기계설계 실무 적용 노하우 Section 03.

패널존의 전단강도

패널존은 강접합

기둥-보 접합부에 기둥과 보로 둘러싸인 부분으로 그림 10.22에서 빗금 친 부분에 해당한다. 패널존에 수평하중이 작용하는 경우는 상하 기둥의 단부와 좌우 보의 단부로부터 커다란 전단력과 휨 모멘트가 작용하므로 패널존에 복잡한 응력분포가 나타난다. 이 경우에 패널존의 전단항복에 의한 과도한 전단 변형으로 골조 전체의 안전에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.그러므로 패널존의 판 두께에 대한 충분한 검토를 통하여 전단강도와 강 성을 높일 필요가 있다. 

골조안정에 대한 패널존의 변형의 영향이 고려되지 않은 경우,전단력과전단력 과 압축력을 받는 패널존의 설계전단강도는이고, 공칭전단강도다음 식에 따라 산정한다.

패널존의 두께가 부족한 경우에는 그림 10.23과 같이 접합부의 패널존을 보강한다. 보강판의 용접방법으로서는 기둥 필렛까지 용접하는 것이 가장 효과적이다.

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조합력을 받는 접합부설계

1) 조합력을 받는 고력볼트접합부

하중 가 볼트군의 중심을 통과하는 작용선 상에 위치하지 않는 경우, 볼트 는 편심하중효과의 영향을 받는다. 볼트군의 중심으로부터 편심만큼 떨어져 작용하는 하중 는 모멘트 ⋅와 볼트군의 중심에 작용하는 집중하중에 의한 것과 같은 영향을 접합부에 미친다.

 

이와 같이 모멘트와 집중하중은 볼트군에 전단효과를 제공하기 때문에 이러한 현상을 편심전단(eccentric shear) 라고 부른다. 편심전단을 받는 볼트군의 강도는 탄성해석법과 극한강도해석법을 사용하여 구할 수 있다.

탄성해석(elastic analysis)은 판재를 강체로, 긴결재를 탄성체로 이상화하고,두 부재 사이에 마찰이 없는 것으로 가정하여 편심전단을 받는 긴결재의 강도를 구한다. 극한강도해석(ultimate strength analysis)은 편심전단을 받는 볼트군은 임시중심(instantaneous center of rotation)을 기준으로 회 전하고, 각 긴결재의 변형은 임시중심으로부터의 거리에 비례한다고 가정하 여 긴결재의 강도를 구한다.

(1)  탄성해석

탄성해석에 있어서 편심전단을 받는 볼트군은 탄성적으로 거동하고 판재 간의마찰은 무시한다. 따라서 탄성해석법은 극한강도해석법보다는 적용하기 쉬운나 너무 지나치게 안전한 설계가 될 수 있다. 접합부에 작용하는 모멘트 

은 긴결재 단면 도심으로부터의 거리와 그림 10.27에 나타난 힘의 곱의 총합과 같다.