한계상태설계법에 의한 고력볼트의 설계강도 (출처 : 철골구조 / 예문사)

한계상태설계법에 의한 고력볼트의 설계강도 (출처 : 철골구조 / 예문사)

1. 볼트의 인장과 전단강도

1) 고장력볼트의 설계인장강도 또는 전단강도는 인장파단과 전단파단의 한계상태에 대하여 다음과 같이 산정함.

2) 소요인장강도는 접합부의 변형에 의한 지레작용을 고려한 인장력으로 함. 아래표의 공칭인장강도 Fnt는 볼트의 체결시 장력의 도입여부와는 관계없이 작용할 수 있음.

볼트의 공칭강도

- 공칭인장강도 Fnt=Fu x 0.75, 지압접합의 공칭전단강도 Fnv = 0.4Fu (나사부가 전단면에 포함될 경우), 0.5Fu (나사부가 전단면에 포함되지 않을 경우)

주) KS B 1010에 의하여 수소지연파괴 민감도에 대하여 합격된 시험성적표가 첨부된 제품에 한하여 사용하여야 함. KS B 1002에 따른 강도 구분


공칭인장강도 Fu는 고력볼트 인장강도의 75%의 값을 사용하는 데 이는 나사부의 단면적이 공칭단면적의 75%이기 때문임. 또한, 지압접합부의 공칭전단강도의 값은 나사부이 단면적 감소를 고려하여 다음과 같이 산정함.

2.  지압접합에서 인장과 전단의 접합

1) 지압접합이 인장과 전단의 조합력을 받을 경우, 볼트의 설계강도는 다음의 인장과 전단파괴의 한계상태에 따라서 산정함.

2) 볼트의 설계전단응력이 단위면적당 전단소요응력 fv이상이 되도록 설계함.

3) 전단 또는 인장에 의한 소요응력 f가 설계응력의 20%이하이면 조합응력의 효과를 무시할 수 있음.

3. 볼트구멍의 지압강도

1) 지압한계상태에 대한 볼트구멍에서 설계강도는 다음과 같이 산정함

(1) 표준구멍, 대형구멍, 단슬롯구멍의 모든 방향에 대한 지압력 또는 장슬롯 구멍이 지압력 방향에 평행일 경우

(2) 장슬롯구멍에 구멍의 방향에 수직방향으로 지압력을 받을 경우

2) 접합부에 대하여 지압강도는 각각 볼트의 지압강도의 합으로 산정함

3) 지압접합과 마찰접합 모두에 대하여 볼트구멍의 지압강도가 검토되어야 함.



4. 문제 1 : 그림과 같이 접합부의 지압접합에 의한 설계강도(강도한계상태)를 구할 것. 단, 강재의 재질은 SS275이며, 고력볼트는 F10T(M20)임. 상기 접합부는 나사부가 전단면에 존재하지 않으며, 표준구멍을 사용함.

또한, 사용하중상태에서 볼트구멍의 변형이 설계에 고려되었다고 가정함.

- 풀이 (고력볼트 설계 : 지압접합부)

1) 설계전단강도 (1면 전단)

2) 설계지압강도

(1) 인장재 검토

(2) 거싯 플레이트

(3) 접합부의 설계지압강도는 거싯플레이트에 의해 지배되며 접합부 설계지압강도는 583.1kN임


3) 지압접합부의 설계강도
- 지압접합부의 설계강도는 고력볼트의 전단에 의해 지배되며, 접합부의 설계강도는 471kN임.



5. 문제 2 : 아래 그림과 같은 고력볼트 접합부의 안전성을 검토할 것.

강재의 재질은 SS275, 상기 접합부는 나사부가 전단면에 존재하며, 표준구멍을 사용함. 또한, 사용하중상태에서 볼트구멍의 변형이 설계에 고려되었다고 가정하며,

연단거리 및 피치는 최대공칭강도(2.4dtFu)가 지배할 수 있을 정도로 충분하다고 가정함. 인장재 및 연결판의 안정성은 충분히 확보되어 있음.


- 풀이 (고력볼트 접합 : 조합하중을 받는 지압접합부)

1. 소요강도

2. 고력볼트 검토