각형강관 인장재 설계

인장재 설계 개요

각형강관 인장재는 축방향 인장력만 받는 부재다.

그래서 설계는 총단면 항복과 유효순단면 파단, 두 한계상태로 나뉜다.

각 한계상태의 설계강도를 구해 소요인장강도와 비교한다.

인장재는 압축을 받지 않으므로 좌굴 검토는 필요 없다.

두 한계상태와 설계강도

두 한계상태는 공칭강도에 저항계수 Φ를 곱해 검토한다.

총단면 항복은 Φ = 0.90, 유효순단면 파단은 Φ = 0.75를 적용한다.

소요강도 Pu가 설계강도 Φ·Pn 이하이면 적합한 설계로 본다.

Fy, Fu는 재료 강도(MPa)이고 Ag, Ae는 단면적(mm²)이다.

유효순단면적과 전단지연

순단면만으로 강도를 보면 응력이 한쪽으로 쏠리는 전단지연을 놓친다.

그래서 유효순단면적 Ae는 순단면적 An에 전단지연계수 U를 곱해 구한다.

U는 접합부 편심 x̄와 접합 길이 l로 정하며, 일부 면만 접합하면 작아진다.

각형강관은 폐단면이라 둘레를 고르게 접합하면 U가 1에 가깝다.

판정 절차

판정은 네 단계로 진행한다. 먼저 총단면적 Ag와 순단면적 An을 구한다.

다음으로 Ae = U·An을 구하고, 두 한계상태의 강도를 각각 계산한다.

두 값 중 작은 값을 설계인장강도로 정하고 소요인장강도 Pu와 비교한다.

Pu가 설계강도 이하이면 적합하다. 세장비 L/r도 300 이하인지 확인한다.

세 한계상태 비교

이번에는 인장재의 세 가지 한계상태를 표로 비교한다.

총단면 항복은 항상 검토하며 저항계수는 0.90이다.

유효순단면 파단은 접합부가 있을 때 저항계수 0.75로 검토한다.

블록전단파단은 접합 형상이 블록 형태일 때 검토한다.

흔한 실수와 직접 풀기

흔한 실수는 세 가지다. Φ 값을 바꿔 쓰고, 파단에 Ag를 쓰고, 접합부를 빠뜨린다.

답안에는 두 한계상태와 접합부 검토, 최솟값 선정을 모두 쓴다.

설계강도는 두 값 중 작은 값으로 정하고 적용 기준을 밝힌다.

정답은 0.75다. 파단은 Φ = 0.75, 항복은 Φ = 0.90을 쓴다.