블록전단파단과 공칭블록전단강도

블록전단파단의 정의

블록전단파단은 인장재 접합부에서 전단 파괴와 인장 파괴가 함께 일어나 일부가 찢어지는 파단이다.

인장력 방향으로는 전단 파괴가, 그 직각 방향으로는 가장 안쪽 구멍을 지나는 인장 파괴가 일어난다.

두 경로가 함께 무너지면서 덩어리 전체가 떨어져 나가므로 블록 모양의 파단이라 부른다.

두 파괴 경로

전단 경로는 인장력 방향으로 판이 미끄러지듯 전단되는 면이다.

인장 경로는 인장력에 직각인 선으로, 가장 안쪽 구멍을 지나는 단면이 끊어진다.

파단선이 가장 안쪽 구멍을 지나는지 확인해야 Anv와 Ant를 정확히 산정할 수 있다.

공칭강도 식

공칭강도는 전단 항과 인장 항의 합으로 구하고, 두 식 중 작은 값을 택한다.

인장 경로 항 Ubs·Fu·Ant는 두 식에서 공통이고, 전단 항만 항복과 파단 기준을 비교한다.

작은 쪽을 Rn으로 정하고, φRn이 소요인장력 Pu 이상인지 확인한다.

Ubs 계수와 편심 접합

Ubs는 인장응력이 균일하면 1.0, 불균일하면 0.5로 둔다.

편심이 생기는 L형강을 한쪽 날개만 접합하면 인장응력이 불균일해져 0.5를 택한다.

이 경우 전단지연으로 인장 경로의 유효 강도가 줄어들어 Ubs를 낮춰 반영한다.

계산 예제

이 예는 가상의 설정이다. L150×150×12 한쪽 다리를 M24 고장력볼트 세 개로 접합한다.

전단면 길이는 40 + 2×75 = 190mm이고, 인장면 길이는 50mm다.

구멍 지름 27mm를 반영하면 Anv는 1,470mm², Ant는 438mm²가 된다.

두 식의 값을 비교해 작은 값을 공칭강도로 정하고, 저항계수를 곱한다.

헷갈리는 점과 채점 포인트

가장 흔한 실수는 전단 항과 인장 항의 단면적을 뒤바꾸는 것이다.

표준구멍 직경은 볼트 직경보다 크므로 이를 반영해 순단면을 구해야 한다.

편심 접합이면 Ubs 0.5를 검토해야 하며, 1.0을 기본으로 적용하면 안 된다.

정리

정리하면, 블록전단파단은 전단 파괴와 인장 파괴가 한 덩어리로 찢어지는 파단이다.

공칭강도는 두 식 중 작은 값이며, 인장 항은 Ubs·Fu·Ant로 계산한다.

Ubs는 균일하면 1.0, 불균일하면 0.5이므로 편심 접합에서는 0.5를 검토한다.

앞 문제의 정답은 0.5다. 인장재는 다섯 한계상태 중 최솟값으로 설계한다.