고력볼트 마찰접합 이음

왜 배우는가: 고력볼트 마찰접합은 강구조 접합부 설계의 기본이며, 실무에서 보·기둥 이음과 브래킷 접합의 미끄럼 여부를 판단하는 핵심 절차다. 시험에서는 설계미끄럼강도 산정과 볼트 개수 검토, 구멍 종류에 따른 감소계수 문제로 반복 출제된다.

출제 이력: 제129회 2교시 2번, 제118회 3교시 3번, 제114회 2교시 3번, 제100회 4교시 6번, 제92회 4교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

고력볼트 마찰접합은 고장력볼트를 설계볼트장력으로 조여 접합면에 생기는 마찰력으로 전단력을 전달하는 접합 방식이다.

고력볼트 마찰접합은 접합면 마찰력으로 전단력을 전달하고, 볼트 자체의 전단·지압에 의존하지 않는 접합이다.

핵심 키워드

• 고장력볼트(High-Strength Bolt): 볼트·너트·와셔가 한 조를 이루며 F10T 등의 등급으로 구분된다.
• 설계볼트장력(Design Bolt Tension): 볼트 인장강도의 약 70%에 해당하는 목표 축력이다.
• 미끄럼계수(Slip Coefficient, μ): 접합면 상태에 따른 마찰계수로, 블라스트 후 무도장면은 0.5를 쓴다.
• 설계미끄럼강도(Design Slip Strength): 미끄러짐이 일어나지 않는 한계 전단력이다.
• 필러계수(Filler Factor, h_f): 필러 사용 여부에 따라 마찰력 감소를 반영하는 계수다.
• 표준구멍·대형구멍(Standard·Oversized Hole): 구멍 크기에 따라 미끄럼강도 감소계수가 달라진다.
• 존재응력설계법(Existing Stress Design): 실제 작용 응력을 기준으로 접합부를 검토하는 방법이다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 볼트를 강하게 조여 두 강판을 맞댄 면이 서로 미끄러지지 않게 붙잡아 두는 방식이다. 힘은 볼트 몸통이 아니라 강판 사이의 마차찰로 넘어간다.

정식 정의는 다음과 같다. 고력볼트 마찰접합은 고장력볼트의 죄임에 의해 피접합재 사이에 발생하는 마찰저항으로 소요전단력을 전달하는 접합이다. 이때 접합부가 미끄러지지 않는 상태를 사용성과 강도 측면에서 확보하는 것이 설계의 목표다.

마찰력은 축력 N과 미끄럼계수 μ의 곱으로 나타난다. 볼트 1개가 저항하는 힘은 축력에 비례하므로 장력 관리가 접합 성능을 좌우한다.

설계미끄럼강도는 볼트 1개당 미끄러짐 한계 강도이며, 전단면 수, 미끄럼계수, 필러계수, 설계볼트장력, 구멍 종류의 함수로 나타난다. 한 볼트당 값을 구한 뒤 볼트 개수를 곱해 접합부 전체 강도를 얻는다.

필러(Filler)는 두께 차이를 맞추기 위해 끼우는 얇은 판이다. 필러가 있으면 접촉면 마찰이 줄어 강도 저감이 필요하며, 필러 1개는 h_f = 1.0, 2개 이상이면 0.85를 쓴다.

존재응력설계법은 외력에 의해 실제 접합부에 발생하는 응력을 기준으로 검토하는 방식이다. 강도한계상태와 구분해 사용성 관점의 미끄러짐 검토에 쓰인다.

3. 등장 배경과 필요성

리벳 접합은 가열·타격 시공이 필요해 소음과 품질 편차가 컸다. 고장력볼트는 토크로 축력을 관리할 수 있어 현장 시공 품질을 일정하게 확보할 수 있다. 이 때문에 현장 이음의 표준 접합 방식으로 자리 잡았다.