대구경 흔들림 방지 버팀대의 개발

Development of Large Diameter Sway Brace Devices

석유화학 플랜트의 소화설비에서 300 A를 초과하는 대구경 배관이 설계되고 있으나 내진설계를 위한 대구경 버팀대의 성능인증 기준이 마련되지 않은 실정이다. 지진으로 인한 배관의 변형, 파손을 방지하기 위해 배관을 버팀대로 단단히 고정해야 한다. 그러나 버팀대의 강도를 높일수록 제품의 중량이 커질 수 있는데, 이는 고정하 는 구조부의 안전성에 오히려 영향을 줄 수도 있다. 그러므로 버팀대의 강도는 배관의 최대수평허용하중, 지지대의 최대수평허용하중, 앵커 고정부의 최대수평허용하중을 모두 고려해서 필요한 최대강도를 정격하중 으로 설계해야 한다. 배관의 최대수평허용하중은 단면계수와 항복강도에 비례하므로 배관의 구경과 두께가 커질수록 최대수평허 용하중은 커진다. 버팀대 최대설치 간격인 12 m에서 KSD 3507 200 A 배관의 최대수평허용하중은 18.8 kN이므 로 300 A초과 대구경 배관의 최대수평허용하중은 18.8 kN 이상이다. 다음으로 대구경 버팀대의 지지대는 KSD 2562 32 A 스케줄 40 배관으로 편심 없이 설치되도록 계획하였다. 세장비 200의 최대길이 2776 mm에서 30° 설치 각도에서 5.9 kN, 45° 설치 각도에서 8.4 kN, 60° 설치 각도에서 10.3 kN의 최대수평하중을 지지할 수 있다. 또한, 대구경 버팀대의 앵커 고정부는 최대수평허용하중을 높이기 위해 M16 앵커 2개로 고정하는 건축물 부착장치로 구상하였다. 앵커 2개에 하중이 전달되는 것을 고려해서 앵커에 작용하는 최대수평지진하 중을 계산하였다. 지지 하중이 가장 큰 천정에 설치하는 경우, 30° 각도에서 6.5 kN, 45° 각도에서 11.4 kN, 60° 각도에서 15.3 kN의 최대수평하중을 지지할 수 있는 것으로 계산되었다. 따라서 대구경 버팀대의 정격하중 은 흔들림 방지 버팀대의 성능인증 기준의 300 A 최소 정격하중인 11.3 kN으로 계획하는 것이 적합하다. 다만, 대구경 배관별 수평지진하중 보다 버팀대의 최대수평허용하중이 작지 않도록 설치 간격을 조절하는 설계를 하여야 한다. 대구경 버팀대의 성능 확인을 위해 성능인증 시험 방법에 따라 30°, 45°, 60° 각도별 최대수평허용하중의 2.2배 하중으로 인장과 압축실험을 수행하였다. 실험 결과 모든 실험체는 성능인증 기준 허용변위 이내의 변위를 나타내었고 이탈, 변형이 전혀 없었다. 연구를 통해 300 A 초과 대구경 버팀대의 최소 정격하중은 설계된 지지대와 앵커 고정부의 최대수평허용하중을 고려해서 11.3 kN이며, 성능인증평가를 수행하는 것이 적합함을 확인하였다.