천연목재 수종별 역학적 특성 평가에 관한 연구 :A Study on the Evaluation of Mechanical Characteristics by Natural Wood Tree Type

김두환

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김두환 (경기대학교, 경기대학교 공학대학원)

지도교수: 최병정

발행연도: 2024

저작권: 경기대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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초록· 키워드

천연목재는 건축물 외벽과 조경, 산책로, 등산로, 수변공원 등에 경관을 위해 설치되거나 보행자들의 안전한 보행을 위한 수단으로 사용되고 있다. 연구의 목적은 천연목재 수종별 역학적 특성 평가에 관한 연구를 하는 것이다.
정보조달 나라장터 천연목재 구매금액이 2021년 약58,886,000,000원, 20
22년 약61,465,000,000원, 2023년 상반기 약32,767,000,000원 규모로 매년 발주금액이 늘어나고 있다.
본 연구는 둘레길, 조경시설물 등의 재료로 국내에서 가장 많이 사용되는 천연목재(하드우드)인 꾸메아(Mamilkara), 말라스(Malas), 멀바우(Merbau), 이페(Ipe)를 대상으로 함수율(%), 휨강도(N/mm²), 섬유방향 압축강도(N/mm²), 섬유방향 전단강도(N/mm²), 인장강도(N/mm²)의 역학적 특성 평가를 파악하는데 목적이 있다.
천연목재(하드우드)와 비교할 수 있는 방부목(소프트우드)도 시험하였다.
시험은 함수율-KS F 2199 : 2016, 휨강도-KS F 2208 : 2020, 섬유방향 압축강도-KS F 2206 : 2020, 섬유방향 전단강도-KS F 2209 : 2020, 인장강도-KS F 2207 : 2020 로 실시하였다. 시편은 한 변의 길이가 20mm 이상인 사각형 시편이다.
본 연구의 주요사항은 다음과 같다.
첫째, 함수율은 재료의 응력과 변형률 사이의 관계를 나타내는 지표로, 멀바우(Merbau) : 13%, 방부목 : 13%, 꾸메아(Mamilkara) 12%, 말라스(Malas) 10%, 이페(Ipe) 9%의 시험결과, 이페가 가장 낮고 멀바우가 가장 높은 것으로 확인되었다.
둘째, 수종 별 휨강도(N/mm²)는 꾸메아(Mamilkara), 이페(Ipe), 말라스(Malas), 멀바우(Merbau), 방부목 순으로 나타났다. 휨강도가 높을수록 목재의 내구성이 향상되며, 이는 인장강도에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
셋째, 섬유방향 압축강도(N/mm²)는 휨강도 순위와 동일하게 꾸메아(Mamilkara), 이페(Ipe), 말라스(Malas), 멀바우(Merbau), 방부목 순으로 나타났다. 꾸메아(Mamilkara) 목재는 압축강도가 높을수록 목재의 강도가 향상되고, 이는 인장강도에도 영향을 줄 수 있다.
넷째, 섬유방향 전단강도(N/mm²)는 꾸메아(Mamilkara), 말라스(Malas), 이페(Ipe), 멀바우(Merbau), 방부목 순으로 조사 되었다. 목재의 섬유방향에 수직한 방향에서 얼마나 강한 전단력을 가지는지를 나타낸다.
다섯째, 인장강도(N/mm²)는 목재의 내부 구조와 조직, 목재의 수종 등에 따라 인장강도는 달라질 수 있다. 인장강도는 멀바우(Merbau), 이페(Ipe), 말라스(Malas), 꾸메아(Mamilkara), 방부목 순위로 조사되어 방부목이 모든 조사에서 낮게 조사되었다.
본 연구를 통해 적정한 천연목재의 함수율과 강도를 선택하고, 각 역학적 특성을 파악할 수 있다. 또한, 본 연구 결과는 천연목재 재료를 활용한 현장의 품질 향상과 안전성 보장에 기여할 수 있다.

Natural wood is installed for the exterior walls of buildings, landscaping, trails, hiking trails, and waterfront parks, or is used as a means for safe walking for pedestrians. The purpose of this study is to conduct a study on the evaluation of the mechanical characteristics of each natural wood tree type.
The purchase amount of natural wood at the information procurement(ordering quantity) is increasing every year to about 58,886,000,000 won in 2021, about 61,465,000,000 won in 2022, and about 32,767,000,000 won in the first half of 2023.
The purpose of this study is to evaluate the mechanical characteristics of moisture content(%), flexural strength(N/mm²), fiber direction compressive strength(N/mm²), fiber direction compressive strength(N/mm²), fiber direction shear strength(N/mm²), and tensile strength(N/mm²), targeting materials such as trails and landscape facilities in Korea.
Embalmed wood(softwood) that can be compared to natural wood(hardwood) was also tested.
The test was conducted with moisture content-KS F 2199: 2016, flexural strength-KS F 2208: 2020, fiber direction compressive strength-KS F 2206: 2020, fiber direction shear strength-KS F 2209: 2020, and tensile strength-KS F 2207: 2020. The specimen is a square specimen with a side length of 20mm or more.
The main points of this study are as follows.
First, the moisture content is an indicator of the relationship between the stress and strain of the material, and as a result of the tests of Merbau: 13%, Embalmed trees: 13%, Kumea(Mamilkara): 12%, Malas: 10%, and Ipe: 9% confirmed that Ipe was the lowest and Merbau was the highest.
Second, the bending strength(N/mm²) for each tree type was shown in the order of Kumea(Mamilkara), Ipe, Malas, Merbau, and Embalmed trees. The higher the bending strength, the better the durability of the wood, which may have a positive effect on tensile strength.
Third, the compressive strength in the fiber direction(N/mm²) was shown in the order of Kumea(Mamilkara), Ipe, Malas, Merbau, and Embalmed trees, in the same order as the bending strength ranking. The higher the compressive strength of the Kumea(Mamilkara), the better the strength of the wood, which may affect the tensile strength.
Fourth, the shear strength in the fiber direction(N/mm²) was investigated in the order of Kumea(Mamilkara), Malas, Ipe, Merbau, and Embalmed trees. It indicates how strong the shear force is in the direction perpendicular to the fiber direction of the wood.
Fifth, the tensile strength (N/mm²) may vary depending on the internal structure and structure of the wood, and the tree species of the wood. The tensile strength was investigated in the order of Merbau, Ipe, Malas, Kumea(Mamilkara), and Embalmed trees, and the Embalmed trees were investigated low in all surveys.
Through this study, an appropriate moisture content and strength of natural wood can be selected, and each mechanical characteristic can be identified. In addition, the results of this study can contribute to improving the quality and ensuring safety of the site using natural wood materials.

#인장강도 #휨강도 #섬유방향 압축강도 #섬유방향 전단강도 #함수율

제 1 장 서 론 1
제 1 절 연구의 필요성 및 목적 1
제 1 항 연구의 필요성 및 목적 1
제 2 항 연구의 중요성 및 연구의 범위 2
제 2 장 이론적 고찰 5
제 1 절 천연목재의 특징 5
제 1 항 목재의 물리적 특징 5
제 2 항 꾸메아(Manilkara) 특징 6
제 3 항 말라스(Malas) 특징 7
제 4 항 멀바우(Merbau) 특징 9
제 5 항 이페(ipe) 특징 10
제 6 항 방부목 특징 12
제 2 절 천연목재, 방부목 설명 13
제 1 항 천연목재, 방부목 데크재 13
제 2 항 천연목재 시공사례 15
제 3 절 선행연구 17
제 3 장 연구방법 19
제 1 절 시험구분 19
제 1 항 연구범위 19
제 2 항 시험방법 19
제 3 항 시험시편 및 설치 20
제 2 절 시험설명 21
제 1 항 함수율 (목재의 함수율 측정 방법) 21
제 2 항 휨감도 (목재의 휨 시험방법) 22
제 3 항 섬유방향 압축강도 (목재의 압축 시험방법) 22
제 4 항 섬유방향 전단강도 (목재의 전단 시험방법) 23
제 5 항 인장강도 (목재의 인장 시험방법) 25
제 4 장 연구결과 26
제 1 절 천연목재 수종별 시험결과 26
제 1 항 꾸메아 시험결과 26
제 2 항 말라스 시험결과 30
제 3 항 멀바우 시험결과 33
제 4 항 이페 시험결과 36
제 5 항 방부목 시험결과 38
제 2 절 시험 종류별 시험결과 41
제 1 항 함수율 시험결과 41
제 2 항 휨강도 시험결과 42
제 3 항 섬유방향 압축강도 시험결과 43
제 4 항 섬유방향 전단강도 시험결과 44
제 5 항 인장강도 시험결과 45
제 6 항 시험별 총괄 그래프 46
제 7 항 시험별 총괄표 48
제 5 장 연구 결론 49
참고문헌 50
Abstract 52

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