브래킷 필릿용접

왜 배우는가: 브래킷 필릿용접은 기둥에 달리는 브래킷의 하중을 기둥으로 안전하게 전달하는 대표적인 이음이다. 실무에서는 용접 치수를 정할 때 유효목두께, 유효길이, 설계강도를 단계별로 검토해야 한다. 시험에서는 계산 단계가 명확해 해마다 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제133회 3교시 5번, 제131회 4교시 6번, 제126회 4교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

브래킷 필릿용접은 브래킷 하중을 기둥에 전달하는 삼각형 단면 용접으로, 유효면적의 전단강도로 검토한다.

• 브래킷: 기둥 옆에 붙어 다른 부재의 하중을 받아 기둥으로 넘기는 짧은 판 부재이다.
• 필릿용접(Fillet Weld): 두 모재가 직각 또는 겹쳐 만나는 모서리를 삼각형 단면으로 채우는 용접이다.
• 필릿 사이즈: 루트에서 용접 표면 끝까지의 다리 길이 s이다.
• 유효목두께(Effective Throat): 실제로 힘을 받는 단면 두께 a이다.
• 유효길이(Effective Length): 총길이에서 필릿 사이즈의 2배를 뺀 길이 Le이다.
• 계수하중: 하중계수를 곱한 소요 하중 Pu이다.
• 탄성해석법(Elastic Analysis): 용접군 응력을 탄성 범위에서 구해 합산하는 해석법이다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 브래킷은 기둥에 붙은 짧은 판이고 필릿용접은 그 판을 기둥에 이어 붙이는 모서리 용접이다. 용접 단면이 직각삼각형에 가까워 모재 끝을 깎는 개선 가공이 필요 없다. 그래서 짧고 여러 곳에 나뉘는 이음에 많이 쓰인다.

정식으로는 목두께 방향이 모재 면과 대략 45도를 이루는 용접을 필릿용접이라 한다. 이 용접의 강도는 실제 힘을 받는 유효면적으로 계산한다. 유효면적은 유효길이에 유효목두께를 곱한 값이다. 45도 단면이므로 유효목두께는 필릿 사이즈보다 작게 잡는다.

필릿 사이즈 s는 루트에서 용접 표면까지의 다리 길이이다. 유효목두께 a는 필릿 사이즈에 0.7배를 곱한 값이다(a = 0.7s).

유효길이 Le는 필릿용접의 총길이 L에서 양 끝 필릿 사이즈의 2배를 뺀 값이다(Le = L - 2s). 끝돌림 용접은 이 계산에서 무시한다.

위 표는 계산 순서를 그대로 따른다. 유효목두께와 유효길이를 먼저 구하고, 그 곱으로 유효면적을 정한 뒤 설계강도를 계산한다.

용접부의 설계강도는 모재강도와 용접재강도 중 작은 값으로 정한다. 모재강도는 모재 공칭강도 FBM에 모재 단면적 ABM을 곱한다. 용접재강도는 용접재 공칭강도 Fw에 용접 유효면적 Aw를 곱한다. 필릿용접의 용접선 평행 전단에는 저항계수를 φ=0.75로 적용한다. 용접재 공칭강도는 적용 기준에 따라 정한다.

강도에 의해 지배되는 필릿용접의 최소 유효길이는 필릿 사이즈의 4배 이상이다. 짧은 용접은 끝부 영향이 커서 최소 길이로 제한한다.

3. 등장 배경과 필요성

브래킷은 기둥 축에서 떨어진 위치에 하중을 받으므로 접합부에는 전단과 휨이 함께 걸린다. 이때 접합부를 어떤 방식으로 이을지가 설계의 핵심이다. 볼트 이음은 구멍 때문에 단면이 줄고, 현장에서 구멍 맞춤 오차가 생기기 쉽다. 용접 이음은 단면 손실이 없고 힘을 연속적으로 옮길 수 있어 브래킷에 자주 쓰인다.