#고장력볼트 집중 분석

강구조 건축물에서 다수의 TS 고장력볼트가 설치되는 접합부에서 구조 성능을 손상하지 않기 위한 시공상 주의사항과 부적절한 체결 또는 시공 상태가 구조 안전에 미치는 영향을 설명하시오.

강구조 건축물 고장력볼트 접합부 시공 시 구조 성능 확보를 위해 볼트 종류 확인, 시공 순서 준수, 적절한 조임 관리, 검사 및 품질 관리 철저가 중요하며, 부적절한 시공은 접합부 강도 저하, 피로 파괴, 전체 구조물 안전성 저하를 초래할 수 있다.

건축물 강구조 설계기준(KDS41 30 10)에 따른 고장력볼트의 미끄럼강도에 대하여 다음 물음에 답하시오. 1) 고장력볼트의 설계미끄럼강도 산정식을 설명하시오. 2) 아래 조건에 따라 3-M22(F13T)의 설계미끄럼강도를 구하시오. 장슬롯, 무기질 아연말 프라이머 도장한 표면, 끼움재를 사용하지 않음, 전단면의 수 : 1, M22(F13T)의 최소 인장하중 : 394.4kN

고장력볼트의 미끄럼강도는 접합부의 안정성을 확보하는 중요한 요소이다. 설계미끄럼강도는 볼트의 인장강도, 마찰면의 미끄럼계수, 볼트 개수 등을 고려하여 산정되며, 도장 조건, 슬롯 유무, 끼움재 사용 여부 등에 따라 달라진다. 주어진 조건에 따라 설계미끄럼강도를 정확하게 계산하고, 안전율을 확보하는 것이 중요하다.

아래 그림은 건설현장에서 사용하는 고장력볼트(TS볼트)이다. 고장력볼트 조임 시 회전력인 토크와 볼트의 축력과의 관계를 설명하고 토크계수에 영향을 미치는 요소를 설명하시오.

그림과 같이 기둥에 연결된 브래킷 접합부에 Pu의 편심하중이 작용하는 1면전단 고장력볼트 지압접합부에서 볼트군의 설계강도(ϕRn)를 구하시오. ▪ 건축물 강구조 설계기준(KDS41 30 10) 적용 ▪ 접합부에 걸리는 응력은 탄성법(elastic analysis)을 사용 ▪ 편심거리 e=400mm ▪ 볼트 1개당 1면 설계전단강도 ϕrn = 94.2kN 적용할 것 ▪ 고장력볼트 F10T, N(전단면에 나사부 포함), 표준구멍(STD), 10-M20, Fnv = 400MPa, 1면 전단, 볼트 간격 s= 75mm, 연단거리 Le = 40mm ▪ 접합판 두께 12mm, SM355 (Fy = 355MPa, Fu = 490MPa) ▪ 기둥과 브래킷의 연결플레이트는 안전하게 하중을 지지함

그림과 같은 강구조 접합부에 고정하중 Pᴅ = 50kN, 활하중 Pₗ = 70kN이 작용할 때 다음을 검토하시오. (1) 필릿용접부에서 필릿사이즈(s=8mm)가 최대사이즈 및 최소사이즈 범위 내에 있는지 확인하고 필릿용접부의 안전성을 검토하시오. (2) 마찰접합인 고장력볼트 접합부의 설계미끄럼강도를 구하고 안전성을 검토하시오. ▪건축물 강구조 설계기준(KDS41 30 10) 적용 ▪강재 : SM355 ▪고장력볼트 : 4-M24 (F10T, 표준구멍) ▪미끄럼계수 μ = 0.5 ▪필러계수 hf = 1.0 ▪설계볼트장력 T₀ = 237kN ▪필릿용접부의 설계강도는 용접재강도로 결정함 ▪용접재의 인장강도 Fuw = 490N/mm² (단위: mm)

그림과 같이 큰보(H-700×300×13×24)의 스티프너에 작은보(H-500×200×10×16)의 웨브가 고장력볼트(4개)로 마찰접합되어 있을 때 다음을 검토하시오. (1) 고장력볼트의 설계미끄럼강도 및 설계전단강도 검토 (2) 작은보 웨브 이음판의 안전성 검토 (Fy = 355N/mm²) ▪건축물 강구조 설계기준(KDS41 30 10) 적용 ▪SM355, Fu = 500N/mm², Fun = 490N/mm², Ubs = 1.0 ▪고장력볼트 M20(F10T), 표준구멍, μ = 0.5, hf = 1.0, 설계볼트장력 T₀ = 165kN ▪존재응력설계법에 의한 전단강도(Vu)는 300kN이고, 편심모멘트는 무시함 ▪접합부는 1면 전단이며, 큰 보의 스티프너(두께 : 10mm)는 안전한 것으로 가정함 (단위: mm)

그림과 같이 Pᵤ = 120kN, Vᵤ = 100kN이 작용하는 고장력볼트 접합부에서 설계 미끄럼강도에 따른 안전성을 검토하시오. ▪건축물 강구조 설계기준(KDS41 30 10) 적용 ▪고장력볼트 12-M24(F10T) ▪1면 전단 ▪강도감소계수 φ = 1.0 ▪미끄럼계수 μ = 0.5 ▪필러계수 hf = 1.0 ▪설계볼트장력 T₀ = 237kN (단위: mm)

그림과 같은 등변형강 L-150×150×12의 인장재를 고장력볼트로 마찰접합할 때, 설계인장강도를 구하시오. ∙ L-150×150×12 단면적 A = 3,477mm² , 도심위치 Cₓ = Cᵧ = 41.4mm 재질 : SS275 (Fᵧ = 275N/mm², Fᵤ = 410N/mm²) ∙ 고장력볼트 : M22(F10T) T = 200kN, 표준구멍 사용 ∙ 거셋플레이트 t=12mm ∙ 부재 접합면은 블라스트 후 페인트하지 않으며, 인장응력은 일정한 것으로 가정 (μ = 0.5, h = 1.0)