다양한 구조적 상황에서 엔지니어는 용접 및 기계적 패스너로 만든 조인트의 강도를 평가해야 할 수 있습니다.오늘날 기계식 패스너는 일반적으로 볼트이지만 이전 디자인에는 리벳이 있을 수 있습니다.
이는 프로젝트를 업그레이드, 리노베이션 또는 개선하는 동안 발생할 수 있습니다.새로운 디자인은 접합할 재료가 먼저 볼트로 결합된 다음 접합에 최대 강도를 제공하기 위해 용접되는 접합에서 함께 작동하기 위해 볼트 체결과 용접이 필요할 수 있습니다.
그러나 조인트의 총 부하 용량을 결정하는 것은 개별 구성 요소(용접, 볼트 및 리벳)의 합계를 더하는 것만큼 간단하지 않습니다.그러한 가정은 비참한 결과를 초래할 수 있습니다.
볼트 연결은 ASTM A325 또는 A490 볼트를 타이트 마운트, 프리로드 또는 슬라이딩 키로 사용하는 AISC(American Institute of Steel Structures) 구조 조인트 사양에 설명되어 있습니다.
기존의 양면 렌치를 사용하여 임팩트 렌치 또는 자물쇠 제조공으로 단단히 조인 연결부를 조여 레이어가 단단히 접촉되도록 합니다.프리스트레스 연결에서 볼트는 상당한 인장 하중을 받고 플레이트는 압축 하중을 받도록 설치됩니다.
1. 너트를 돌립니다.너트를 돌리는 방법은 볼트를 조인 다음 볼트의 직경과 길이에 따라 너트를 추가로 돌리는 것입니다.
2. 키를 보정합니다.보정된 렌치 방법은 볼트 장력과 관련된 토크를 측정합니다.
3. 비틀림식 장력 조절 볼트.트위스트 오프 텐션 볼트는 헤드 반대편 볼트 끝에 작은 스터드가 있습니다.필요한 토크에 도달하면 스터드가 풀립니다.
4. 스트레이트 풀 인덱스.직접 장력 표시기는 탭이 있는 특수 와셔입니다.러그의 압축 정도는 볼트에 적용된 장력 수준을 나타냅니다.
평신도의 관점에서 볼 때 볼트는 구멍이 뚫린 종이 더미를 함께 고정하는 황동 핀과 같이 단단하고 사전 장력이 가해진 조인트의 핀과 같은 역할을 합니다.크리티컬 슬라이딩 조인트는 마찰에 의해 작동합니다. 예압은 다운포스를 생성하고 접촉 표면 사이의 마찰은 조인트의 미끄러짐을 방지하기 위해 함께 작용합니다.종이에 구멍을 뚫어서가 아니라 바인더가 종이를 함께 누르고 마찰이 종이 더미를 함께 유지하기 때문에 종이 더미를 함께 고정하는 바인더와 같습니다.
ASTM A325 볼트의 최소 인장 강도는 볼트 직경에 따라 제곱인치당 150~120kg(KSI)이며, A490 볼트의 인장 강도는 150~170-KSI여야 합니다.리벳 조인트는 단단한 조인트처럼 작동하지만 이 경우 핀은 일반적으로 A325 볼트의 절반 정도 강도인 리벳입니다.
기계적으로 고정된 조인트가 전단력을 받을 때 두 가지 중 하나가 발생할 수 있습니다(적용된 힘으로 인해 한 요소가 다른 요소 위로 미끄러지는 경향이 있는 경우).볼트나 리벳이 구멍의 측면에 있을 수 있으며, 이로 인해 볼트나 리벳이 동시에 절단될 수 있습니다.두 번째 가능성은 미리 인장된 패스너의 조임력으로 인한 마찰이 전단 하중을 견딜 수 있다는 것입니다.이 연결에는 미끄러짐이 예상되지 않지만 가능합니다.
약간의 미끄러짐이 연결 특성에 악영향을 미칠 수 없기 때문에 많은 응용 분야에서 단단한 연결이 허용됩니다.예를 들어 입상 물질을 저장하도록 설계된 사일로를 고려하십시오.처음 로드할 때 약간의 미끄러짐이 있을 수 있습니다.슬립이 발생하면 이후의 모든 부하가 동일한 성질을 가지므로 다시는 발생하지 않습니다.
하중 역전은 회전 요소가 교대로 인장 및 압축 하중을 받는 경우와 같은 일부 응용 분야에서 사용됩니다.또 다른 예는 완전히 역방향 하중을 받는 굽힘 요소입니다.하중 방향에 상당한 변화가 있는 경우 주기적 슬립을 제거하기 위해 예압 연결이 필요할 수 있습니다.이 미끄러짐은 결국 길쭉한 구멍에서 더 많은 미끄러짐으로 이어집니다.
일부 관절은 피로를 유발할 수 있는 많은 부하 주기를 경험합니다.여기에는 프레스, 크레인 지지대 및 교량 연결부가 포함됩니다.연결에 반대 방향으로 피로 하중이 가해질 때 미끄러지는 중요한 연결이 필요합니다.이러한 유형의 조건에서는 조인트가 미끄러지지 않는 것이 매우 중요하므로 슬립 크리티컬 조인트가 필요합니다.
기존의 볼트 연결은 이러한 표준에 따라 설계 및 제조할 수 있습니다.리벳 연결은 단단한 것으로 간주됩니다.
용접 조인트는 단단합니다.솔더 조인트는 까다롭습니다.하중이 가해지면 미끄러질 수 있는 단단한 볼트 체결부와 달리 용접부는 적용된 하중을 크게 늘리거나 분산시킬 필요가 없습니다.대부분의 경우 용접 및 베어링 유형의 기계식 패스너는 동일한 방식으로 변형되지 않습니다.
기계적 패스너와 함께 용접을 사용하면 하중이 더 단단한 부품을 통해 전달되므로 볼트와 거의 공유하지 않고 용접이 거의 모든 하중을 지탱할 수 있습니다.그렇기 때문에 용접, 볼트 체결 및 리베팅 작업을 할 때 주의를 기울여야 합니다.명세서.AWS D1은 기계적 패스너와 용접을 혼합하는 문제를 해결합니다.구조용 용접 사양 1:2000 – 강철.단락 2.6.3은 베어링 유형 조인트(즉, 볼트 또는 리벳이 핀 역할을 하는 경우)에 사용되는 리벳 또는 볼트의 경우 기계적 패스너가 용접부와 하중을 공유하는 것으로 간주해서는 안 된다고 명시합니다.용접을 사용하는 경우 조인트의 전체 하중을 지탱할 수 있도록 제공되어야 합니다.그러나 한 요소에 용접되고 다른 요소에 리벳 또는 볼트로 연결된 연결은 허용됩니다.
베어링 유형의 기계식 패스너를 사용하고 용접을 추가할 때 볼트의 내하중 용량은 대체로 무시됩니다.이 조항에 따라 용접부는 모든 하중을 전달하도록 설계되어야 합니다.
이는 본질적으로 AISC LRFD-1999, J1.9 조항과 동일합니다.그러나 캐나다 표준 CAN/CSA-S16.1-M94는 기계적 패스너 또는 볼트의 힘이 용접의 힘보다 높을 때 독립형 사용도 허용합니다.
이 문제에서 세 가지 기준이 일치합니다. 베어링 유형의 기계적 고정 가능성과 용접 가능성이 합산되지 않습니다.
AWS D1.1의 섹션 2.6.3에서는 그림 1과 같이 볼트와 용접을 두 부분으로 된 조인트로 결합할 수 있는 상황에 대해서도 설명합니다. 왼쪽은 용접이고 오른쪽은 볼트입니다.여기에서 용접 및 볼트의 총 힘을 고려할 수 있습니다.전체 연결의 각 부분은 독립적으로 작동합니다.따라서 이 코드는 2.6.3의 첫 부분에 포함된 원칙에 대한 예외입니다.
방금 논의한 규칙은 새 건물에 적용됩니다.기존 구조물의 경우 8.3.7절 D1.1절은 구조 계산에서 리벳 또는 볼트가 새로운 총 하중에 의해 과부하될 것으로 표시되면 기존 정적 하중만 할당해야 한다고 명시합니다.
동일한 규칙에 따라 리벳이나 볼트가 정하중에만 과부하가 걸리거나 주기적인(피로) 하중이 가해지면 총 하중을 지탱할 수 있도록 충분한 모재와 용접부가 추가되어야 합니다.
기계적 패스너와 용접부 사이의 하중 분포는 구조에 사전 하중이 가해진 경우, 즉 연결된 요소 사이에 미끄러짐이 발생한 경우 허용됩니다.그러나 기계식 패스너에는 정적 하중만 가해질 수 있습니다.더 큰 미끄러짐을 유발할 수 있는 활하중은 전체 하중을 견딜 수 있는 용접을 사용하여 보호해야 합니다.
용접은 적용된 모든 하중 또는 동적 하중을 견딜 수 있도록 사용해야 합니다.기계식 패스너가 이미 과부하 상태이면 부하 공유가 허용되지 않습니다.반복 하중에서는 하중이 영구적인 미끄러짐과 용접의 과부하로 이어질 수 있으므로 하중 공유가 허용되지 않습니다.
삽화.원래 단단히 볼트로 고정된 랩 조인트를 고려하십시오(그림 2 참조).이 구조는 추가 전력을 추가하고 두 배의 강도를 제공하기 위해 연결 및 커넥터를 추가해야 합니다.무화과에.3은 요소 강화를 위한 기본 계획을 보여줍니다.연결은 어떻게 해야 할까요?
필렛 용접으로 새 강철을 이전 강철에 결합해야 했기 때문에 엔지니어는 조인트에 일부 필렛 용접을 추가하기로 결정했습니다.볼트가 아직 제자리에 있었기 때문에 원래 아이디어는 하중의 50%가 볼트를 통과하고 하중의 50%가 새 용접부를 통과할 것으로 예상하여 새 강철에 추가 동력을 전달하는 데 필요한 용접만 추가하는 것이었습니다.받아 들일 수 있습니까?
먼저 현재 연결에 정적 부하가 적용되지 않는다고 가정해 보겠습니다.이 경우 AWS D1.1의 2.6.3항이 적용됩니다.
이 베어링 유형 조인트에서는 용접부와 볼트가 하중을 공유한다고 생각할 수 없으므로 지정된 용접 크기는 정적 및 동적 하중을 모두 지탱할 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다.이 예에서 볼트의 지지력은 고려할 수 없습니다. 정하중이 없으면 연결이 느슨해지기 때문입니다.전체 하중이 가해지면 용접부(하중의 절반을 지탱하도록 설계됨)가 처음에 파열됩니다.그런 다음 하중의 절반을 전달하도록 설계된 볼트가 하중을 전달하려고 시도하고 파손됩니다.
또한 정하중이 적용된다고 가정합니다.또한 기존 연결은 기존 영구 하중을 견디기에 충분하다고 가정합니다.이 경우 단락 8.3.7 D1.1이 적용됩니다.새 용접은 증가된 정적 및 일반 활하중만 견디면 됩니다.기존 고정 하중을 기존 기계식 패스너에 할당할 수 있습니다.
일정한 부하에서 연결이 처지지 않습니다.대신 볼트는 이미 하중을 견디고 있습니다.연결에 약간의 미끄러짐이 있습니다.따라서 용접을 사용할 수 있으며 동적 하중을 전달할 수 있습니다.
"이것이 허용됩니까?"라는 질문에 대한 답변입니다.부하 조건에 따라 다릅니다.첫 번째 경우 정적 부하가 없으면 대답은 음수입니다.두 번째 시나리오의 특정 조건에서 대답은 '예'입니다.
정적 하중이 가해진다고 해서 항상 결론을 내릴 수 있는 것은 아닙니다.정하중 수준, 기존 기계적 연결의 적절성, 끝단 하중의 특성(정적이든 주기적이든)에 따라 답이 달라질 수 있습니다.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, 용접 기술 센터 관리자, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.Lincoln Electric은 전 세계적으로 용접 장비 및 용접 소모품을 제조합니다.용접 기술 센터 엔지니어 및 기술자는 고객이 용접 문제를 해결하도록 돕습니다.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, 전화 305-443-9353, 팩스 305-443-7559, 웹사이트 www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbour Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, 전화 610-832-9585, 팩스 610-832-9555, 웹사이트 www.astm.org.
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, 전화 312-670-2400, 팩스 312-670-5403, 웹사이트 www.aisc.org.
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