강교 피로설계

강교 피로설계란

강교 피로설계는 반복하중을 받는 부재의 피로균열을 설계 단계에서 막는 과정이다.

차가 수없이 지나가며 같은 응력이 반복되고, 낮은 응력에서도 균열이 생길 수 있다.

피로파괴는 예고 없이 갑자기 일어나므로 설계 단계에서 다뤄야 한다.

응력범위와 S-N 곡선

응력범위는 최대응력에서 최소응력을 뺀 값이고, 단위는 MPa다.

S-N 곡선은 응력범위와 파괴까지의 반복 횟수 N의 관계를 로그축에 나타낸다.

응력범위가 커질수록 파괴까지 허용되는 반복 횟수는 줄어든다.

이 곡선으로 허용 반복 횟수를 검토한다.

피로 판정 절차

피로 판정은 응력범위, 상세범주, S-N 곡선, 판정 순서로 이어진다.

먼저 상세별 공칭응력범위 Δσ를 구조해석으로 구한다.

다음으로 상세범주를 정하고 해당 S-N 곡선을 고른다.

Miner 식으로 누적손상비 D를 계산해 1.0 이하인지 본다.

D가 1.0을 넘으면 상세를 개선하고 응력범위를 다시 구한다.

설계 목표에 따른 세 가지 방법

피로설계는 설계 목표에 따라 세 가지 방법으로 나뉜다.

안전수명설계는 설계수명 동안 균열이 생기지 않도록 응력범위를 낮춘다.

손상허용설계는 균열이 있다고 보고 임계 크기에 이르기 전에 검출한다.

현행 강교 설계에서는 두 방식을 함께 적용하는 것이 일반적이다.

실무와 흔한 실수

피로는 최대응력이 아니라 응력범위와 반복 횟수로 평가하는 것이 핵심이다.

정적 안전율로 피로를 대체해 설명하면 감점이 크다.

용접 이음과 볼트 이음의 피로 거동 차이도 반드시 구분해 쓴다.

실무에서는 상세범주를 쓰는 공칭응력법을 가장 많이 쓴다.

정리

강교 피로설계는 응력범위와 상세 등급으로 누적손상을 판정하는 설계다.

답안에는 정의, 핵심어, 판정 기준을 함께 쓴다.

피로 문제는 설계부터 유지관리까지 이어지므로 전 단계를 함께 본다.