인장이음은 고장력 볼트의 체결력과 모재 그리고 고장력 볼트의 내력을 직접적으로 활용하고, 볼트구멍의 가공수나 체결개소의 감소, 피로저항성 등에 있어 유리하며 때문에 역학적으로 매우 효율적인 연결이다. 이러한 인장이음은 교량의 거더와 가로보의 이음, 주탑의 수평이음, 보-기둥 연결부, 바닥판 단부 2차부재 연결부, 브라켓 등에 적용될 수 있다. 본 연구에서는 인장이음의 역학적 거동을 파악하기 위해서 T-인장이음에 대한 정적실험을 수행하였다. 시험변수는 고장력 볼트의 직경, 플렌지 두께 및 체결력 감소이며, 인장이음의 파괴양상과 내력, 플랜지 두께와 고장력 볼트의 직경의 영향, 체결력의 영향에 대해 분석하였다.
인장이음은 고장력 볼트의 체결력과 모재 그리고 고장력 볼트의 내력을 직접적으로 활용하고, 볼트구멍의 가공수나 체결개소의 감소, 피로저항성 등에 있어 유리하며 때문에 역학적으로 매우 효율적인 연결이다. 이러한 인장이음은 교량의 거더와 가로보의 이음, 주탑의 수평이음, 보-기둥 연결부, 바닥판 단부 2차부재 연결부, 브라켓 등에 적용될 수 있다. 본 연구에서는 인장이음의 역학적 거동을 파악하기 위해서 T-인장이음에 대한 정적실험을 수행하였다. 시험변수는 고장력 볼트의 직경, 플렌지 두께 및 체결력 감소이며, 인장이음의 파괴양상과 내력, 플랜지 두께와 고장력 볼트의 직경의 영향, 체결력의 영향에 대해 분석하였다.
The tension type joint is a mechanically very efficient connection method, as it directly uses the load capacity of base metal or high tension bolt, the reduction of the number of drilling hole and fastening and the fatigue resistance. It is applied to the joint of girder and cross beam, horizontal ...
The tension type joint is a mechanically very efficient connection method, as it directly uses the load capacity of base metal or high tension bolt, the reduction of the number of drilling hole and fastening and the fatigue resistance. It is applied to the joint of girder and cross beam, horizontal joints of towers, beam to column joints, the secondary member joints of deck floor ends, and brackets. In this paper, static load tests for the T-type tension joint were conducted to investigate the structural behavior of the joint. The parameters were bolt diameter, flange thickness, and the reduction of clamping force of the joint. The failure modes and load capacity of joints and the effects of flange thickness, bolt diameter and clamping force were investigated.
The tension type joint is a mechanically very efficient connection method, as it directly uses the load capacity of base metal or high tension bolt, the reduction of the number of drilling hole and fastening and the fatigue resistance. It is applied to the joint of girder and cross beam, horizontal joints of towers, beam to column joints, the secondary member joints of deck floor ends, and brackets. In this paper, static load tests for the T-type tension joint were conducted to investigate the structural behavior of the joint. The parameters were bolt diameter, flange thickness, and the reduction of clamping force of the joint. The failure modes and load capacity of joints and the effects of flange thickness, bolt diameter and clamping force were investigated.
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문제 정의
본 연구는 인장이음의 장점이라 할 수 있는 고장력 볼트 또는 인장재 내력의 효율적 활용, 제작 및 가설단계에서의 가공 및 체결 개소의 감소에 따른 경제성 향상 그리고 이음부의 피로저항성 향상 등을 활용하고 인장이음이 강교량 이음형식의 하나로 적용될 수 있도록 함을 목적으로 하고 있다.
이를 위한 인장이음의 기초적인 연구데이터의 확보를 위하여 인장이음의 기본 형식인 고장력 볼트 T 인장이음을 대상으로 인장이음의 내력과 거동 분석을 위한 실험적 연구를 수행하였다. 시험변수는 강교량에서 일반적으로 적용되는 부재의 두께와 고장력 볼트의 직경이며 시험여건을 고려하여 선정하였다.
정적실험은 부재 두께와 고장력 볼트 직경에 따른 인장이음의 파괴모드와 내력 그리고 내력 예측식의 적용성을 분석하기 위해 수행되었다. 고장력 볼트 인장이음 시험체의 제원을 Table 1에 나타내었다.
가설 설정
2와 같이 정의한다. 고장력 볼트에 작용하는 하중은 볼트 머리에 의한 하중 전달의 영향을 고려하여 볼트 몸통의 중심에서 안쪽에 작용하는 것으로 가정한다.
제안 방법
이를 위한 인장이음의 기초적인 연구데이터의 확보를 위하여 인장이음의 기본 형식인 고장력 볼트 T 인장이음을 대상으로 인장이음의 내력과 거동 분석을 위한 실험적 연구를 수행하였다. 시험변수는 강교량에서 일반적으로 적용되는 부재의 두께와 고장력 볼트의 직경이며 시험여건을 고려하여 선정하였다. 인장이음의 내력은 기존의 T 인장이음에 대한 연구결과[6]를 기초로 이론적으로 구하였으며, 실험결과와 비교, 분석하였다.
고장력 볼트 인장이음 시험체의 제원을 Table 1에 나타내었다. 시험변수는 고장력 볼트 직경과 T이음의 플랜지 두께로서, 플랜지 두께는 16mm, 23mm, 28mm에 대해 각각 고장력 볼트의 직경을 M16, M22, M27, M30로 달리하여 시험 변수를 설정하였다. 시험체의 플랜지 폭은 300mm, 부재 축방향의 길이는 100mm이다.
고장력볼트의 직경과 플랜지 두께에 따른 인장이음의 내력을 분석하기 위해서 고장력볼트의 축력, 플랜지 변형 및 상하 이음간의 이간변위를 측정하였다. 고장력볼트의 축력은 볼트축의 양면에 변형률게이지를 부착하였으며, 이음판의 플랜지에는 플랜지 상하면 연단에 변형률게이지를 부착하여 변형률을 측정하였다. T이음 사이의 이간변위는 이음판 한쪽 면에 강판을 부착하여 측정지지대를 만들고 여기에 변위계를 부착하여 측정하였다.
고장력볼트의 축력은 볼트축의 양면에 변형률게이지를 부착하였으며, 이음판의 플랜지에는 플랜지 상하면 연단에 변형률게이지를 부착하여 변형률을 측정하였다. T이음 사이의 이간변위는 이음판 한쪽 면에 강판을 부착하여 측정지지대를 만들고 여기에 변위계를 부착하여 측정하였다. Fig.
고장력볼트의 체결은 토크제어법으로 예비체결과 본체결로 나누어 체결하였으며, 예비체결에서는 표준도입축력의 60%를 체결하고, 본체결에서 표준도입축력까지 체결하였다. 각 고장력 볼트에 대한 기계적 성질은 제조사에서 KS B 1010에 따라 샘플링으로 재료시험을 수행하였다.
본 연구에서는 고장력볼트 T형식의 인장이음에 대해 플랜지 두께와 고장력볼트 직경을 변수로 하여 정적인장실험을 실시하였으며, 이로부터 인장이음의 내력을 분석하였다. 그 결과 얻어진 결론을 정리하면 아래와 같다.
대상 데이터
시험변수는 고장력 볼트 직경과 T이음의 플랜지 두께로서, 플랜지 두께는 16mm, 23mm, 28mm에 대해 각각 고장력 볼트의 직경을 M16, M22, M27, M30로 달리하여 시험 변수를 설정하였다. 시험체의 플랜지 폭은 300mm, 부재 축방향의 길이는 100mm이다. 시험체는 플랜지 두께 T와 고장력볼트 직경 M을 기호로 구분하여 명명하였다.
시험체의 플랜지 폭은 300mm, 부재 축방향의 길이는 100mm이다. 시험체는 플랜지 두께 T와 고장력볼트 직경 M을 기호로 구분하여 명명하였다. 시험체 중 LT로 명명된 시험체는 고장력볼트의 도입축력을 목표값의 60%로 도입한 시험체이다.
각 고장력 볼트에 대한 기계적 성질은 제조사에서 KS B 1010에 따라 샘플링으로 재료시험을 수행하였다. 고장력볼트 재질은 F10T, 강재는 SM400이다. Table 2는 각 시험체별 체결력, 체결토크, 항복강도 및 인장강도를 나타낸 것이다.
데이터처리
시험변수는 강교량에서 일반적으로 적용되는 부재의 두께와 고장력 볼트의 직경이며 시험여건을 고려하여 선정하였다. 인장이음의 내력은 기존의 T 인장이음에 대한 연구결과[6]를 기초로 이론적으로 구하였으며, 실험결과와 비교, 분석하였다.
이론/모형
고장력볼트의 체결은 토크제어법으로 예비체결과 본체결로 나누어 체결하였으며, 예비체결에서는 표준도입축력의 60%를 체결하고, 본체결에서 표준도입축력까지 체결하였다. 각 고장력 볼트에 대한 기계적 성질은 제조사에서 KS B 1010에 따라 샘플링으로 재료시험을 수행하였다. 고장력볼트 재질은 F10T, 강재는 SM400이다.
성능/효과
의 값이 가장 작아 본 연구의 시험체는 플랜지에 소성메카니즘이 발생하는 것으로 나타났다. 이론적 인장 내력과 실험에 의한 최대 내력의 비(A/B)를 보면 T28-M16-1을 제외하고는 모두 1.0보다 큰 값으로 실험에 의한 내력이 더 크게 나타났다.
M22 시험체에서는 플랜지 두께가 16mm인 경우에는 M16 시험체와 거의 동일한 내력을 나타내고, 플랜지 두께 23mm에서는 16mm의 시험체와 큰 내력의 차이를 나타낸다. M27 및 M30 시험체에서는 플랜지 두께가 증가할수록 최대내력도 증가하는 것으로 나타났다.
(1) 정적 인장실험 결과 인장이음의 파괴형태는 플랜지의 두께, 고장력 볼트의 직경에 따라 플랜지 파괴, 플랜지와 고장력 볼트의 파괴, 고장력 볼트의 파괴의 형태로 나타남을 확인하였다.
(2) 기존의 T-이음에 대한 내력 예측식으로부터 이음부의 내력을 예측한 결과 실험에 의한 최대 내력이 이론식에 의한 예측값보다 크게 나타났다. 이는 플랜지가 파괴내력에 도달하여 소성 메카니즘이 발생하더라도 플랜지의 경화 현상으로 인해 하중의 증가가 발생하였고 그 결과 최대 내력이 증가한 것이 하나의 원인으로 판단된다.
(3) T16 또는 M16 이하의 시험체에서 최대내력 및 항복내력은 고장력 볼트 및 플랜지 항복에 의해 거의 동일한 것으로 나타났으나, M22 이상의 시험체에서는 고장력 볼트직경과 플랜지 두께의 증가에 따라 이음부의 내력이 증가하는 것으로 나타났다.
(4) 고장력볼트 체결시 도입축력을 표준도입축력의 60%로 체결한 경우, 최대내력에 있어서는 표준도입축력으로 체결한 시험체의 내력과 동일한 값을 나타내었다. 따라서 인장이음에서 초기의 고장력 볼트 도입축력은 이음의 성능에 큰 영향을 주지 않으며, 플랜지와 고장력 볼트의 내력을 최대한으로 활용할 수 있다.
후속연구
강교량의 부재 이음부에는 보-기둥 연결부의 Split-T 이음, L 이음, 앵글이음 등의 형식이 적용될 수 있으나 부재의 강성이 비교적 크고 주부재의 변형이나 동적하중을 받는 경우가 많기 때문에 기존의 보-기둥 연결부의 역학적 거동과 강교량의 거동 특성을 고려한 인장이음의 적용에 관한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
실험에 의한 최대 내력과 이론적 내력과의 차이에 대해서는 플랜지의 경화현상 외에 해석모델상의 가정과 지레작용의 비선형성, 기하학적 변수 등의 영향이 고려될 수 있으므로 추후 이에대한 추가 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
마찰력의 작용 방향과 하중 작용 방향이 다른경우, 사용하는 이음방법은 무엇인가?
마찰이음은 이음부의 접촉면에 발생되는 마찰력이 하중을 부담하는 것으로 마찰력의 작용 방향과 하중 작용 방향이 다를 경우 적용하기가 어렵다. 이러한 경우 이음은 주로 용접이음을 사용하지만 이음부에는 면외변형이나 피로 등에 의한 손상의 발생 가능성이 높아진다.
고장력 볼트에 의한 인장이음의 장점은 무엇인가?
고장력 볼트에 의한 인장이음은 하중의 작용 방향이 고장력 볼트의 축방향과 같으므로 인장하중을 직접적으로 전달할 수 있으며, 각각의 고장력 볼트의 인장내력을 최대한으로 활용할 수 있으므로 마찰이음에 비해 축력의 변동이 적고 효율이 높다고 할 수 있다. 또한, 볼트구멍의 가공수나 체결수의 감소로 경제적으로도 유리하고, 용접이음의 용접부에 내제되어 있는 결함요소도 배제할 수 있으므로 피로 저항성도 높다고 할 수 있다.
강교량의 부재 이음부에는 어떠한 형식이 적용될 수 있는가?
강교량의 부재 이음부에는 보-기둥 연결부의 Split-T 이음, L 이음, 앵글이음 등의 형식이 적용될 수 있으나 부재의 강성이 비교적 크고 주부재의 변형이나 동적하중을 받는 경우가 많기 때문에 기존의 보-기둥 연결부의 역학적 거동과 강교량의 거동 특성을 고려한 인장이음의 적용에 관한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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