📝 예상문제 & 모범답안
용어예상스캘럽(Scallop)의 정의와 문제점. (10점)
1. 정의
보-기둥 접합부에서 플랜지 그루브용접과 웨브 용접선의 교차를 피하기 위해 웨브에 두는 반경 R=30~35mm 내외의 부채꼴 절개(살돋음 구멍)이다.
2. 문제점
스캘럽 저부가 노치(응력집중원)로 작용해 지진 등 반복·충격하중 시 취성파괴·피로균열의 시작점이 될 수 있다(노스리지 지진 이후 재조명).
3. 유의사항
스캘럽 자체를 없애는 Non-Scallop공법이나, 스캘럽 곡률을 완화한 개선형상을 채택해 응력집중계수를 낮추는 것이 대안이 된다.
용어예상Non-Scallop 공법에 대하여 설명하시오. (10점)
1. 정의
스캘럽을 두지 않고 웨브·플랜지 용접선 교차부를 그대로 연속 통과시켜 용접하는 공법이다.
2. 목적 및 시공상 특징
응력집중원 제거로 접합부 인성·내진성능을 향상시키나, 웨브를 먼저 접합 후 플랜지 용접을 교차 통과시켜야 하므로 용접순서 관리와 정밀시공이 요구된다.
3. 유의사항
교차부는 개선 형상이 복잡해지므로 시공상세도에 별도 명기하고, 숙련 용접사를 배치해 시험용접을 선행하는 것이 바람직하다.
용어예상철골 용접부 뒷댐재(Backing Bar)의 역할과 Non-Scallop 적용 시 처리방법. (10점)
1. 역할
이면(裏面) 용접이 곤란한 그루브 용접부에서 용융금속의 누출을 막고 루트부 결함을 방지하는 보조재이다.
2. Non-Scallop 처리
교차부의 인성 확보를 위해 용접 완료 후 뒷댐재를 제거하고 이면을 가우징·그라인딩한 뒤 재용접(백가우징)하는 것이 바람직하다.
3. 유의사항
뒷댐재를 잔존시키는 경우 루트부에 노치가 남아 인성이 저하될 수 있으므로, 내진 주요접합부는 백가우징을 원칙으로 계획해야 한다.
용어예상Non-Scallop 적용 시 용접순서 관리 원칙. (10점)
1. 정의
웨브와 플랜지 용접선이 교차하는 접합부에서, 어느 부재를 먼저 접합할지를 정하는 시공순서 계획이다.
2. 원칙
웨브 접합(고력볼트 가체결 또는 필릿용접)을 선행하여 자립상태를 확보한 뒤, 플랜지 그루브용접이 교차부를 연속 통과하도록 시공한다.
3. 유의사항
순서가 뒤바뀌면 플랜지 용접 시 웨브가 구속되지 않아 변형이 발생할 수 있으므로, 시공계획서에 순서를 명확히 규정해야 한다.
서술형예상철골 보-기둥 접합부의 스캘럽공법과 Non-Scallop공법을 비교하고, Non-Scallop 적용 시 시공관리 방안을 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요
보-기둥 접합부는 플랜지 그루브용접과 웨브 용접선이 교차하는 부위로, 이 교차부의 상세방식에 따라 접합부의 내진성능(인성)이 크게 좌우된다.
Ⅱ. 스캘럽공법의 문제점 (두문자 노·중·취·피)
① 노치효과 : 부채꼴 절개부 저부의 응력집중.
② 중첩 HAZ 취화 : 열영향부 중첩에 의한 재질 취화.
③ 취성파괴 기점 : 저온·충격하중 시 균열 개시부.
④ 피로균열 시작점 : 지진 등 반복하중 시 조기균열.
Ⅲ. Non-Scallop공법의 원리 및 시공순서
스캘럽을 두지 않고 웨브 접합(고력볼트 가체결 또는 필릿용접)을 먼저 완료하여 플랜지 그루브용접이 교차부를 연속 통과하도록 하며, 개선각·루트간격을 상세도에 별도 명기해 정밀 시공한다.
Ⅳ. 시공관리 방안
① 용접순서 : 웨브 선접합 → 플랜지 교차 통과 용접.
② 뒷댐재 : 제거 후 이면 그라인딩(백가우징).
③ 예열·층간온도 : 후판·저온시공 시 준수.
④ 비파괴검사 : 교차부 UT 검사비율 상향.
⑤ 용접사 : 자격 보유 숙련공 배치, 시험용접 선행.
노치부의 응력집중계수(Kt)는 노치 곡률반경이 작을수록 급격히 커지며, 반복하중 하에서는 파리(Paris)법칙에 따라 균열 진전이 가속되므로 노치 자체를 제거하는 것이 근본대책이 된다.
노스리지·고베 지진 이후 다수의 보-기둥 접합부에서 스캘럽 저부 기점 취성파괴가 확인되어, 이후 국내외 내진 상세기준에서 Non-Scallop 또는 개선된 스캘럽 형상(완화곡률)이 권장되고 있다.
Ⅴ. 맺음말
Non-Scallop공법은 접합부 인성 확보에 유리하나 시공난이도가 높으므로, 시공계획 단계에서 용접순서·검사기준을 명확히 하고 숙련 용접사를 배치하는 것이 품질 확보의 핵심이다.
서술형예상철골 보-기둥 접합부의 용접시공 순서관리와 비파괴검사(NDT) 방안에 대하여 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요
보-기둥 접합부는 웨브·플랜지 용접이 교차하는 구조적 취약부이므로, 용접순서 관리와 비파괴검사 체계가 접합부 신뢰성을 좌우하는 핵심 관리요소가 된다.
Ⅱ. 용접순서 관리
① 웨브 고력볼트 가체결 또는 필릿용접을 선행해 부재 자립상태를 확보한다.
② 플랜지 그루브용접을 교차부까지 연속 통과시켜 시공한다.
③ 순서 위반(플랜지 선(先)용접) 시 웨브 구속 부족으로 변형·오차가 발생할 수 있어 시공계획서에 순서를 명문화한다.
Ⅲ. 비파괴검사(NDT) 방안
① 초음파탐상검사(UT)를 교차부 등 응력집중 취약부에 우선 적용한다.
② 검사비율을 일반부보다 상향하거나 전수검사로 전환한다.
③ 방사선투과검사(RT)는 두께·형상 제약이 없는 부위에 보조적으로 활용한다.
④ 검사원 자격(비파괴검사기술사·기사) 확인 및 검사 결과 판정기준(KS)을 준수한다.
Ⅳ. 품질관리 연계방안
① 예열·층간온도 관리기록과 NDT 결과를 연계해 이력관리한다.
② 불합격부는 보수용접 후 재검사를 실시한다.
③ 용접사 자격·시험용접 결과를 사전 확인해 본용접 착수를 승인한다.
용접부 결함(기공·슬래그 혼입·용입불량)은 응력집중부와 결합될 때 파괴 위험이 배가되므로, 순서관리로 형상적 결함(응력집중)을 줄이고 NDT로 재료적 결함을 걸러내는 이중 관리가 필요하다.
웨브 가체결 없이 플랜지부터 용접을 진행한 현장에서 웨브 접합부에 과도한 갭이 발생, 재시공한 사례가 있어 용접순서 준수 여부를 시공 전 체크리스트로 확인하도록 개선되었다.
Ⅴ. 맺음말
보-기둥 접합부의 신뢰성은 용접순서 준수와 NDT 검사체계의 결합으로 확보되며, 시공계획서에 순서·검사기준을 명확히 규정하고 이력관리를 통해 재발을 방지해야 한다.