유리섬유 빔 vs 강재 빔: 강성이 선택을 좌우합니다

강재의 탄성계수는 약 200 GPa입니다. 일반적인 인발 성형 유리섬유/폴리에스터 프로파일의 길이 방향 탄성계수는 단면과 섬유 함량에 따라 대략 17–30 GPa 범위입니다. 따라서 같은 단면이라면 유리섬유 빔은 같은 하중에서 강재보다 대략 일곱 배에서 열두 배 더 처집니다.

실무에서 이것이 의미하는 바

• 먼저 처짐으로 크기를 정하세요. 강도를 확인하기 전에 사용성 한계(일반적인 한계는 스팬/200~스팬/250이며 프로젝트 기준에 따라 정해집니다)를 확인합니다.
• 전단 처짐을 고려하세요. 강재와 달리 FRP는 전단 탄성계수가 낮아서 짧은 스팬에서는 처짐 중 전단 성분이 상당합니다.
• 크리프를 고려하세요. 지속 하중을 받으면 FRP는 시간이 지날수록 계속 처집니다. 영구 하중에는 더 낮은 응력비를 적용해야 합니다.
• 취성 파괴. FRP는 항복하지 않아 연성에 의한 사전 경고가 없습니다. 따라서 더 큰 안전계수를 사용하고 인발 성형 설계 기준(예: EN 13706 또는 공급사의 설계 매뉴얼)을 따릅니다.
• 접합. 볼트와 접착으로 접합하며 용접하지 마십시오. 지압과 연단 거리는 공급사 데이터로 확인하십시오.

같은 강성일 때 FRP는 실제로 얼마나 가벼울까요?

FRP의 밀도는 강재의 약 사분의 일이지만, 강재 빔과 같은 강성을 내려면 FRP 단면이 더 커져야 합니다. 예시로 강재 빔(200 GPa, 7.85 g/cm³)과 같은 형상의 FRP 빔(1.9 g/cm³)을 처짐이 같아질 때까지 키운다고 가정해 보겠습니다. 기하학적으로 닮은 단면에서 강성은 크기의 네제곱에, 무게는 제곱에 비례해 증가합니다.

따라서 강성이 같을 때 무게 절감은 실제로 있지만, 밀도비에서 짐작되는 것보다 훨씬 작습니다(여기서는 대략 25–40 %). 실제 단면은 기하학적으로 닮지 않으므로 이 값은 기대치를 가늠하는 용도로만 쓰고, 귀사의 스팬과 하중에 대한 계산된 비교를 요청하십시오.

FRP가 여전히 유리한 부분

다음과 같다면 FRP를 선택하세요 …

• 구조물이 화학물질, 염분 분무, 습기 또는 물세척 환경에 있어 강재가 지속적인 유지보수를 요구하는 경우
• 전기적 또는 자기적 중립성이 안전 또는 장비 요구 사항인 경우
• 설치 중량이나 접근성이 제약 요인인 경우
• 스팬과 하중이 중간 수준이며 더 깊은 단면을 허용할 수 있는 경우

다음과 같다면 강재를 선택하세요 …

• 장스팬, 큰 하중 또는 매우 엄격한 처짐 한계가 설계를 좌우하는 경우
• 특수 시스템 없이 높은 내화 등급이 필요한 경우
• 환경이 건조하고 온화하며 최저 초기 비용이 가장 중요한 경우

수명주기 비용이 FRP에 유리한 경우는 해당 환경에서 유지보수, 가동 중단 또는 교체에 실제로 큰 비용이 드는 때뿐입니다. 건조하고 깨끗한 건물에서는 수명 전체로 봐도 대개 강재가 더 저렴합니다. 결정하기 전에 두 가지 모두 견적을 받아 보십시오.

유리섬유 I빔과 구조용 프로파일을 참고하세요. 중공 단면의 관련 치수 산정 예시는 FRP 사각 튜브 치수 산정 예시와 수지 선택 가이드에 있습니다.