개념 한 쪽
토목기사 강구조 접합 및 연결 — 볼트 수·리벳 수·용접 응력
강구조 접합은 볼트·리벳·용접으로 나뉜다. 볼트 수는 전단면 수와 허용전단력으로 정하고, 리벳은 어떤 힘에 끊어졌는지로 파괴 형태를 가르며, 용접은 단면 손실이 없는 대신 응력 집중과 내부 결함 검사가 문제가 된다.
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뜻
볼트 수는 전단면 수가 좌우한다. 볼트 하나의 허용전단력은 단면적 As = π·d²/4에 허용전단응력 τa를 곱한 값이고, 필요 수는 P/(n·As·τa)를 올림해 정한다. n은 전단면 수로 단전단이면 1, 복전단이면 2다. 전단면 수를 1로 두거나 올림을 하지 않은 값이 오답이다.
리벳은 끊어진 모양으로 원인을 가른다. 리벳이 상·하 두 부분으로 절단되었다면 판과 판이 미끄러지려는 힘, 곧 전단력에 잘린 전단파괴다. 인장파괴나 지압파괴로 적은 선지가 오답이다.
용접은 장단점을 뒤집는 선지가 단골이다. 용접이음은 리벳이음보다 단면 손실이 없고 강도가 높지만, 응력 집중이 생기고 내부 결함을 검사하기 어렵다. 응력 집중이 적다거나 결함 검사가 쉽다고 적은 선지가 오답이다. 용접 순서는 수축이 큰 이음을 먼저 하여 변형을 상쇄하는 것이 원칙이고, 중요 부위를 지정하는 일은 품질 관리의 기본 사항이다.
부재와 구조의 성질도 함께 나온다. L형 형강의 전개폭은 두 날개의 폭을 펴 놓고 겹치는 두께를 빼서 구하는 원리다. 재료의 두 문항은 두께를 한 번 빼는 식과 날개마다 빼는 식을 각각 해설로 달아 서로 어긋나므로, 수치를 외우기보다 두 날개 폭에서 두께를 덜어낸다는 원리로 접근한다. 강판형 보의 경제적인 높이는 휨모멘트로 필요한 단면과 자중의 균형에서 정해진다. 강재는 재료가 균질하지만 얇은 부재가 많아 좌굴에 취약하다. 합성교량에서는 콘크리트 슬래브와 강주형 상부 플랜지를 일체화해 전단력을 전달하는 전단연결재가 쓰인다.
예제
출제 패턴은 다섯 가지다. ① 볼트 수 — 전단면 수를 반영하지 않거나 올림을 하지 않은 값이 오답이다. ② 리벳 파괴 — 상하로 절단된 리벳의 원인을 전단력이 아닌 다른 힘으로 적은 선지가 오답이다. ③ 용접 — 응력 집중이 적다거나 내부 결함 검사가 쉽다고 뒤집은 선지, 용접 순서를 수축이 작은 이음부터로 적은 선지가 오답이다. ④ 부재 계산 — 전개폭에서 두께를 아예 빼지 않은 값이나, 강판형 경제적 높이를 자중만으로 정한다는 선지가 오답이다. ⑤ 구조 특성 — 강재가 균질하여 좌굴 영향이 작다고 적거나, 슬래브와 강주형을 일체화하는 요소를 전단연결재가 아닌 것으로 바꾼 선지가 오답이다.
자주 묻는 물음
- 복전단이면 필요한 볼트 수는 어떻게 달라지나요?
- 볼트 하나의 허용전단력이 두 배가 되므로 필요 수는 절반 가까이 줄어듭니다. 필요 수는 P/(n·As·τa)에 전단면 수 n을 넣어 구하고 올림합니다.
- 리벳이 상·하로 절단되었다면 원인은 무엇인가요?
- 전단력에 의한 전단파괴입니다. 판과 판이 미끄러지려는 힘에 리벳이 잘린 것이므로, 인장파괴나 지압파괴로 적은 선지는 오답입니다.
- 용접이음은 리벳이음과 무엇이 다른가요?
- 용접이음은 단면 손실이 없고 강도가 높지만 응력 집중이 생기고 내부 결함을 검사하기 어렵습니다. 용접 순서는 수축이 큰 이음을 먼저 하여 변형을 상쇄합니다.
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