볼트 접합부 확인 ㅣ 철골공사 실무

출처: NCS학습모듈, " 강구조시공 볼트접합",교육부(20??)

 

볼트 접합부 확인

 

1) 일반 사항

       마찰 접합은 고장력 볼트 세트를 사용한다. 고장력 볼트 마찰 접합부의 마찰면은 규정된 미끄럼 계수를 반드시 확보한다. 마찰 접합의 고장력 볼트는 규정된 볼트 축력이 도입되도록 적절한 방법으로 조임한다.

 

2) 마찰면 준비

       접합부 마찰면의 밀착 유지에 주의하고 모재 접합 부분의 변형, 뒤틀림, 구부러짐, 이음판의 구부러짐 등이 있는 경우에는 마찰면이 손상되지 않도록 교정한다. 볼트 구멍 주위는 절삭 남김, 전단 남김 등을 제거한다. 마찰면에는 도료, 기름, 오물 등이 없도록 충분히 청소하여 제거하고 들뜬 녹은 와이어 브러시로 제거한다.
       강재의 마찰면 표면과 고장력 볼트 구멍 주변을 정리하고 구멍을 중심으로 지름의 2배 이상의 범위에 있는 녹, 흑피 등을 쇼트 블라스트(shot blast) 또는 샌드 블라스트(sand blast)로 제거한다.

구조물의 중요도에 따른 품질 관리 구분(건축 공사 표준 시방서 06010)

• 표의 품질 관리 구분 ‘나’, ‘다’에서 볼트 접합이 이루어지기 전에 현장에서 노출로 인한 부식의 우려가 없고 미끄럼 계수 0.5를 적용하여 설계한 경우에는 마찰면에 페인트를 칠하지 않고, 미끄럼 계수가 0.5 이상 확보되도록 표면 처리한다.
• 표의 품질 관리 구분 ‘라’에서 볼트 접합이 이루어지기 전에 현장에서 노출로 인한 마찰면이 부식될 우려가 있어서 도장하는 것을 전제로 미끄럼 계수 0.4를 적용하여 설계한 경우에는 미끄럼 계수가 0.4 이상 확보되도록 무기질 아연말 프라이머 도장 처리한다.
• 품질 관리 구분 ‘라’의 교량에서 마찰 이음부의 마찰면에 도장을 할 경우에는 아래 표에 준하여 무기질 아연말 프라이머(징크리치 페인트)를 사용한다.

무기질 아연말 프라이머를 도장할 경우의 조건

 

3) 고장력 볼트 구멍 확인

       고장력 볼트 접합부에는 부재의 접촉면을 통하여 큰 압축력이 작용하고 있으며 마찰 접합 및 인장 접합은 부재 압축력을 이용하여 응력이 전달되기 때문에 2∼3mm 정도의 클리어런스는 미끄럼 내력이나 이간 내력에 거의 영향이 없다.

       철골 부재 조립의 정밀도 확보와 접합부의 최대 내력 산정에는 볼트 구멍 치수가 중요하다. 볼트 구멍 치수가 규정치보다 0.5∼1mm 정도만 커져도 볼트 구멍과 부재 폭과의 비율(단면 결손율), 단면 결손을 고려한 접합부의 최대 내력이 접합 부재의 내력에 미치지 못하는 경우가 생길 수 있다. 보부재의 이음부나 브레이스 부재의 접합부에는 충분한 주
의가 필요하다.

       강판과 구조 골조와의 연결부, 기존 구조물에서의 증축 부분 접합 등의 특수한 경우에는 과대 구멍 혹은 슬롯 구멍이 필요한 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우에는 도입 장력이 감소되거나 미끄럼 내력이 저하되는 현상이 발생하므로 주의하여야 한다.

       건축 구조 설계 기준은 미국의 관련 기준을 참고로 아래와 같이 내력 계수를 저감시키는 계수(hsc)를 규정하고, 과대 구멍과 슬롯 구멍을 허용하며 볼트 구멍의 치수에 대한 규정을 아래 표와 같이 제안하였다.

고장력 볼트 구멍 지름 (단위: mm)

 

4) 고장력 볼트 배치

       접합부에서 고장력 볼트의 배치는 각 볼트가 유효하게 작용하도록 설계자가 결정하지만 접합부에서 응력의 전달 상황, 접합부의 안정성 및 볼트 체결 작업 등을 고려하여 제한을 규정하고 있다.

       응력 방향의 고장력 볼트 구멍 중심 간의 거리(피치)는 최소 치수가 볼트 지름의 2.5배로 규정되어 있다. 원활한 응력 전달을 위하여 이 치수보다는 약간 큰 치수가 바람직하며 아래 표와 같이 표준 치수를 규정하고 있다.

       조립 압축재를 구성하는 볼트 간격의 최대치는 개별 부재의 좌굴 방지를 위하여 구성 부재 중에서 최소판 두께의 327/√Fy 배 이하인 동시에 300mm 이하가 되도록 규정하고 있다.

       볼트 구멍 중심에서 피접합 부재의 연단까지의 거리(최소 연단 거리)는 아래 표를 따르도록 한다. 이것은 볼트를 통하여 응력 전달이 원활하게 이루어지고 볼트가 충분한 내력을 발휘하기 전에 피접합재가 파단되는 것을 방지하기 위한 것이다.

 

고장력 볼트 피치 (단위: mm)

       연단 거리가 지나치게 길어지면 피접합 부재가 휘거나 들뜨는 현상이 생길 수 있기 때문에 볼트 머리부 또는 너트가 접촉하는 판재 두께의 12배 이하인 동시에 150mm를 연단거리의 최대치로 규정하고 있다.

고장력 볼트 최소 연단 거리 (단위: mm)

 

5) 마찰면 처리

       마찰 접합에서는 마찰면의 상태가 접합부의 미끄럼 내력에 커다란 영향을 미친다. 흑피, 들뜬 녹, 기름, 도료, 용접 이물질 등이 접합부의 마찰면에 있을 경우에 마찰력은 현저하게 저하하기 때문에 철골 제작과 조립 작업 전에 반드시 제거한다.

       마찰 접합부에 요구되는 미끄럼 계수를 확보하기 위해서는 자연 발생의 녹에 의한 경우, 블라스트 처리에 의한 경우 및 약품 처리하는 경우 등이 있다.

       인장 접합의 경우도 접합면의 밀착이 중요하기 때문에 상기의 조치 사항을 적용한다. 판두께가 6mm 미만의 경량 형강을 사용하고 설계 상의 미끄럼 계수 0.23을 적용하는 경우에는 흑피를 제거할 필요는 없다. 다만 이 경우에도 들뜬 상태의 흑피나 녹은 제거한다.

구분	내용
자연 발청	● 강구조 설계 기준에서 규정하고 있는 고장력 볼트 마찰 접합부의 내력을 확보하기 위한 표면 처리 방법은 자연 발생의 녹이다.  ● 강재 표면이 흑피로 덮힌 상태에서는 규준에서 정하고 있는 녹 발생이 어렵기 때문에 부재나 피접합 부재에 구멍 가공을 하고 구멍 주변을 깨끗하게 마무리한 후에 그라인더로 흑피를 제거한다.  ● 흑피를 제거하는 범위는 볼트를 체결하였을 때 접합면 힘(면압력)의 분포로부터 결정되며, 와셔 지름의 2배로 거의 표준 피치에 가깝다. ● 그라인더로 흑피를 제거할 경우에는 첨판과 모재의 마찰면 밀착도를 확보하기 위하여 일부분이 움푹 패이거나 파도 모양의 요철이 생기지 않도록 주의한다. 또한 그라인더의 작업 방향도 응력방향과 평행이 되지 않는 것이 바람직하다. ● 흑피 제거의 또다른 방법으로는 블라스트 처리가 있으며 작업 능률이 좋고 마찰면에 굴곡이 생길 우려가 없다. ● 흑피를 제거하고 표면을 거칠게 하는 방법으로 약품 처리 등의 방법을 사용하기도 한다. ● 체결 작업 시까지 녹 발생이 어렵다고 판단되는 경우에는 약품 처리를 하는 경우가 있지만 재질에 미치는 영향이나 미끄럼 계수가 확보 가능한지 등에 대한 검토가 필요하다. ● 녹 발생의 정도는 마찰면 전체적으로 고르게 검붉은 색이 보이는 정도가 적당하다.  ● 들뜬 녹은 미끄럼 계수 확보에 장애요소가 되기 때문에 와이어 브러시 등으로 제거하도록 한다. 다만, 표면에서 빛이 날 정도로 지나친 와이어 브러시 작업은 하지 않는다. ● 녹은 옥외에서 자연 방치된 상태에서 발생시키는 것을 표준으로 하며 흑피를 제거한 후 약 1/2개월 정도의 공정 상의 여유를 예상하는 것이 바람직하다.
블라스트 처리	● 쇼트 블라스트 혹은 그릿 블라스트 처리를 실시하여 소정의 표면 거칠기를 확보할 경우에도 녹발생과 동일한 수준의 미끄럼 계수를 확보할 수 있다. ● 표면 거칠기를 50μmRz 이상으로 하면 마찰면으로서 미끄럼 계수를 확보할 수 있으며 안전측을 고려하여 70∼80μmRz로 설정한다. 다만, 샌드 블라스트 처리면으로는 미끄럼 계수 확보가 어렵기 때문에 마찰면으로 인정되지 않는다. ● 마찰면으로서 녹 발생 없이 블라스트 면이 표면 처리 방법으로 이용되고 있지만 표면 거칠기 확보에서는 상당한 편차가 나타난다. 그 원인은 블라스트 작업 조건에 대한 관리가 이루어지지 않고 있기 때문이다.
	● 블라스트 종류와 작업 조건
	● 연삭재로 조도가 적절하지 않은 것이 혼입되거나 오랫동안 사용했던 것을 이용하면 양호한 거칠기를 확보할 수 없는 경우가 있다.  ● 너무 오랫동안 사용한 쇼트는 연삭재가 마모로 세립화되어 조도 조건을 벗어나는 경우가 많다. 이러한 현상을 피하기 위해서는 정기적으로 필터 작업을 해서 조건에 벗어나는 연삭재를 제거할 필요가 있다. ● 쇼트 블라스트와 그릿 블라스트를 비교하면 쇼트는 구형이지만 그릿은 예리한 각을 가지는 형상이기 때문에 동일한 표면 거칠기라고 해도 그릿 블라스트에 비해 쇼트 블라스트는 미끄럼 계수가 낮아지는 경향이 있다. ● 일반 공장에서 보유하고 있는 블라스트 처리 설비는 스플라이스 플레이트 전용이나 H형강 전용으로 사용되는 경우가 많고, 면처리는 쇼트 블라스트 방식을 이용하고 있다.  ● 이상과 같은 블라스트 처리라고 하여도 그 종류나 표면 거칠기에 대하여 시공 관리를 정확하게 하지 않으면 목표로 하는 소정의 미끄럼 계수를 확보할 수가 없다.