철골 구조물 접합방법 개선 (승급)

Ⅰ. 개 요

철골조립식 부재 간의 접합 성능이 품질보증에 중요한 관건이 되므로 고장력 볼트를 사용하여 체결토록 되어 있다.

그러나 볼트체결 방법이나 체결상태 확인에 있어 여러 가지 문제점이 제기되고 있으므로 이에 대한 개선방안을 검토하게 되었다.

 

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Ⅱ. 현 황

1. ㅇㅇㅇㅇㅇㅇ 본관건물 철구조물 현황

1) 3․4단계 터빈건물(2동) 및 HRSG 건물(8동)

2) 철골 소요량 : 약 10,000톤

3) 체결볼트 소요량 : 약 200,000개

 

2. 기존의 고장력 볼트 접합 및 확인(시방서)

1) 골조접합은 고장력 볼트를 사용해야 하며, 도면에 별도 지시가 없는 한KS B1010(마찰 접합용 고장력 6각 볼트, 6각 너트, 평와셔의 세트)의 F10T를 사용한다.

2) 볼트 너트는 회전방법(Turn of Nut Method) 또는 적절하게 검측된 렌치를 사용하여 조여야 한다.

3) 너트 회전 방법에 의해 설치되는 볼트의 경우 AISC의 시방서 “Structural Joints Using ASTM A325 Bolts”의 9절에 따라 검사해야 하며, 볼트가 적절한 조임상태까지 조여진 후에는 검사자가 너트에 실제 회정 상태를 확인할 수 있도록 너트와 볼트 돌출부가 만난 지점을 표시(March Mark)해야 한다.

4) 눈금측정렌치(Calibrated Wrench) 방법을 사용하여 설치된 볼트의 검사는 AISC 시방서 9(B)절에 규정된 대로 매일 최소한 2회씩(즉 그날 작업시간전 1회, 작업 중간에 1회, 그리고 렌치가 적절히 동작되는지 의심스러울 때) 검사자는 볼트 설치작업의 20%를 입회하여 감독해야 하며 적어도 1일 2회 이상 규칙적인 간격으로 점검하여 렌치가 양호한 상태로 그리고 필요한 공기압력으로 작동되고 있음을 확인하여야 한다.

 

3. 볼트적합 작업방법

Torque 렌치 또는 Air Impact 렌치를 사용하여 볼트를 조인다.

 

 

Ⅲ. 고장력 6각 볼트 체결의 문제점

1. 시공 품질관리 측면

1) 볼트 체결도 검사상의 문제점

(가) 볼트 체결도 고소작업으로써 검사자가 접근하여 검사하기가 곤란하다.

- 경보, 점광표시 Torque Wench로도 Tightening 정도(허용범위 만족여부)를 판결하기가 어렵다.

(나) 검사자가 볼트 설치 작업의 100% 입회가 어려운 실정이므로 작업자 편의대로 작업할 가능성이 상존한다.

- Air Impact Wrench의 경우 시험에 의한 Impacting Time(예:10초)을 준수하지 않거나 눈금(Wrench Power Gauge)을 임의 하향 조정 등 전동 또는 Air Impact Wrench로 체결이 어려운 부위에 수작업으로 체결할 경우 육안 식별이 되지 않아 체결 확인이 곤란하다.

 

2. 작업성 측면

1) 1차조임(Sung Tight 상태)없이 Impacting하는 경우 볼트와 너트가 같이 돌아가 볼트 머리를 잡아주어야 한다.

2) 작업률이 떨어진다.

3) 조임 작업 시 너트를 조여야 하나 6각 볼트 머리를 돌려 체결하는 경우가 있다.

 

3. 안전 및 환경 측면

1) Bolt Impacting시 소음시 발생하여 해당 작업자는 물론 현장 주변 작업자에게 영향을 미쳐 안전사고 우려가 있다.

2) 고소에서의 확인검사에 따른 검사자의 안전 확보가 어렵다.

 

 

Ⅳ. 개선방안

1. T.S(Torque Shear) Bolt 채택

선진국에서는 약 15년전부터 Torque Shear Type 고장력 볼트가 개발되어 일반화되어 있으며, 우리나라에서는 8년전부터 개발되어 사용되고 있으며 아래와 같은 특성이 있어 이를 채택하게 되었다.

1) T.S Bolt는 머리가 둥글고 일정한 Torque 값에서 판단되는 Bolt-Tip으로 구성되어 있고(1Set : 1개의 볼트, 너트, 와셔로 구성)

2) T.S Bolt는 High Strength Bolt로서 Ks B101과 동일한 물리적 성능으로 제조되어 있으며,

3) 전용의 전동렌치(Bolt Tip 고정용 Inner Sleeve와 Nut를 조이는 Outer Sleeve로 이루어짐)로 체결함으로써 소음이 거의 없다.

 

2. T.S Bolt 체결방법

T.S Bolt 전용의 전동렌치를 사용하여 Bolt를 체결한다.

 

 

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Ⅴ. 개선효과

1. 시공 품질관리 강화

1) T.S Bolt는 조임 작업 시 소요볼트 인장력에 도달하면 설계 Torque치에서 Bolt Tip이 파단(일정 Torque에서 Bolt Tip이 파단되도록 제작, 생산)되므로 검사자가 육안검사(Bolt Tip 파단 여부)를 통해 일정 Torque로 체결되었음을 간단히 확인할 수 있다.

2) 볼트 규격별로 전용의 전동렌치를 사용하여야 함으로 작업자 임의로 조작할 수 없으며, Bolt Tip 파단 여부로 렌치의 성능이 확인되므로 별도의 검사나 점검이 필요 없다..

3) 볼트 구조상(볼트 머리가 원형임) 수작업으로 체결할 수 없고, 너트 쪽에서만 체결이 가능하다.

 

2. 공기단축

1) 6각 고장력 Bolt를 사용하는 것보다 체결 시간을 절반 정도 절약하여 공기단축이 가능하다.

2) 시공 품질검사에 소요되는 기간이 대폭 단축된다.

- 렌치 보정을 위한 검사시간 불필요

- 육안 검사만으로 체결도 확인이 가능하므로 검사기간이 단축된다.

 

3. 안전 및 환경 측면

1) Bolt Impacting시 소음시 발생하여 해당 작업자는 물론 현장 주변 작업자에게 영향을 미쳐 안전사고 우려가 있다.

2) 고소에서의 확인검사에 따른 검사자의 안전 확보가 어렵다.

4. 공사비 측면

T.S Bolt와 고장력 6각 Bolt의 가격차가 거의 없으므로 공사비의 추가부담이 없다.

 

T.S Bolt와 고장력 6각 Bolt의 가격 비교

(단위:원)

규 격	6각 고장력 Bolt	T.S Bolt	비 고
M16×40	198	191	T.S Bolt는 업체 견적가 기준임
M20×50	343	341
M22×65	513	508
M22×75	542	538
M22×100	613	613

- T.S Bolt는 Washer가 1개로 동일 접합 부분에 6각 Bolt보다 길이가 5mm 짧은 것으로 사용 가능함.

 

Ⅵ. 결 론

철구조물인 발전소 건물의 철골 볼트 체결도는 구조물 성능을 좌우하는 가장 중요한 요소로써, 구조물의 접합 성능을 보증하고 공기단축과 무소음으로 작업환경을 개선할 수 있는 등 여러 가지 장점을 갖춘 T.S Bolt를 사용하여 시공함으로써 건설품질 확보와 공기 준수에 기여하고 발전소 건설 무재해 기록 도전에 크게 기여할 것으로 생각된다.