고장력 볼트 및 접합방법, Torque Shear bolt 의 개요 및 특성

1. 개요

• 고장력 볼트 접합: 고장력 볼트를 조여서 생기는 인장력, 즉 접합재 상호 간에 발생하는 마찰력으로 접합하는 방식을 말한다.
• 고장력 볼트는 높은 인장강도를 가지며, 일반적으로 철골부재의 접합부분에 토크렌치 또는 임팩트렌치를 사용하여 단단히 죄어서 그 마찰력에 의해 접합한다.

고장력 볼트 체결의 특징

• 시공시에 소음이 없고 좁은 곳에서도 작업가능
• 화기를 사용하지 않으므로 리벳이나 용접이음보다 화기에 대해서 안전
• 고장력 볼트는 다른 볼트와 비교 시 작업에 큰 숙련도가 요구되지 않는다.

2. 건설현장에서의 볼트 체결방법(고장력 볼트 체결방법)

(1) Torque 법(마찰 접합)

• 조임토크와 조임력의 선형관계를 이용한 조임법
• 나사면 및 자리면의 마찰 등에 의해 초기 조임력의 편차가 발생하여, 조임 작업 시의 마찰특성의 관리 정도에 따라 크게 변동함
• 풀림 방지를 위한 균일한 조임력을 얻고자 하는 경우에 사용
• 항복점 대비 80%의 토크값에서 권장
• 1종부터 3종까지 있으며, 인장강도는 80~130kg/mm2

장점: 작업이 우수하고 효율적

사용공구: 토크렌치(수동식, 전동식)

종류:

1) 임팩트 렌치 사용 체결

• 토크값을 감각에 의해 추정하는 방법으로 중앙에서 단부로 체결
• 1차조임: 75% 체결
• 2차조임: 100% 체결

2) 축력계가 장착된 토크렌치 사용 체결

• 축력계로 torque 컨트롤
• 규정 torque 값으로 균일하게 조임 가능

3) Nut 회전법

• 1차 조임후 금매김(실선 표시)
• 2차 조임후 회전량 검사 (120도 +- 30도=O.K)

검사

• 1개군 볼트 수가 6개 이하인 경우: 1개 이상 샘플링 검사 실시
• 1개군 볼트 수가 7개 이상인 경우: 2개 이상 샘플링 검사 실시

특징

• 리베팅에 비해 작업공구에 의한 소음이 적음
• 리베팅이나 용접에 의한 화재 위험성이 없음
• 불량부분의 수정이 쉬움

(2) 항복점 체결법

• 나사 부품의 기계적 강도 값과 사용조건에 관한 인자에 의하여 영향을 받는다. (사용조건 인자: 윤활상태, 체결부재 표면상태, 체결속도, 체결력 등)
• 일반적인 사용환경 조건에서는 마찰계수 값을 약 0.12 정도로 적용
• 토크법을 이용해 체결 기준 토크를 결정할 때는 항복조임 토크값의 80% 정도를 이용하면 적절하다.

(3) 회전각법

• 볼트 머리부와 너트의 상대 회전각을 지표로 하여 초기 조임력을 관리하는 방법이다
• 탄성역 조임과 소성역 조임 가운데 사용된다.
• 엔진 등과 같이 협소한 장소에서 제한된 볼트 수량의 볼트를 사용해야 할 경우에는 소성역까지 사용하면 효과적이다.

3. 고장력 볼트 및 토크 시어 볼트 (Torque Shear Bolt)

(1) 고장력 볼트

• F 4 . 6 T : F(볼트 사용용도, 건축공사 구조용), 4(인장강도 표시 40kg/mm2), 6(인장강도 대비 항복점 표기60%), T(Tensile Strength)
• 사용 강도 계산 = 인장강도 표시 x 항복점 표기 = 40kg/mm2 x 60% = 24kg/mm2

(2) 토크 시어(Torque Shear) 볼트

• 고장력 볼트와 같이 마찰접합용으로 개발 되었다.
• 고장력 볼트 사용시 체결을 위한 절차 및 관리가 복잡하므로, 현장에서의 보다 편리한 시공과 정확성을 위해 개발 되었다.
• 볼트 몸체와 Pin Tail 사이에 파단홈이 있어서 비틀림 파단시까지 체결하면 Pin tail이 전단되어 필요로 하는 체결축력을 얻을 수 있다
• S 10 T : S(for Structural joint), 10(인장강도 10ton/cm2), T: Tensile Strength
• 볼트길이 설계: 적정한 볼트 길이의 선정은 매우 중요하며, 체결부 두께를 고려하여 적정한 길이를 선정하여야 함, 볼트 체결 후 잔여 볼트 길이(여유길이)는 나사산 3개 정도의 길이로 함
• 특성: 마찰 접합으로 접합강성우수, 수정이 용이하고 풀림이 없음, 설비가 간단하고 소음이 적음, 시공이 단순하고, 공기단축 가능, 타 볼트에 비해 고가, 조임검사 필요, 접촉면 처리와 마무리, 관리가 어려움, 숙련공 필요

5. 결론

고장력 볼트의 접합은 우수한 접합방법이지만, 시공 면에서 검토하여야 할 부분이 많다. 고장력 볼트를 사용할때는 아래의 문제점을 사전에 인지하고 있어야 한다

• 부재 간의 접합을 장기간 유지해야 하므로 볼트의 재질, 형상, 치수, 기계적 성질 등 제조방법을 사전에 확인해야 함
• 1개 접합부에 많은 고장력 볼트를 배치하는 경우 먼저 체결된 볼트의 축력이 크게 변함
• 체결이 완료된 고장력 볼트는 시간 경과에 따라 고장력 볼트의 축력부분에 문제가 발생함
• 마찰접합부에서는 마찰면의 표면상태와 미끄럼계수와의 관계를 사전에 파악해야함
• 볼트 구멍의 크기, 모재의 강도, 이음부의 판 두께 차이, 볼트 Grip 등과 미끄럼 내력 관계를 고려해야함