원형 강관

정의

원형 강관은 강판 또는 강대를 원형 폐단면으로 만든 강재 부재다.

이음매 없이 만들거나 용접으로 이음부를 이어 만든다.

가장 중요한 특징은 모든 방향에서 단면 성능이 같다는 점이다.

교량 트러스 압축재, 아치, 주탑 등에 쓰인다.

단면 원리

강재를 중심에서 멀리 둘수록 단면2차모멘트 I가 커진다.

I와 단면적 A는 외경 D와 내경 d로 구한다.

내경 d는 외경에서 두께의 두 배를 뺀 값이다.

회전반경 r은 루트(I/A)로 구하며, 단위는 밀리미터다.

계산 예제

외경 400mm, 두께 12mm인 원형 강관으로 계산해 보자.

내경은 400에서 두께의 두 배를 뺀 376mm다.

단면2차모멘트 I는 약 2.76×10⁸mm⁴다.

단면적 A는 약 1.46×10⁴mm²다.

그러면 회전반경 r은 약 137mm다.

얇은 관의 근사값 약 141mm와 비슷한 크기라 상식 범위다.

제작 방식

원형 강관은 이음매없는 강관과 용접 강관으로 나뉜다.

용접 강관은 종방향 용접인 LSAW와 나선 용접인 SSAW로 구분한다.

LSAW는 후판을 굽혀 용접하고, SSAW는 코일을 나선형으로 용접한다.

SSAW는 코일을 쓰므로 원가가 낮지만, 나선 용접선이 길어 검사 부담이 크다.

교량 부재로 쓸 때는 용접 이음 위치와 잔류응력을 함께 검토한다.

원형과 사각형 비교

원형과 사각형은 단면 형상에 따라 장단점이 갈린다.

원형은 모든 축의 단면 성능이 같고 비틀림에 가장 강하다.

사각형은 평면이 있어 접합과 외장재 설치가 쉽다.

원형은 곡면 절단과 접합부 응력집중을 따로 검토해야 한다.

얇은 관은 국부좌굴이 먼저 생기므로 두께비도 확인한다.

정리

정리하면 원형 강관은 폐단면이라 비틀림 강성이 크다.

제작은 이음매없는 방식과 LSAW, SSAW 용접 방식으로 나뉜다.

용접 강관은 용접선 잔류응력과 검사를 함께 관리한다.

접합부와 국부좌굴 검토가 설계의 핵심이다.