웨브 국부파괴

정의

웨브 국부파괴는 H형강 보 웨브가 집중하중이나 지점반력 부근에서 국부적으로 항복하거나 좌굴·변형되는 현상이다.

플랜지는 휨에 강하고 웨브는 얇아서, 하중이 웨브로 전달되는 지점에 응력이 크게 집중된다.

실무에서는 크레인 거더 바퀴하중과 지점반력 부근이 대표 검토 위치다.

네 가지 파괴 형태

웨브 국부파괴는 네 가지 형태로 나누어 검토한다.

국부항복은 좌굴이 아니라 재료의 응력이 항복강도에 도달하는 현상이다.

웨브 압축좌굴은 웨브 판이 면외 방향으로 물결 모양 좌굴하는 현상이다.

크리플링은 하중점 바로 아래 웨브가 접혀 주름지며 압괴되는 파괴다.

횡좌굴은 압축플랜지의 횡구속이 부족할 때 웨브와 플랜지가 측방으로 변형한다.

국부 응력과 항복

집중하중은 플랜지를 거쳐 웨브 상단에 작용하고, 웨브는 퍼지는 폭만큼만 저항한다.

하중 분산 폭을 b_eff로 두면 웨브의 평균 국부 응력은 P를 t_w와 b_eff의 곱으로 나눈 값이다.

이 응력이 항복강도를 넘으면 국부항복이 생긴다.

판의 세장비가 크면 탄성좌굴이 먼저 일어난다.

계산 예제

단순보 중앙에 집중하중 P가 작용하고 하중점 아래 보강재가 없는 H형강 보를 생각한다.

크리플링 식에 웨브 두께, 플랜지 두께, 춤, 탄성계수, 항복강도를 차례로 대입한다.

길이는 mm, 응력은 MPa로 맞추면 결과 R_n은 N 단위가 된다. 항복 검토는 따로 수행한다.

헷갈리는 점

가장 흔한 실수는 네 현상을 모두 좌굴로 묶어 설명하는 것이다.

웨브 횡좌굴은 웨브 자체의 좌굴이 아니라 압축플랜지 횡구속 부족에 따른 측방 변형이다.

국부항복은 좌굴이 아니라 집중하중 전달부의 응력 항복이다.

그림에 변형 방향을 표시하지 않으면 감점 요인이 된다.

직접 풀기

방금 배운 웨브 파괴 형태를 이 문제에 적용해 보자.

변형 형상과 지배 원인을 보고 보기에서 하나를 고른다.

정리

웨브 국부파괴는 집중하중이나 지점반력 부근 웨브의 국부 손상이다.

국부항복은 응력이 항복에 도달하는 것이고, 크리플링과 압축좌굴은 웨브가 면외로 변형하는 것이다.

횡좌굴은 압축플랜지의 횡구속이 부족할 때 생기며, 앞의 문제 정답이다.

보강 판단은 하중 크기, 작용 위치, 플랜지 횡구속을 함께 본다.