화되어 용접부를 형성하는 방법입니다.

분류

• 전기 아크 용접: 가장 널리 사용되는 용접 방법으로, 수동용접, 자동용접, 반자동용접으로 구분됩니다.

• 가스 용접: 현재는 거의 사용되지 않습니다.

강구조 용접 방법

수동 전기 아크 용접 용접봉 형태의 전극을 사용하는 용융 전기 용접 공정으로, 아크 열에 의해 온도가 20,000°C 이상까지 상승할 수 있습니다. 전극에는 일반적으로 두께 1~1.5mm의 피복제가 입혀져 있으며, 이는 석분과 금속 분말의 혼합물입니다. 용접사는 아크 발생, 용접봉 이동, 용접봉 교체 등 모든 작업을 수동으로 수행합니다. 피복제에 포함된 금속 성분은 용접부의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 합니다.

자동 전기 아크 용접: 용접 전에 용접부 위에 플럭스 층을 도포한 후, 노출된 와이어 전극을 플럭스 속으로 삽입하여 모재와 접촉시키면 아크가 발생합니다.
이후 용접은 자동 장비에 의해 진행됩니다.

반자동 전기 아크 용접: 자동 용접과 유사하지만, 용접 장비의 이동을 작업자가 수동으로 조작합니다. 따라서 협소한 공간이나 수직 부위 등에서도 용접이 가능합니다.

가스 용접 C₂H₂, CH₄, C₆H₆ 또는 H₂를 산소와 혼합·연소시켜 발생하는 열을 이용해 금속을 용융시키는 방법입니다. 가장 일반적인 방식은 산소-아세틸렌 가스 용접으로, 이 두 가스의 연소 반응으로 발생하는 열은 크고 집중적이며, 최고 약 3,200°C에 달하는 고온 화염을 형성합니다.
반면, 산소와 다른 가연성 가스를 사용할 경우 화염 온도는 약 2,000~2,200°C 수준입니다.

2. 볼트 접합

분류 

• 일반 볼트: 탄소강을 단조 또는 프레스 가공하여 제조되며, 정밀도가 낮습니다.
  
  
• 정밀 볼트: 탄소강이나 저합금강을 선반 가공하여 제조되며, 높은 정밀도를 갖습니다.
  
  
• 고장력 볼트: 합금강을 사용해 제조한 후 열처리를 거쳐 요구되는 조임력과 인장강도를 확보하며, 우수한 지지력을 발휘합니다.
  
  
• 기초 앵커 볼트: 엔지니어의 설계도에 따라 제작되며, 기초와 기둥을 연결하여 구조적 안정성을 보장합니다.
  
  
• 스테인리스 볼트: 옥외 설치에 많이 사용되며, 내식성과 구조적 강도뿐만 아니라 접합부의 미관까지 확보할 수 있습니다.
  
  
• 팽창 볼트: 콘크리트 기둥과 트러스, 콘크리트와 강재, 혹은 콘크리트 기둥과 기타 구조물 간의 접합부에 사용됩니다.
  
  
• 징크 도금 지붕 나사: 일반적으로 사용되는 아연도금 지붕 나사로, 내식성이 우수해 시공비 절감이 가능하며 해안 지역에서도 사용 가능합니다. 단, 초기 투자비는 높은 편입니다.
  
  

볼트 접합이 적용되는 강구조 유형

• 중첩 접합: 실제 볼트 수는 약 10% 추가 필요
  
  
• 강판 2장 중첩 접합
  
  
• 앵글강과 강판 간 접합부 연결
  
  
• 이음판 접합:
  
  
• 1개 또는 2개의 이음판을 사용한 강판 접합 (볼트 수 약 10% 증가 필요)
  
  
• 형강 부재 간 접합 (부재의 강성이 크므로 볼트 수를 추가할 필요 없음)

3. 강철 아치교 구조

 콘크리트 충전 강관 구조(CFT, Concrete-Filled Tube)는 주요 지지 시스템으로, 원형 또는 사각형 강관 내부에 고강도 콘크리트를 충전하여 강재의 인장강도와 콘크리트의 압축강도를 동시에 활용하는 구조입니다.

일반 강관과 달리, 콘크리트 충전 강관은 압축 하중을 받을 때 효과적으로 작용합니다.

이 유형의 콘크리트 충전 강관 아치교는 아치 구조와 수직 현수 로프를 가지며, 아치가 주 하중을 지지하고 아치 발에서 발생하는 수평력은 주로 거더로 전달됩니다.
교량 거더는 아치 림에 연결된 인장재 역할을 수행합니다.

이러한 아치 구조는 자중과 활하중으로 인해 현수 시스템에 큰 인장력이 작용합니다.
강관은 비교적 가벼워 운반과 조립이 용이하며, 미관상 우수해 도시 교량에 널리 활용되고 있습니다.