 |
1. 고장력 볼트의 정의
① 고탄소강 또는 합금강을 열처리한 항복강도 7tonf/cm² 이상·인장강도 9tonf/cm²
이상의 고장력 bolt를 조여서, 부재간의 마찰력에 의하여 응력을 전달하는 접합방
식이다.
② 시공이 간편하면서 접합부의 강도가 크므로 구조체의 접합에 가장 많이 사용되나,
가격이 고가이고 숙련공이 필요하다.
1) 고장력 bolt의 접합방식 및 원리
마찰접합-부재의 마찰력으로 볼트축과 직각방향의 응력을 전달하는 전단현 접합방식
인장접합-볼트의 인장내력으로 볼트축방향의 응력을 전달하는 인장형 접합방식
지압접합-볼트의 전단력과 볼트구멍의 지압내력에 의해 응력ㄷ을 전달하는 접합방식
2) 특징
① 접합부 강도가 크며, 강한 조임으로 nut 풀림이 없다.
② 응력집중이 적고 반복응력이 강하다.
③ 시공이 간단하며 공기를 단축할 수 있다.
④ 접촉면 관리와 나사 마무리 정도가 어렵다.
⑤ 조이기 검사가 필요하다.
⑥ 숙련공이 필요하며 비교적 고가이다.
3) 고장력 bolt의 조임 순서
(1) 1차조임
Torque wrench, impact wrench를 사용하여 bolt군마다 중앙에서 단부로 조인다.
(2) 금매김
1차조임 후 bolt, nut, washer 및 부재에 금매김을 한다.
(3) 본조임
① Impact wrench법
② Torque control법 ③ Nut 회전법
--------이하 http://blog.daum.net/archpass/4535849 참조하세요------------
B.상기의 내용에서 보면 고장력볼트는 볼트자체의 인장력을 이용하여 부재의 마찰을 극대화로 접합력을 높이는 공법으로서 질문에서 엇모배치와 정열접합의 마찰력 증대에 어떠한 것이 유리한가에 촛점을 맞추면 됩니다.
1.정열접합
(1)볼트간의 간격 및 위치 형성이 정사각형으로 배치되어 주변 8개의 볼트와의 거리가 일정하지 않음
(2)일정치 않은 거리로 인해 실제 최대발생마찰력은 최단거리의 4개의 볼트와 4방향의 마찰력만 형성이 됨
2.엇모배치접합
(1)볼트간의 간격 및 위치 형성이 정삼각형으로 배치되어 주변볼트와의 거리가 일정함.
(2)일정한 거리의 최대발생마찰력은 최단거리의 6개의 볼트와 6방향의 마찰력이 형성이 됨
3.결론 : 6방향의 안정적인 마찰력을 형성하여 그물구조의 마찰력 형성이 유리하므로 엇모배치가 구조적으로 유리함.
C.시공시 장비의 접근성
1.동일면적의 동일갯수 볼트배치시 볼트의 거리가 엇보배치보다 정열배치가 가깝게 됨
2.볼트간의 거리가 좁아질수록 볼트의 조임기구 토크렌치,임팩트렌치의 접근시 선작업 볼트의 방해로 작업에 장애의 요소가 증대됨
3.그러므로 여유있는 작업을 확보하여 품질시공이 가능한 배치는 엇모배치가 정열배치보다 유리하다.
4.다만, 최근의 장비의 발달로 현재 국내는 넥볼트(T/S 볼트-아래참조)를 많이 사용하므로 상기와 같은 품질저하는 고려하지 않는다.
-----------------------------넥볼트(T/S 볼트)--------------------------------
▶ 토크쉐어볼트(Torque shear bolt)
최근 구조물이 거대화되는 추세에 따라 콘크리트 건물에 비해 자중이 적고 강성이 큰 강구조물이 많이 건설되고 있다. 작은 건물들도 건설 공기가 짧고, 건축비용이 경제적이므로 조립식 건축물이 늘어나고 있는 추세이다. 이러한 철골구조물의 건축이 증가되면서 고장력볼트와 함께 사용빈도가 늘고 있는 torque shear bolt를 소개하는 것이다.
고장력 볼트에 대해서는 KS B 1010 (JIS B 1186과 동일)에 규정되어 있다. 하지만, torque shear bolt에 대해서는 KS나 JIS등에도 규정되어 있지 않으며, 단지 일본강구조협회 규준인 JSS Ⅱ 09에 나와 있다. 일반적으로 Torque Shear (이하 T/S) 볼트는 고장력볼트와 기계적 성질이 동일한 것으로 간주하여 사용하고 있다.
단, 머리모양이 둥그렇고 자리면 지름이 크므로, 머리 아래에 와셔를 사용하지 않으며, 끝단에 토크 조임을 위한 핀(pin tail)부위가 있는 것이 고장력 볼트와 다르다.
T/S 볼트의 원리
T/S 볼트는 고장력볼트와 같이 마찰접합용으로 사용하기 위해 개발된 제품이다. 고장력볼트의 경우 체결을 위한 절차가 복잡함으로써, 현장에서 보다 편리하고 정확한 시공을 위해 개발된 제품이다.
볼트의 몸체와 pin tail사이의 파단홈(notch)이 비틀림 파단될 때까지 조이면 소정의 체결축력을 얻을 수 있게 개발된 제품이다.
따라서, 현장에서 체결된 후 파단핀이 떨어져 나가 있는 모습을 확인함으로써, 정확히 시공된 것을 쉽게 확인할 수 있어 편리하다.
T/S 볼트의 종류
세트의 종류
세트 구성부품의 기계적 성질 등급
볼트 너트 와셔
1종 S10T F10(F8) F35
(S10T의 S는 for Structrural Joints에서 온 것으로서, 고장력볼트와 구분되게 하기 위해 사용되는 기호이다. 10은 인장강도 100 kgf/㎟ = 10 tonf/㎠의 10이다. T는 Tensile Strength에서 온 것이다.)
【 T/S볼트의 기계적 성질 】
등급
항복강도 kgf/㎟ 90이상
인장강도 kgf/㎟ 100~120
연신율 % 1.2
단면수축율 % 40이상
T/S 볼트의 길이 설계
적정한 볼트 길이의 선정은 매우 중요하므로 체결부 두께를 고려하여 적정길이를 신중히 선정하여야 한다.
실제 시중에서 구할 수 있는 T/S볼트의 길이는 5mm 단위로 공급되고 있으므로 아래의 선정요령에 의해 선정된 길이에 가장 가까운 것을 선택하여 사용하면 된다.
L = G + T + H + (3 x P)
여기서, L : 볼트의 길이
G : 체결물의 두께
T : 와셔의 두께
H : 너트의 두께
P : 볼트의 피치
볼트 체결후 너트위로 나오는 볼트의 길이를 여유길이라 하며, 보통 나사산 3개 정도의 길이로 한다
볼트의 길이(L) = 체결물 두께 + 더하는 길이(추천값)
【 호칭경별 길이선정 자료 】
계산된 볼트의 길이보다 더 긴 볼트를 사용할 경우 여유나사길이가 너무 짧아 볼트의 몸통에서 나사산이 시작되는 부위에 응력이 집중되어 볼트의 연성이 저하되고, 내피로강도가 급격히 저하되므로 피해야 한다.
T/S 볼트구멍의 설계
고장력 볼트 구멍의 지름은 "건축공사 표준시방서"에 따르면 리벳구멍에 준한다고 되어 있다.
리벳 구멍의 기준은
호칭경 16mm 이하 : 호칭경 + 1.0mm
호칭경 19mm 이상 : 호칭경 + 1.5mm
(1) 인장재의 접합부에서 응력방향에 볼트를 3개 이상 체결하지 않은 경우의 응력 방향의 연단 거리
(2) 전단 가장자리, 수동가스절단 가장자리의 연단거리
(3) 압연 가장자리, 자동가스절단 가장자리, 톱절단 가장자리, 기계마감 가장자리의 연단거리
볼트구멍은 표면에 직각으로 뚫어야 하며, 드릴로 뚫는 것을 원칙으로 한다. 펀칭해머에 의한 구멍뚫기는 구멍벽의 평활도가 떨어지고, 경우에 따라서는 균열 및 notch등이 생겨 접합부의 내력이 저하되므로 가능한 사용하지 않는 것이 좋다. 단, 이러한 점에 주의하여 작업하는 경우에는 13mm 이하의 판에는 펀칭해머를 사용하여 구멍을 뚫어도 된다.
조립부재를 정확히 접합하기 위해서는 각각의 구멍의 중심이 정확히 일치하도록 해야 하며, 구멍주위에 생긴 찌그러짐이나 변형, 경사진 구멍등은 조립부재간의 틈새를 유발시켜 볼트의 체결 및 마찰력에 지장을 초래하므로 반드시 제거되어야 한다.
공사현장에서 조립시에 부재간 볼트구멍이 잘 맞지 않아 볼트삽입에 지장이 생기게 될 수 있다. 이러한 차이량이 2mm 이하이면 리머(reamer)로 볼트 구멍을 수정하여도 된다. 만일, 2mm를 초과하게 되면 리머로 구멍을 수정하면 부재의 단면 결손이 심해므로 첨가판을 교체하는 등 조치를 강구해야 한다.
"ㄷ"형강 및 "I"형강의 플랜지와 같이 서로 평행하지 않은 면에 볼트를 체결하면 볼트가 구부러져 나사부 및 볼트머리 밑에 응력 집중이 되므로 경사면의 경사가 1/20을 초과하는 경우에는 테이퍼와셔를 사용하여 볼트에 편심이 생기지 않도록 하여야 한다. "ㄷ"형강 플랜지의 경사는 5°(1/11.43), "I"형강 플랜지의 경사는 8°(1/7.115)이기 때문에 플랜지 이음시 테이퍼와셔나 경사판을 사용하여야 한다.
T/S 볼트의 조임
볼트의 조임으로 인해 적정한 체결력을 얻기 위해서는 적정한 조임을 해야만 한다. 볼트는 하나의 스프링과 같다. 따라서, 볼트의 조임으로 인해 길이가 길어지면 스프링이 길어지면서 장력이 발생되는 것과 같은 원리로 나사의 체결력이 발생한다. 하지만, 이렇게 발생되는 체결력의 크기를 정확히 알기가 대단히 어려우므로 어느 정도 조이면 어느 정도의 체결력이 발생될 수 있는지 미리 조사하여 이를 기준으로 적정한 조임을 하고 있다. 대표적인 조임법으로는 토크조임법과 각도 조임법이 있다. 하지만, 현장에서 이러한 조임법에 의한 조임은 세심한 주의와 정확한 시공이 필요하므로 불편하다. T/S 볼트는 이러한 불편을 해소하기 위해 개발된 볼트로서 전용 조임공구를 이용하면 소정의 적정 체결력을 얻을 수 있다.
조임 절차
1차조임 실시 -> 마킹 실시(볼트, 너트, 와셔, 결합부재) -> 전용공구로 체결
1차 조임 : 균일한 체결력을 보일 수 있는 최소 조임토크까지 조임으로써, 각 볼트들의 조임력 차이를 극복하기 위해 1차 조임을 실시한다. 이때, 각 부재가 정확히 밀착되고 있는지 확인하는 것이 중요하다.
현장에서 일차 조임의 중요성을 간과하고 그냥 조이는 경우가 있다. 이는 자칫 체결력 부족으로 부실공사를 초래할 수도 있다.
마킹 실시 : 너트를 회전시켜 조임을 할 경우 볼트가 따라서 돌아 버리면 체결력이 증가되지 않아 적정 체결력이 얻어질 수 없다. 하지만, 조임이 일어난 후에 볼트가 너트를 따라 같이 회전되지 않았는지의 여부를 확인 하기 위해 마킹을 실시한다.
1차 조임을 한 후 볼트와 너트, 와셔, 부재에 까지 페이트로 표시를 한다. 너트를 회전시켜 조임을 완료한 후 표시한 페인트의 어긋남을 보고 적정 조임 여부를 확인할 수 있기 때문이다. 표시는 너트의 모서리 부위에 할 경우 6각이므로 한 모서리가 60°이므로 2개 모서리만큼 회전시키면 120°가 되므로 쉽게 확인할 수 있다.
파단핀이 떨어져 나갔더라도 마킹면을 보고 정확한 작업이 되었는지 확인할 수 있으므로 중요한 과정이다.
볼트의 조임 순서
고장력 볼트를 1차, 2차 체결의 2단계로 실시하는 것은 접합부의 각 볼트에 균등한 볼트축력을 얻기 위한 조치이다. 같은 취지로 접합부의 조임 순서는 접합부의 중심으로부터 바깥쪽으로 순차적으로 체결해 나간다.
(그림과 함께 보고 싶으시면
http://kin.naver.com/detail/detail.php?d1id=11&dir_id=110210&eid=r6OXTHE3NwfQIlGlfSRB4jeLyvcQFB2P&qb=urzGriBmMTB0&pid=fffWndoi5Twssa0YgQCsss--404180&sid=SSSqCsqaJEkAAHaXJjg
여기서 보세요 ^^) |
|
|
박민성
2008-11-20 
1213
