지지재의 지지력은 거의 모든 경우에서 압축된 플랜지의 좌굴로 제한된다. 이는 압축된 날개 전체에 걸쳐 응력이 평형을 이룬 뒤 항복한계에 도달했을 때 비로소 나타난다. 강한 측면 지지가 있을 때에만 건설용 강재의 경화 영역까지 허용 가장자리 응력을 높일 수 있다. 지지력 평가 시 실제 응력 분포를 고려해야 한다. 응력이 직선적으로 분포한다고 가정하면 지지력이 과소평가될 것이다. 불안정 현상은 특히 검토해야 한다.
휨을 받는 보강재의 구멍 공제
인장 측에 작용하는 단면 약화는 인장봉과 마찬가지로 나타난다(약화된 단면에서 인장 플랜지가 파단됨). 이와 관련한 구멍 배치는 인장봉에 적용되는 것과 동일한 규칙을 따른다.
지지대 압축측에 있는 리벳으로 채워진 구멍은 응력과 변형의 분포에 거의 영향을 주지 않고, 지지능력은 대체로 압축 플랜지의 측면 좌굴에 의해 제한되므로, 대칭 단면 보에서 단면 약화의 크기는 지지하중에 큰 영향을 미치지 않는다. 따라서 이미 _F. Hartmann_은 대칭 보에서 구멍에 의한 약화를 애초에 고려할 필요가 있는지 문제를 제기했다. 비대칭 단면(압축측이 더 강한 경우)에서는 인장측에 있는 구멍의 공제가 지지능력에 결정적일 수 있다. 반복 하중을 자주 받는 경우에는 가장자리 섬유로부터 더 멀리 떨어져 있더라도 구멍이 상당한 영향을 미친다.
오늘날 단면의 굽힘에 대한 내력 계산에는 총단면과 순단면이 사용된다(그 밖의 다른 관련 파괴 양상들과 함께). 총단면 파괴는 구멍에 의해 약화되지 않은 단면 부분에서 발생한다. 순단면 파괴는 구멍에 의해 약화된 단면에서 발생하며, 고려되는 면적은 모든 개구부 면적을 뺀 총면적이다.
목과 머리의 리벳
휨 시에는 정상응력 외에도 전단응력이 발생하며, 평행 플랜지를 가진 보에서는 이는 횡력 _Q_에 비례한다. 복합 단면에서는 서로 맞닿는 표면에서의 전단응력을 연결하는 리벳이 전달한다. 웹에서의 전단력 T 분포는 포물선형이고, 플랜지에서는 거의 직선형이다. 무거운 플랜지를 가진 보에서는 웹의 _T_가 평균값 _Tm_과 거의 차이가 없으며, 이 값은 종종 1차 평가에 충분하다.
그림. 1
머리부의 리벳(그림 1b)은 합쳐서 전단력 TK < _TH_을 받아야 한다. 개별 벨트 리브 사이의 전단력은 더 작으며, 그림 1c의 경우처럼 더 많은 수의 리벳으로 분산된다.
보의 연장
세로 판재의 종방향 연장 은 판재의 높이가 사용 가능한 판재 폭보다 클 때 필요하다. 또한 제작 및 운송상의 이유로 필요할 수도 있다. 한 보의 종방향 연장부에 있는 연결판과 리벳은 종방향 이음부에서 연장되지 않은 판재가 받을 것과 동일한 힘 TL을 받아야 한다. 연결판의 구멍에 의한 약화가 세로 판재의 그것과 같으므로, 연결판의 두께는 리브의 두께보다 크거나 같아야 한다.
그림 2 - 수직 판금의 종방향 연장부
_휨 하중을 받는 횡방향 이음_은 여러 방식으로 덧댐판으로 덮을 수 있다. 도면 3은 수직 판만 연장된 _공장 제작 이음_의 여러 가능성을 보여준다. 덧댐판이 띠형 앵글 사이에만 있을 경우(도 3a), 띠형 앵글 아래의 수직 판 스트립은 덮이지 않은 채 남는다. 이때 앵글과 리벳은 수직 판 이음 부위에서 훨씬 더 큰 하중을 받으므로, 이러한 종류의 이음은 작은 힘이 작용하는 덜 중요한 접합부에만 제한해야 한다. 항상 완전히 덮인 이음을 우선해야 한다. 앵글의 수직 다리에 있는 별도의 덧댐판은 이 스트립의 종방향 응력을 받지만, 횡력을 전달하는 데에는 거의 기여하지 않는다. 이에 대한 일정한 개선은 도 3c가 보여준다. 큰 힘이 작용할 때에는 수직 판 전 높이에 걸친 덧댐판(도 3d)을 지향해야 하며, 이는 띠형 앵글을 끊어야 함을 전제로 한다. 덧댐판의 두께는 앵글 다리 두께와 같아지며, 앵글 두께가 큰 경우에는 덧댐판의 과도한 두께를 줄이기 위해 평탄화용 받침판을 사용한다.
Sl. 3 - 수직 판재의 횡단 이음(제작소용)
수직 판재의 횡력 하중을 받는 이음: 받침은 이음 위치에서 Q만을 받는다(M = 0). 동일한 리벳 간격을 가진 이음(그림 4)의 경우, 리벳의 힘 _NiQ_가 이음부의 해당 면적 요소 _e*t_에 대략 대응한다고 가정해야 하며, 즉 리벳의 힘은 받침 높이 방향의 전단응력과 같이 분포한다고 볼 수 있다. NiQ = e*t*τi = e*Ti. 그러나 설계 시에는 모든 _n_개의 리벳에 균등 분포된 것으로 계산하여 NiQ = Q/n으로 한다.
그림 4 - 전단력 분포가 있는 수직 판의 연장
그림 5은 수직 판의 작업장 이음부를 보여준다(보강 각재와 라멜라는 다른 위치에서 연결되어 있다).
그림. 5
굽힘과 축력: 굽힘모멘트와 축력이 동시에 작용하는 보재는 동일한 원리와 직선 응력 분포 가정에 따라 설계한다. 두 플랜지에서 리벳을 완전히 제외할 경우, 유효 단면과 중립축의 위치는 하중 경우에 의존하지 않으므로 _M_과 _N_에 의한 응력은 단순히 합산할 수 있다. 이어서 리벳에 작용하는 하중은 부분 하중 경우 M, 또는 _N_에서의 힘을 중첩하여 구한다.
지지 및 지주 연결부
여기서는 수많은 해법 중 가장 일반적인 것만 다룬다. 평가할 때에는 항상, 보다 이상화되었거나 덜 이상화된 내력 계산에서 벗어남으로써 얻어지는 보조력을 생각해야 한다.
_단순 지지_는 다른 구조 요소의 상부 플랜지에 한 보를 지지하는 방식으로, 큰 구조 높이를 확보할 수 있을 때 적용된다. 일반적인 경우는 리벳 또는 볼트로의 강한 연결이다. 그림 6에는 건축에서 연속 I형 보를 정상적으로 지지하는 예가 제시되어 있으며, 이는 좁은 I형 플랜지에 구멍을 뚫는 일도 피한다. 경우에 따라 보는 전도와 횡력에 대해 보강해야 한다(그림 7 및 8). 교량 공사에서는 보를 쌍으로 배치하는 경우가 많다(그림 9); 종보를 횡보에 고정 지지하는 경우(그림 10). 더 큰 지지력이 작용할 때는 끼워 맞춘 앵글 또는 용접한 형강으로 보를 강성 보강해야 한다(그림 8부터 10까지). 복합 보에서는 하중을 웨브로 전달해야 한다.
그림 6. 서까래의 고정
그림 7 및 8
그림 9 및 10
리브 접합: 그림 11 및 12에는 건축 분야에서 일반적인 접합부로 사용되는 I-보 접합이 나타나 있다. 절개부에는 큰 둥근 모따기가 형성되어 보의 리브가 갈라지는 것을 방지한다. 리브 접합에 의한 탄성 구속은 어느 정도 내하력 향상을 가져온다. 다만 설명한 변형은 예를 들어 오래된 교량과 같이 주로 정적인 하중을 받는 경우에는 무해하다.
그림 11. - 수직 단부 단면을 가진 I형 보의 표준 접합부
그림 12 - I형 보의 절단된 끝단을 가진 표준 접합부
_굽힘에 대해 강한 접합_은 각도 변화가 없는 접합이 필요할 때(연속 보, 강성 프레임 코너) 또는 특히 철도교에서와 같이 변동하중에 의한 피로 파괴의 위험이 있을 때 사용한다. 연속을 위한 판재, 굽힘에 대해 강한 접합부, 굽힘에 대해 강한 코너, 프레임 코너를 사용할 수 있다.
- 연속성용 라멜라 – 같은 평면에 놓인 지지부재를 연결해야 할 경우에는 두 상부 플랜지를 라멜라 또는 _연속성용 밴드_로 연결한다. 이렇게 하면 접합부의 리벳이 인장력을 받지 않으며 큰 변형도 방지할 수 있다.
그림 13 - 연속성을 위한 라멜라 접합부
그림 14 - 고속도로 교량의 종방향 보 연결부 a) ; 철도교의 b)
- 굽힘에 대해 강체인 접합 – 이러한 유형의 접합은 도로교 보행자 통로의 실 콘솔에서 볼 수 있습니다. 작은 모멘트의 경우, 그 수직판은 주보의 보강 각재 사이에 두 지점으로만 연결됩니다. 도입된 모멘트는 보강재를 통해 주보 전체 높이에 분배되며, 다시 말해 힘의 쌍으로 그 플랜지에 도입됩니다.
그림 15 및 16
- 굽힘에 대해 강체인 모서리 – 건축에서 기둥과 보 사이의 굽힘 강체 모서리는 각도가 변하지 않도록, 그리고 어떠한 국부적인 응력 초과도 발생하지 않도록 설계해야 한다. 신뢰성 있는 모서리 접합은 예를 들어 그림 16처럼 날개판을 사용할 때 또는 그림 100처럼 기둥 플랜지의 고정 모멘트를 힘의 커플로 받아들일 때 형성된다.
- 프레임의 모서리 – 다각형 프레임에서는 각도 차이가 작을 경우 꺾이는 지점에서 연장을 만들 수 있다. 접합된 봉재는 인장 및 압축 봉재와 마찬가지로 묶음으로 가려진다. 회전력은 꺾임 지점에 집중되며, 보강재로 받아야 한다. 그림 101에서 굽힘 모멘트와 횡력의 방향에 따라 연장의 가림과 보강의 차이에 유의하라. 큰 힘과 상당한 각도 차이가 있는 경우, 연장이 프레임의 강하게 굽은 부분에 오지 않도록 한다. 프레임 모서리 옆의 연장은 더 나은 구조 형식을 가능하게 하고 제작을 용이하게 한다. 꺾임 지점 양쪽에 리벳으로 된 범용 연장을 적용한 예는 그림 102a와 그림 102b에 제시되어 있으며, 그 모서리는 용접된 부분으로 이루어진다. 그림 103는 프레임 기둥과 연속 보의 굽힘에 강한 강접합을 보여준다.
그림 17a
도면 17b
경사 접합: 지금까지 검토한 접합에서는 리브가 서로 직각으로 놓여 있었다. 그러나 각도가 직각이 아니면 앵글 부재(그림 18)를 비틀어 설치하며, 매우 예각에서는 쐐기형 받침을 사용한다. 연속성을 위한 보강판과 받침용 부재는 경우에 따라 직각 접합과 같이 사용한다. 굽은 접속판(그림 19)은 큰 편심과 상당한 부가력과 함께 연결된다. 용접된 접속판(그림 20)을 사용하면 경사 접합의 제작이 쉬워진다.
그림. 18
그림. 19
그림. 20