캐나다 기준에 따른 볼트 및 프리로드 볼트의 규정 검토

프라잉 힘을 포함한 볼트의 힘은 유한요소법으로 결정됩니다. 볼트 저항은 S16 – Chapter 13에 따라 검토됩니다.

볼트

볼트의 인장 강도

볼트의 인장 저항은 Clause 13.12.1.3에 따라 평가되며 다음과 같이 산정됩니다:

\[ T_r = 0.75 \phi_b A_b F_u \]

여기서:

• ϕ_b = 0.8 – 볼트에 대한 저항 계수, Code setup에서 편집 가능
• A_b – 공칭 직경에 기반한 볼트의 단면적
• F_u – 볼트의 규정 최소 인장 강도

볼트 나사산이 전단면에 의해 절단될 경우, 전단력 저항은 0.7 V_r로 산정됩니다.

볼트의 전단 강도

볼트의 전단 저항은 Clause 13.12.1.2에 따라 평가됩니다. 볼트의 각 전단면은 개별적으로 검토됩니다. 다음과 같이 산정됩니다:

\[ V_r=0.6 \phi_b A_b F_u \]

여기서:

• ϕ_b = 0.8 – 볼트에 대한 저항 계수, Code setup에서 편집 가능
• A_b – 공칭 직경에 기반한 볼트의 단면적
• F_u – 볼트의 규정 최소 인장 강도

볼트 나사산이 전단면에 의해 절단될 경우, 전단력 저항은 0.7 V_r로 산정됩니다.

지압형 연결에서의 인장과 전단의 조합

인장과 전단의 조합 하중을 받는 볼트의 저항은 Clause 13.12.1.4에 따라 평가되며 다음과 같이 산정됩니다:

\[ \left ( \frac{V_f}{V_r} \right )^2 + \left ( \frac{T_f}{T_r} \right )^2 \le 1 \]

여기서:

• V_f 및 T_f는 각각 볼트에 작용하는 설계값 전단력 및 인장력
• V_r 및 T_r는 각각 볼트의 설계값 전단 저항 및 인장 저항

볼트 구멍의 지압 강도

지압 및 전단을 받는 볼트 접합부에서 볼트에 발생하는 저항은 Clause 13.12.1.2에 따라 평가되며 다음과 같이 산정됩니다

B_r = 3 ϕ_br t d F_u    일반 볼트 구멍의 경우

B_r = 2.4 ϕ_br t d F_u    구멍에 수직으로 하중이 작용하는 슬롯 구멍의 경우

여기서:

• ϕ_br = 0.8 – 강재에 대한 볼트 지압의 저항 계수
• t – 연결 플레이트 중 얇은 쪽의 두께
• d – 볼트의 직경
• F_u – 연결 재료의 인장 강도

볼트의 구멍 찢김

볼트의 구멍 찢김 저항은 Clause 13.11에 따라 개별 볼트에 대해 다음과 같이 검토됩니다:

\[ T_r = \phi_u 0.6 A_{gv} \frac{F_y+F_u}{2} \]

여기서:

• ϕ_u = 0.75 – 구조용 강재의 저항 계수
• A_gv = 2 ∙ l ∙ t – 전단의 총 면적
• F_y – 연결 재료의 항복 강도
• F_u – 연결 재료의 인장 강도
• l – 전단력 방향으로 볼트 중심선에서 단부까지의 거리
• t – 연결 재료의 두께

F_y > 460 MPa인 강재 등급의 경우, T_r 산정 시 (F_y + F_u) / 2는 F_y로 대체되어야 합니다.

미끄럼 임계 연결의 볼트

볼트 접합부의 미끄럼 저항은 Clause 13.12.2에 따라 다음과 같이 평가됩니다

V_s = 0.53 c_s k_s A_b F_u

여기서:

• c_s – k_s 및 볼트 등급에 따라 결정되는 계수:
• k_s < 0.52인 경우     클래스 A    c_s = 1.00    (A325) 또는 0.92 (A490) 또는 0.78 (기타)
• k_s ≥ 0.52인 경우    클래스 B    c_s = 1.04 (A325) 또는 0.96 (A490) 또는 0.81 (기타)
• k_s – Code setup에서 편집 가능한 마찰 계수로, S16-14의 Table 3에 따라 설정해야 하며, 클래스 A의 경우 0.3, 클래스 B의 경우 0.52
• A_b – 공칭 직경에 기반한 볼트의 단면적
• F_u – 볼트의 규정 최소 인장 강도

미끄럼 임계 연결에 슬롯 구멍이 사용되는 경우, V_s = 0.75 ∙ 0.53 c_s k_s A_b F_u.

인장과 전단을 동시에 받는 볼트는 다음 관계식을 만족해야 합니다:

\[ \frac{V_f}{V_s}+1.9\frac{T}{A_b F_u} \]

여기서:

• V_f 및 T_f는 각각 볼트에 작용하는 설계값 전단력 및 인장력

Clause 13.12.2는 Clause 13.12.1에 규정된 연결의 저항을 검토해야 한다고 명시합니다. 따라서 사용자는 미끄럼 발생 후의 상태, 즉 볼트의 전단력 전달 방식을 "마찰"에서 "지압 – 인장 및 전단 상호작용"으로 변경하여 검토해야 합니다.

상세 설계

볼트 연결의 상세 설계에서는 S16-14 – 22.3에 따라 최소 피치 및 최소 단부 거리를 검토합니다. 최소 피치(2.7 d – Code setup에서 편집 가능) 및 최소 단부 거리(1.25 d)를 검토합니다.