강재 인장재 설계인장강도

설계인장강도의 정의

설계인장강도는 한계상태별 설계강도 중 가장 작은 값으로 정한다.

쉽게 말하면 인장재가 끊어지기 전에 어디서 먼저 한계에 도달하는지 찾는 일이다.

소요인장강도 Pu가 설계인장강도 φPn 이하이면 적합한 설계로 본다.

두 가지 주요 한계상태

부재 전체가 항복하는 경우와 구멍 부위 순단면이 파단되는 경우를 각각 계산한다.

총단면 항복은 연성 한계상태라 저항계수 0.90을 쓴다.

유효순단면 파단은 취성 한계상태라 더 보수적인 0.75를 쓴다.

구멍에 의한 단면 감소를 반영한 유효단면으로 파단을 검토한다.

전단지연계수 U

편심 접합에서는 응력이 단면 전체에 고르게 퍼지지 않는다. 이를 전단지연이라 한다.

전단지연은 전단지연계수 U로 반영하며, U는 1에서 도심 거리를 l로 나눈 값을 뺀 값이다.

일부 요소만 접합되면 접합되지 않은 요소의 응력이 늦게 전달된다. 이 지연량을 U로 반영해 유효순단면적 Ae를 줄인다.

계산 예제 설정

가상의 예로 L-150×150×12 앵글을 재질 SS275로 본다.

구멍은 M22 표준구멍 24 mm 하나가 파단선에 걸린다고 가정한다.

그러면 순단면적은 3,477에서 24 × 12를 뺀 3,189 mm²다.

설계강도 비교와 지배 한계상태

총단면 항복은 0.90 × 275 × 3,477로 약 861 kN이다.

유효순단면 파단은 0.75 × 410 × 2,520로 약 774 kN이다.

두 값 중 작은 774 kN이 설계인장강도이며, 이 예에서는 파단이 지배한다.

소요인장강도 Pu가 이 값 이하이면 적합한 설계로 본다.

직접 풀어 보기

앞에서 본 전단지연계수 U를 직접 계산해 보자.

도심거리는 41.4 mm, 접합 길이는 200 mm다.

문제를 풀어 보자.

정리와 시험 포인트

정리하자. 설계인장강도는 한계상태별 설계강도 중 가장 작은 값이다.

총단면 항복은 0.90, 유효순단면 파단과 블록전단파단은 0.75를 쓴다.

흔한 실수는 한계상태 하나를 빠뜨리거나 전단지연계수 U를 곱하지 않는 것이다.

건축 인장재는 KDS 14 31 10을 우선 인용한다.