인장재와 필릿용접 설계

인장재 설계의 정의

인장재 설계는 한계상태별 설계강도 중 가장 작은 값을 고르는 설계다.

이 값이 소요인장강도 Pu 이상이면 부재가 적합하다고 판정한다.

두 가지 한계상태

첫째는 총단면 항복이다. 부재 전체가 항복응력에 도달해 과도하게 변형되는 상태다.

이때 저항계수는 0.90이며 총단면적 Ag를 쓴다.

둘째는 유효순단면 파단이다. 구멍이 있는 단면에서 인장 파단이 일어난다.

이때 저항계수는 0.75이며 유효순단면적 Ae를 쓴다.

둘 중 작은 강도가 부재의 강도를 결정한다.

순단면적 계산

정렬 배치의 순단면적은 총단면적에서 구멍 면적을 뺀 값이다.

구멍 4개, 직경 24mm, 두께 13mm인 판에 이 식을 대입한다.

구멍 감소량은 4×24×13 = 1248mm²이고, 이를 Ag에서 뺀다.

불규칙 배치는 파단선마다 구해 가장 작은 순단면적을 쓴다.

전단지연과 블록전단

L형강처럼 한쪽 다리만 접합되면 인장력이 단면에 고르게 전달되지 않는다.

이를 전단지연이라 하며, 전단지연계수 U를 곱해 Ae = U·An을 쓴다.

또 다른 파괴인 블록전단파단은 접합부 일부가 찢겨 나가는 형태다.

블록전단의 Ubs는 인장응력이 균일하면 1.0, 불균일하면 0.5다.

필릿용접 검토

필릿용접은 인장재와 이음판을 잇는 대표적인 접합 수단이다.

필릿 사이즈 s=6mm이면 유효목두께는 0.7s로 4.2mm다.

유효길이는 총길이 L에서 필릿 사이즈의 2배를 뺀 값이다. L이 200mm면 188mm다.

최소 유효길이는 필릿 사이즈의 4배 이상이어야 한다. 6mm면 24mm 이상이다.

용접부 강도는 모재강도와 용접재강도 중 작은 값으로 본다.

흔한 실수

정답은 5.6mm다. 유효목두께는 0.7s이므로 0.7 × 8 = 5.6이다.

시험에서 가장 흔한 실수는 유효순단면적 산정 누락이다.

세 한계상태 중 하나만 검토해도 감점 대상이다.

구멍 직경은 공칭 직경에 2mm를 더한 값을 쓰는 것이 관례이며 자주 감점된다.

정리와 확인 문제

인장재 설계강도는 세 한계상태 강도 중 최솟값으로 정한다.

Pu가 이 값 이하이면 적합하다. 마지막으로 한 문제를 풀어 보자.