강구조 부재 해석 및 설계 기준
1. 일반사항
- 목적: 하중저항계수설계법에 따른 강구조 부재의 해석 및 설계 방법과 최소한의 요구조건을 규정합니다.
- 적용 범위: 강구조 인장부재, 압축부재, 휨부재, 조합력과 비틀림부재 및 기타 부재의 설계에 적용합니다.
- 참고 기준: KDS 14 31 05(1.3)에 따릅니다.
- 용어의 정의: KDS 14 31 05(1.4)에 따릅니다.
- 기호의 정의: KDS 14 31 05(1.5)에 따릅니다.
2. 조사 및 계획
- 내용 없음
3. 재료
- KDS 14 31 05(3)에 따릅니다.
4. 설계
4.1. 인장부재
- 중심축 인장력을 받는 부재에 적용합니다.
4.1.1 세장비 제한
- 교량을 제외한 강구조: 인장을 받는 부재의 설계 시 최대 세장비 제한은 없지만, 가급적 300을 넘지 않도록 합니다.
- 교량 강구조: 아이바, 봉강, 케이블, 판을 제외한 모든 인장부재는 다음 세장비를 만족해야 합니다.
- 교번응력을 받는 주부재:
- 교번응력을 받지 않는 주부재:
- 2차 부재:
4.1.2 단면적의 산정
4.1.2.1 총단면적
- 부재의 축에 직각방향으로 측정된 각 요소 단면의 합입니다.
4.1.2.2 순단면적
- 각 요소의 두께와 순폭을 곱한 값의 합이며, 식 (4.1-1) 또는 식 (4.1-2)로 계산합니다.
- 인장과 전단을 받는 부재의 순단면적을 산정하는 경우 볼트 구멍의 폭은 KDS 14 31 25 표 4.1-1의 구멍 공칭 치수로 합니다.
- 대각선 또는 지그재그선의 한 부분을 지나는 연속된 구멍의 경우 순폭은 다음과 같이 구합니다.
- 전체 폭에서 일련의 모든 구멍의 직경 또는 슬롯 치수의 합을 뺍니다.
- 각 게이지에 대한 를 더합니다.
- 순단면적 은 최소 순단면적을 갖는 파단선으로부터 구합니다.
- 볼트 구멍이 없는 부재의 경우 순단면적 은 총단면적 과 같습니다.
4.1.2.3 유효순단면적
- 인장부재의 유효순단면적 는 식 (4.1-3)으로 산정합니다.
- H형강, I형강, ㄷ형강, T형강, 단일ㄱ형강 및 쌍ㄱ형강과 같은 개단면의 경우 전단뒤짐계수 는 부재 총단면적에 대한 연결된 요소 총단면적의 비 이상이어야 합니다.
4.1.3 인장강도
- 인장재의 설계인장강도 은 총단면의 항복한계상태와 유효순단면의 파단한계상태에 대해 식 (4.1-4)와 식 (4.1-5)에 의해 산정된 값 중 작은 값으로 합니다.
4.1.3.1 총단면의 항복한계상태
- 총단면의 항복에 대한 설계인장강도는 식 (4.1-4)와 같습니다.
4.1.3.2 유효순단면의 파단한계상태
- 유효순단면의 파단에 대한 설계인장강도는 식 (4.1-5)와 같습니다.
4.1.4 조립 인장부재
- 판재와 형강 등으로 조립 인장부재를 구성하는 경우 조립부재가 일체가 되도록 다음 조건에 맞게 적절하게 조립해야 합니다.
4.1.5 핀접합부재
4.1.5.1 인장강도
- 핀접합부재의 설계인장강도 은 인장파단, 전단파단, 지압 및 항복의 한계상태 중 가장 작은 값으로 합니다.
4.1.5.2 핀접합부재의 구조제한
- 강구조 건축물을 포함한 일반 강구조:
- 핀 구멍은 작용하중의 직각인 방향으로 부재의 가장자리 사이 중간에 위치해야 합니다.
- 핀이 전하중상태에서 피접합재들 간의 상대변위를 발생시킬 경우, 핀구멍의 직경은 핀직경보다 1 mm를 초과하여 크면 안 됩니다.
- 핀구멍이 있는 플레이트의 폭은 이상이어야 하며, 핀 구멍의 베어링 끝을 넘어 부재축에 평행한 핀구멍의 최소 연단거리 는 이상이어야 합니다.
- 교량 강구조:
- 핀구멍의 중심선을 지나는 횡단면에서 모재판과 핀 보강판의 순단면적의 합은 핀구멍이 없는 단면에서 필요한 모재판의 순단면적의 1.4배 보다 커야 합니다.
- 핀구멍을 지나 종방향으로의 모재판과 핀 보강판의 순단면적의 합은 핀구멍이 없는 단면에서 필요한 모재판의 순단면적보다 커야 합니다.
4.1.6 아이바
4.1.6.1 인장강도
- 아이바의 인장강도는 4.1.3에 따릅니다. 다만, 아이바 몸체의 단면적은 로 합니다.
4.1.6.2 아이바의 구조제한
- 강구조 건축물을 포함한 일반 강구조:
- 아이바는 핀구멍에 보강 없이 균일한 두께를 가져야 하며, 핀구멍과 동심원을 이루는 둘레가 원형 머리를 가져야 합니다.
- 아이바의 원형 머리부분과 몸체 사이부분의 전환 반지름은 아이바 머리의 직경 이상이어야 합니다.
- 교량 강구조:
- 아이바의 두께는 13 mm 이상 그리고 50 mm 이하이어야 합니다.
- 핀구멍의 중심선에서 측정한 머리부분의 순폭은 필요한 몸체부의 폭의 135% 이상이어야 합니다.
4.2. 압축부재
- 중심축 압축력을 받는 부재에 적용합니다.
4.2.1 일반규정
- 설계압축강도 는 휨좌굴, 비틀림좌굴, 휨-비틀림좌굴의 한계상태 중 작은 값으로 합니다.
- 강도저항계수는 을 적용합니다.
4.2.1.1 국부좌굴에 대한 단면의 분류
- 압축력을 받는 판요소의 단면은 비세장판 단면 및 세장판 단면으로 구분됩니다.
4.2.1.1.1 자유돌출판 (비구속판요소)
- 압축력 방향과 평행한 면 중에서 한쪽 면에만 지지되어 있는 자유돌출판(비구속판요소)의 폭은 다음 값을 취합니다.
- I, H형강 및 T형강 플랜지에 대한 폭 는 전체 플랜지폭 의 반입니다.
- ㄱ형강의 다리, ㄷ형강 및 Z형강의 플랜지에 대한 폭 는 전체 공칭치수입니다.
4.2.1.1.2 양연지지판 (구속판요소)
- 압축력 방향과 평행한 양쪽 면에 지지된 양연지지판(구속판요소)의 폭은 다음 값으로 취합니다.
- 압연이나 성형단면의 웨브에 대하여 는 각 플랜지에서 필릿이나 모서리반경을 감한 플랜지사이의 순간격입니다.
4.2.1.1.3 압축판요소의 폭두께비
- 압축력을 받는 압축판요소의 비세장판 요소와 세장판 요소를 구분하는 폭두께비 한계값은 표 4.2-2에 따릅니다.
4.2.2 유효길이와 세장비 제한
- 강구조 건축물과 일반 강구조의 경우 유효길이계수 와 기둥의 유효세장비()의 산정은 표 4.2-3에 따릅니다.
- 교량 강구조의 경우 압축부재의 세장비는 다음을 만족해야 합니다.
4.2.3 비세장판 단면을 가진 부재의 휨좌굴에 대한 압축강도
- 균일압축을 받는 비세장판 요소의 단면으로 된 압축부재에 적용됩니다.
- 공칭압축강도 은 휨좌굴에 대한 한계상태에 기초하여 식 (4.2-1)로 산정합니다.
4.2.4 비세장판 단면을 가진 부재의 비틀림좌굴 및 휨비틀림좌굴에 대한 압축강도
- 비세장판 단면을 가지는 부재로서, 1축대칭 부재, 비대칭 부재, ＋형 또는 조립부재와 같은 2축대칭 부재, 비틀림에 대한 비지지길이가 휨좌굴에 대한 비지지길이를 초과하는 2축대칭 부재에 적용합니다.
- 공칭압축강도 은 비틀림좌굴과 휨비틀림좌굴에 대한 한계상태에 기초하여 식 (4.2-5)로 산정합니다.
4.2.5 단일ㄱ형강 압축부재
- 단일ㄱ형강 부재의 공칭압축강도 은 4.2.3 또는 4.2.7에 의한 휨좌굴 한계상태 또는 4.2.4에 의한 휨비틀림좌굴에 대한 가장 낮은 값으로 산정합니다.
4.2.6 조립 압축재
- 볼트나 용접으로 접합되거나 또는 유공커버플레이트나 타이플레이트를 갖는 레이싱으로 접합된 개단면을 1개 이상 갖고 있는 2개의 부재로 구성된 조립부재에 적용합니다.
- 볼트나 용접으로 접합된 2개의 부재로 구성된 조립압축재의 공칭압축강도는 4.2.3, 4.2.4 또는 4.2.7에 따라 산정합니다.
4.2.7 세장판요소를 갖는 압축부재
- 균일압축을 받는 단면에 대하여 세장판단면의 압축부재에 적용합니다.
- 공칭압축강도 은 휨좌굴, 비틀림좌굴 및 휨비틀림좌굴에 근거하여 해당하는 한계상태 중 가장 작은 값으로 식 (4.2-18)로 산정합니다.
4.3. 휨부재
- 하중이 단면의 주축과 전단중심을 통과하여 비틀림이 발생하지 않는 형강 및 조립부재에 적용합니다.
4.3.2 형강 및 강관
4.3.2.1 단일부재
4.3.2.1.1 휨강도
- 설계휨강도를 산정할 때 다음의 내용은 이 절에 포함된 모든 부재에 공통적으로 적용합니다.
- 단면의 종류는 표 4.3-1과 같고 단면의 폭두께비 제한은 표 4.3-2와 같습니다.
- 공칭휨강도 은 4.3.2.1.1.2~4.3.2.1.1.12에 따라 적용합니다.
- 저항계수는 를 적용합니다.
- 횡비틀림좌굴 보정계수 는 식 (4.3-1)로 산정합니다.
4.3.2.1.2 전단강도
- 웨브에 전단력을 받는 1축 또는 2축대칭 단면, 단일ㄱ형강과 강관, 약축방향 전단력을 받는 1축 또는 2축대칭 단면에 적용합니다.
- 설계전단강도 는 전단항복과 전단좌굴의 한계상태에 따라 4.3.2.1.2.2 또는 4.3.2.1.2.3에 따라 산정합니다.
4.3.2.1.3 휨부재의 단면산정
- 구멍 단면적 공제에 따른 강도저감: 이 조항은 전체단면에 의해 휨강도가 산정되는 구멍이 있는 압연형강, 용접형강 및 커버플레이트를 사용한 휨재에 적용합니다.
- H형강 부재의 단면 제한: 1축대칭 H형강 부재는 식 (4.3-80)을 만족해야 합니다.
- 커버플레이트: 플랜지와 웨브 또는 커버플레이트와 플랜지를 접합하는 고장력볼트나 용접은 보의 휨모멘트에 의해 발생한 전체 수평전단력에 저항할 수 있어야 합니다.
4.3.3 교량용 거더
4.3.3.1 플레이트거더
4.3.3.1.1 일반규정
- 웨브 중심선을 통과하는 수직축에 대하여 대칭인 I형 압연 또는 조립 직선 교량과 직선 부재가 각을 이루고 연속으로 연결된 교량 또는 수평 곡선 교량의 휨설계에 적용합니다.
- 합성 또는 비합성단면, 하이브리드 또는 균질 단면, 그리고 웨브의 높이가 일정한 단면 또는 변단면에도 적용됩니다.
- 비틀림모멘트 등으로 인하여 발생하는 플랜지 횡방향 휨과 주축 휨의 영향을 함께 고려한 것입니다.
4.3.3.1.2 단면비 제한
4.3.3.1.3 시공성 검토
4.3.3.1.4 사용한계상태
4.3.3.1.5 피로 및 파괴한계상태
4.3.3.1.6 강도한계상태
4.3.3.1.7 휨강도-정모멘트부 합성단면
4.3.3.1.8 휨강도-부모멘트부의 합성단면과 비합성단면
4.3.3.1.9 전단강도
4.3.3.1.10 전단연결재
4.3.3.1.11 보강재
4.3.3.1.12 덮개판
4.3.3.2 박스거더
4.3.3.2.1 일반사항
- 경간장 105m 이내인 단일 박스거더 또는 다중 박스거더를 갖는 직선 또는 곡선 단순교 또는 연속교에 적용합니다.
- 합성단면, 하이브리드 단면 및 균질 단면, 그리고 웨브의 높이가 일정하거나 변하는 단면에 적용합니다.
4.3.3.2.2 단면비 요구조건
4.3.3.2.3 시공성
4.3.3.2.4 사용한계상태
4.3.3.2.5 피로 및 파괴한계상태
4.3.3.2.6 강도한계상태
4.3.3.2.7 휨강도-정모멘트부
4.3.3.2.8 휨강도-부모멘트부
4.3.3.2.9 전단강도
4.3.3.2.10 전단연결재
4.3.3.2.11 보강재
4.3.3.2.12 덮개판
4.3.3.3 기타 휨부재
4.3.3.3.1 일반사항
4.3.3.3.2 공칭휨강도
4.3.3.3.3 합성부재의 공칭전단강도
4.3.3.4 다이아프램 및 수직가새
4.3.3.5 수평가새
4.3.3.6 횡방향 가새
4.4. 조합력과 비틀림을 받는 부재
- 축력과 1축 또는 2축 휨의 조합상태에 비틀림이 작용하거나 작용하지 않는 부재 혹은 비틀림만을 받는 부재에 적용합니다.
4.4.1 휨과 축력이 작용하는 1축 및 2축 대칭단면 부재
4.4.1.1 압축력과 휨을 받는 1축 및 2축 대칭단면 부재
4.4.1.2 인장력과 휨을 받는 1축 및 2축 대칭단면 부재
4.4.1.3 1축 휨과 압축력을 받는 2축 압연형강 조밀단면 부재
4.4.2 휨과 축력을 받는 비대칭 단면 부재 및 기타 부재
4.4.3 비틀림 또는 비틀림, 휨, 전단력 또는/과 축력 등을 동시에 받는 부재
4.4.3.1 원형과 각형강관의 비틀림강도
4.4.3.2 비틀림, 전단, 휨, 축력을 동시에 받는 강관
4.4.3.3 비틀림과 조합응력을 받는 비강관 부재
4.4.4 구멍이 있는 플랜지의 인장파단
4.5. 기타 부재
4.5.1 기둥과 보의 가새
4.5.1.1 일반사항
4.5.1.2 기둥 안정용 가새
4.5.1.3 보 안정용 가새
4.5.2 핀
4.5.2.1 위치
4.5.2.2 강도
4.5.2.3 아이바 핀의 최소치수
4.5.2.4 핀과 너트
4.5.3 말뚝
4.5.3.1 일반사항
4.5.3.2 구조적인 저항
4.5.3.3 압축저항
4.5.3.4 최대 허용항타응력
4.5.4 파형강판 구조물
4.5.4.1 일반사항
4.5.4.2 아치형 파형강판 구조물
4.5.4.3 박스형 파형강판 구조물
부록
- A. 조밀 또는 비조밀 웨브를 갖는 부모멘트부 합성 및 비합성 직선 I-거더의 휨저항강도
- B. 휨부재의 특성계산
- C. 지압보강재가 없는 웨브에 작용하는 집중하중
참고: 위 내용은 시방서의 내용을 markdown으로 변환한 것입니다. 상세한 계산식, 그림, 표 등은 원본 시방서를 참고하시기 바랍니다.
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