볼트의 전단 강도는 볼트가 단면을 따라 파손되기 전에 견딜 수 있는 최대 측면 힘입니다.
볼트의 전단 강도를 잘못 계산하면 체결기 고장으로 이어질 수 있습니다. 이는 손상 및 위험한 사고로 이어집니다.
이 글에서는 볼트의 전단 강도 정의, 계산 방법 및 조인트의 특정 하중에 대한 볼트 등급 선택에 대해 설명합니다.
볼트 전단 강도란 무엇인가요?
두 부재를 연결하는 볼트에 가해져 서로 미끄러지게 하려는 힘은 전단으로 경험됩니다.
전단에서는 하중이 볼트 축에 수직으로 가해지는 반면, 인장에서는 하중이 볼트 축에 평행하게 가해집니다.
대부분의 볼트에는 지정된 전단 강도가 없습니다. 볼트의 전단 강도는 볼트의 인장 강도에서 잘 알려진 비율을 사용하여 계산됩니다.
AISC 및 Eurocode 3 사양과 일치하는 잘 받아들여진 방정식을 사용하면 전단 대 최소 극한 인장 강도의 비율은 약 60%로 설정됩니다.
전단 강도 대 인장 강도: 주요 차이점
이 두 가지 유형의 강도는 다른 파손 방법을 측정합니다.
인장 강도는 축 인장 응력 하에서 볼트의 파손에 대한 저항을 측정합니다. 한편, 전단 강도는 볼트 샤프트의 전단 변형에 대한 저항을 측정합니다.
두 값 모두 중요하지만 다른 조인트 구성에서 중요합니다. 내부 압력 하의 볼트 플랜지는 인장 하중을 받는 볼트입니다.
랩 조인트 또는 빔에 볼트로 고정된 브래킷은 전단 하중을 받는 볼트입니다. 많은 실제 조립품은 두 가지를 모두 결합하므로 엔지니어는 복합 하중이 적용될 때 상호 작용 공식을 사용합니다.
조달 목적으로 볼트 인장 강도 차트가 주요 참조 자료입니다. 전단 용량은 대부분의 볼트 데이터시트에 독립적으로 명시되기보다는 해당 값에서 파생됩니다.
등급별 볼트 전단 강도
아래 표는 일반적인 미터법 및 인치법 볼트 등급. 에 대한 최소 인장 강도, 파생된 전단 강도 및 일반적인 응용 분야를 보여줍니다. 전단 값은 최소 인장 강도의 60%로 계산됩니다.
| 등급 | 표준 | 최소 인장 강도 (MPa) | 파생된 전단 강도 (MPa) | 일반적인 용도 |
|---|---|---|---|---|
| 4.8 | ISO 898-1 | 420 | 252 | 경량 구조, 일반 조립 |
| 8.8 | ISO 898-1 | 800 | 480 | 구조용 강철, 기계류 |
| 10.9 | ISO 898-1 | 1040 | 624 | 자동차, 중장비 |
| 12.9 | ISO 898-1 | 1220 | 732 | 고하중, 정밀 조립 |
| 5학년 | SAE J429 | 827 | 496 | 일반 산업, 인치법 |
| 8등급 | SAE J429 | 1034 | 620 | 구조, 구동계, 고응력 |
| A325 | ASTM F3125 | 827 | 496 | 구조용 강철 연결부 |
| A490 | ASTM F3125 | 1034 | 620 | 중구조, 교량 |
이 볼트 강도 차트는 산업 및 구조 응용 분야에서 가장 자주 사용되는 등급을 다룹니다.
모든 크기와 하위 등급에 대한 자세한 볼트 인장 강도 차트를 보려면 미터법의 경우 ISO 898-1, 인치법 구조 등급의 경우 ASTM F3125를 참조하십시오.
볼트 전단 강도 계산 방법
볼트의 단일 전단 용량에 대한 기본 공식은 다음과 같습니다.
전단 용량 = 0.6 x Fub x As
Fub는 MPa 단위의 최소 극한 인장 강도이고, As는 제곱밀리미터 단위의 볼트 응력 면적입니다.
예시
M16 등급 10.9 볼트는 157 mm²의 응력 면적과 1,040 MPa의 최소 인장 강도를 가집니다.
전단 강도 = 0.6 x 1,040 x 157 = 97,968 N, 볼트당 약 98 kN.
이 수치는 안전 계수를 적용하기 전 볼트 하나의 이론적인 단일 전단 강도를 나타냅니다.
구조 설계에서 Eurocode 3는 1.25의 부분 안전 계수를 적용합니다. 이로 인해 실제 이 볼트의 설계 전단 저항은 약 78kN로 감소합니다.
제국 볼트의 경우, 파운드/제곱인치(psi) 단위의 인장 강도와 제곱인치 단위의 응력 면적을 사용하여 동일한 공식을 적용합니다.
응력 면적이 0.1419 in²이고 인장 강도가 150,000 psi인 1/2인치 등급 8 볼트는 약 0.6 x 150,000 x 0.1419 = 12,771 lbf의 단일 전단 강도를 제공합니다. 이는 대략 12.8 kips입니다.
단일 전단 대 이중 전단
조인트의 전단면 수는 각 볼트의 유효 강도를 크게 변화시킵니다.
단일 전단
단일 전단 조인트에서 볼트는 하나의 전단면을 가로지릅니다. 두 개의 판이 겹쳐 볼트로 연결된 간단한 겹침 조인트는 일반적인 단일 전단 구성입니다. 각 볼트는 하나의 단면에서 전체 하중을 저항합니다.
이중 전단
이중 전단 조인트에서 볼트는 세 개의 판을 통과합니다: 하나의 내부 판과 두 개의 외부 부재.
이는 두 개의 전단면을 생성하며, 볼트는 두 개의 단면에서 동시에 하중을 저항합니다. 이는 동일한 볼트 직경 및 등급에 대해 볼트의 전단 강도를 효과적으로 두 배로 만듭니다.
거셋 플레이트 연결부, 클레비스 핀 조인트 및 일부 빔-기둥 연결부는 볼트 수를 줄이거나 더 작은 직경의 패스너를 사용하기 위해 이중 전단 구성을 사용합니다. 이중 전단 강도를 계산할 때는 단일 전단 값을 두 배로 곱합니다.
전단 하중에 대한 올바른 볼트 등급 선택 방법
- 이 등급 10.9 휠 허브 볼트는 고강도 강철 40Cr 또는 35CrMo로 제조되었으며, 뛰어난 내식성과 견고성을 위해 블랙 산화물 마감 처리가 되어 있습니다.
등급 선택은 볼트당 설계 전단 하중을 계산한 다음, 적용된 필요한 안전 계수로 적절한 강도를 제공하는 등급과 일치시키는 것부터 시작합니다.
몇 가지 실용적인 지침이 선택 범위를 좁히는 데 도움이 됩니다.
AISC에 따른 일반 구조용 강철 연결부의 경우, A325 또는 A490 볼트가 표준입니다. A490은 A325가 더 많은 볼트를 필요로 하는 고하중 연결부에 적합합니다.
Eurocode 3에 따른 미터법 구조 응용 분야의 경우, 등급 8.8은 대부분의 표준 연결부를 다룹니다. 등급 10.9는 조인트 형상이 볼트 수 또는 직경을 제한하는 경우에 사용됩니다.
For 자동차 및 정밀 기계, 고강도 볼트 등급 10.9 또는 12.9는 진동이 심한 환경을 처리합니다. 이는 낮은 등급이 풀림을 방지하기 위해 더 엄격한 토크 제어 또는 잠금 기능을 필요로 하는 경우입니다.
재료는 등급 번호 이상으로 중요합니다. 듀플렉스 스테인리스 또는 합금강의 고강도 볼트는 다음에서 지정됩니다. 내부식성 및 전단 강도 모두 만족해야 합니다. 특히 해양, 화학 및 에너지 응용 분야에서 그렇습니다.
CNXD는 탄소강, 합금강 및 특수 합금의 등급 8.8에서 12.9까지의 고강도 볼트를 공급합니다. IATF 16949 품질 문서 및 전체 재료 추적성을 갖추고 있습니다.
맞춤형 크기 및 비표준 나사산 형태도 사용할 수 있습니다. 하중 지지 응용 분야 평가를 위한 샘플을 요청하려면 CNXD에 문의하십시오.
