전단지연(Shear Lag)

전단지연이란

전단지연은 힘이 부재 일부에만 전달될 때 생기는 응력 불균등 현상이다.

넓은 플랜지에서는 전단변형 때문에 축방향 응력이 고르게 분포하지 않는다.

이 개념은 플랜지 유효폭과 인장재 감소계수 U의 근거가 된다.

플랜지 응력 지연의 원리

다리 상판의 넓은 플랜지는 복부판에 붙은 부분이 힘을 먼저 받는다.

떨어진 플랜지는 플랜지 면내 전단변형 때문에 늦게 힘을 받는다.

그 결과 길이방향 응력이 플랜지 폭 방향으로 고르지 않게 분포한다.

보의 휨 이론은 단면이 평면을 유지한다고 가정하므로 이 경우 맞지 않는다.

유효폭과 U의 비교

거더에서는 유효폭으로, 인장재에서는 U로 전단지연을 반영한다.

유효폭은 실제 폭보다 좁은 폭으로 바꿔 휨응력을 구하게 하는 개념이다.

U는 편심 인장재의 접합부에서 순단면적에 곱하는 감소계수다.

두 경우 모두 실제 응력을 균등 분포로 바꾼 등가 단면을 구하는 것이 목적이다.

인장재 접합부의 U 계수

편심 인장재는 순단면적을 그대로 쓰지 않고 U를 곱해 줄인다.

유효순단면적 Ae는 U에 순단면적 An을 곱해 구한다.

U는 1.0 이하이므로 Ae는 순단면적 An을 넘지 않는다.

U는 접합부의 편심과 연결 길이 같은 접합 조건을 반영한다.

한계상태 검토와 Ubs

인장재는 다섯 한계상태 중 가장 작은 값으로 설계한다. 총단면 항복, 유효순단면 파단, 블록전단파단이 대표적이다.

전단지연은 주로 유효순단면 파단 검토에 반영된다. 이때 저항계수 Φ는 0.75다.

블록전단파단에서는 Ubs를 쓰며, 이는 인장응력 분포에 따라 정하는 별개의 계수다.

두 계수를 같은 값으로 쓰면 안 된다.

헷갈리는 점 정리

가장 흔한 실수는 전단지연을 플랜지가 얇아서 생긴다고 쓰는 것이다.

전단지연은 넓은 플랜지의 평면 내 전단변형이 원인이다.

유효폭과 U를 혼동하지 않으며, Ubs는 별도 계수로 쓴다.

채점은 원인, 영향 범위, 유효폭과의 연결, 설계 조치를 본다.