금속 제작자가 프로파일 굽힘의 왜곡을 관리하는 방법

Jun 08, 2024

Illinois Institute of Technology에서 공부하는 학생들은 조용한 시간을 즐깁니다. 수많은 곡선 부재로 구성된 타원형 튜브는 지나가는 기차의 소리를 줄여줍니다. 이미지: AISC

켄 페초(Ken Pecho)는 시내 근처에 있는 모교인 일리노이 공과대학(IIT) 캠퍼스를 거닐 때마다 위를 올려다본다. CTA 열차가 철로를 지나갈 때 그는 조용함을 즐깁니다. 물론 기차가 조용하지는 않지만 Pecho의 고용주인 Chicago Metal Rolled Products(CMRP)에서 만든 일종의 머플러 역할을 하는 타원형 튜브 덕분에 평소보다 훨씬 더 조용합니다. 100년 이상 동안 플레이트, 앵글, 튜브, 프로파일 및 구조용 빔을 성형해왔습니다. CTA 선로를 둘러싸고 있는 수많은 곡선 부재로 구성된 타원형 구조는 지나가는 기차의 소음을 줄여주며, 불과 몇 피트 떨어진 건물에서 공부하는 IIT 학생들에게 큰 도움이 됩니다.

Pecho는 세인트루이스에서 개최되고 미국 철강 건설 협회(AISC)가 주최한 2019 NASCC 철강 컨퍼런스 프레젠테이션에서 이 이야기를 회상했습니다. 컨퍼런스 프레젠테이션에서 그는 당시 새로운 AISC 간행물이었던 "설계 가이드 33: 곡선형 부재 디자인"을 들고 있었습니다.

“이것은 실제로 곡선형 멤버 성경으로 간주되어야 합니다.”라고 그는 말했습니다. "일상 일정에 따라 곡면 금속을 제작한다면 이것은 도서관에 꼭 있어야 할 것입니다."

설계 가이드에서는 Pecho의 프리젠테이션 주제에 대해 자세히 설명합니다. 이 주제는 최근 몇 년 동안 원형, 타원형, 정사각형 및 직사각형 튜브를 포함한 곡선 프로파일에 대한 상당한 수요 급증을 보인 벤더 롤러 작업에서 점점 더 주목받고 있는 주제입니다. 공개 프로필; 그리고 구조적 빔. 페초의 발언은 왜곡을 다뤘다.

"곡선형 금속에서 우리가 보는 가장 큰 문제는 왜곡입니다."라고 그는 말했습니다. “그러나 왜곡을 완전히 제거할 수는 없습니다. 그것은 불가능합니다. 이제 질문은 굽힘을 위해 어떻게 설계할 것인가 하는 것입니다. 곡선형 회원의 성공적인 결과를 돕기 위해 우리가 무엇을 할 수 있습니까?”

CTA 열차 선로를 둘러싼 곡선형 타원형 튜브를 포함하여 가장 성공적인 프로젝트는 왜곡을 염두에 두고 설계되었습니다. Pecho는 하나의 직사각형 곡선 튜브가 직선 직사각형 튜브에 결합된 작업을 회상했는데, 특히 곡선 튜브의 좁은 반경을 고려할 때 왜곡 문제가 쉽게 드러날 수 있는 상황이었습니다.

직사각형 튜브의 모양은 약간만 이동하므로 가공물의 왜곡된 모양 자체는 눈에 띄지 않습니다. 그러나 곡선 작업물과 직선 작업물을 함께 결합하는 용접공의 경우에는 그렇지 않았습니다. 해결책에는 절충안이 포함되었습니다. 작업장은 프로파일을 구부린 다음 튜브 끝 근처에 구부러지지 않은 직선 부분을 몇 피트 남겨 두었습니다. 그런 다음 제작자는 해당 튜브를 곡선보다 몇 인치 앞선 부분으로 다시 잘라냅니다. 이는 곡선 부분의 왜곡 효과가 소멸되어 튜브 직경을 공칭 치수로 되돌릴 수 있는 충분한 공간입니다.

다행히도 이 상황에서는 벽 뒤에 숨겨진 연결이 외관상으로 중요하지 않았습니다. 만약 그렇다면 설계자는 연결 유형이나 디자인을 다시 고려해야 했을 것입니다. 이번에도 곡선 가공물의 왜곡 자체는 눈에 띄지 않았습니다. 하지만 직선형 부재와 결합하면 왜곡 효과가 뚜렷이 드러났다. 이러한 외관상의 결함은 중요하지 않을 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 금속이 구부러지기 전에 프런트 엔드의 왜곡을 인식하고 계획하는 것이 합리적일 수 있습니다.

새로운 AISC 가이드는 다양한 왜곡 수준이 회원의 강도에 어떤 영향을 미치는지 지정합니다. 예를 들어 곡선형 I빔의 특정 강도 속성을 계산하려면 왜곡으로 인해 발생하는 편평도 차이 델타(공칭 차이)를 재료 두께로 나눕니다. 특정 지점까지의 결과는 멤버의 힘에 의미 있는 변화를 나타내지 않습니다. 하지만 그 지점을 넘어 왜곡이 커지면 멤버가 약해집니다. 국부적인 왜곡은 특히 문제가 될 수 있습니다. 물론 이러한 모든 계산은 애플리케이션의 강도 요구 사항에 따라 달라지며 AISC 설계 가이드에 모든 세부 사항이 설명되어 있습니다.