• Steel and Composite Structures
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• 제33권3호
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• pp.433-444
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• 2019

Fatigue failure of a grid structure using bolt-sphere joints is liable to occur in a high-strength bolt due to the alternating and reciprocal actions of a suspension crane. In this study, variable amplitude fatigue tests were carried out on 20 40 Cr steel alloy M30 high-strength bolts using an MTS fatigue testing machine, and four cyclic stress amplitude loading patterns, Low-High, High-Low, Low-High-Low, and High-Low-High, were tested. The scanning electron microscope images of bolt fatigue failure due to variable amplitude stress were obtained, and the fractographic analysis of fatigue fractures was performed to investigate the fatigue failure mechanisms. Based on the available data from the constant amplitude fatigue tests, the variable amplitude fatigue life of an M30 high-strength bolt in a bolt-sphere joint was estimated using both Miner's rule and the Corten-Dolan model. Since both cumulative damage models gave similar predictions, Miner's rule is suggested for estimating the variable-amplitude fatigue life of M30 high-strength bolts in a grid structure with bolt-sphere joints; the S-N fatigue curve of the M30 high-strength bolts under variable amplitude loading was derived using equivalent stress amplitude as a design parameter.

• Steel and Composite Structures
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• 제25권5호
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• pp.571-579
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• 2017

The grid structure with bolt-sphere joints is widely adopted by industrial plants with suspending crane. The alternating reciprocating action of the suspending crane will cause fatigue problems of the grid structure with bolt-sphere joints with respect to the rod, the cone, the sealing plate, the bolt ball and the high strength bolt; while the fatigue of the high strength bolt is the key issue of fatigue failure. Based on efficient and smooth loading equipment with the AMSLER fatigue testing machine, this paper conducted a constant amplitude fatigue test on 18 M20 and 14 M30 high strength bolts with 40Cr material, and obtained 19 valid failure points, 9 unspoiled points with more than 2 million cycles, and 4 abnormal failure points. In addition, it established the constant amplitude fatigue design method, ${[{\Delta}{\sigma}]_{{2{\times}10}}{^6=58.91MPa}$, and analyzed the stress concentration and the fatigue fracture of high strength bolts. It can be explained that the geometrical stress concentration of high-strength bolt caused by spiral burr is severe.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제13권6호통권58호
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• pp.97-105
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• 2009

본 연구에서는 대직경 고장력볼트 이음부의 안전성 및 경제성을 검토할 목적으로 F10T-M30 대직경 고장력볼트를 사용한 시험편을 대상으로 정적 인장시험을 실시하여 미끄러짐 특성을 평가하였다. 또한 유한요소해석을 실시하고 볼트의 강도등급 및 직경에 따른 소요볼트 개수를 산정하였다. 그 결과 M30 고장력볼트의 평균 미끄러짐 계수는 도로교설계기준의 기준인 0.4를 초과하며, M22 고장력볼트와 동등한 미끄러짐 성능을 확보하는 것으로 나타났다. 또한 고장력볼트의 강도등급 및 직경에 따른 경제성 분석을 실시한 결과, F10T-M22 고장력볼트를 기준으로 하여 F13T-M22 고장력볼트를 적용하면 소요볼트 개수가 21% 감소하며, F10T-M30 고장력볼트를 적용하면 46% 감소하는 것으로 나타나 고장력볼트의 대직 경화에 따른 경제성을 확인할 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.399-407
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• 2008

건축공사 표준시방서에서 규정하는 TS고력볼트는 KS B 2819에 따라 토크관리법에 의한 체결한다. TS고력볼트는 핀 테일이 파단되면 적정축력이 도입되는 것으로 알려져 있지만, 실제로는 온도조건에 따라 토크계수가 변하고 도입축력도 설계기준에 미치지 못하는 경우가 발생한다. 본 논문에서는 현장 온도조건이 볼트의 토크계수 및 도입축력의 영향을 평가하기 위해 ${-10^{\circ}C{\sim}50^{\circ}C}$ 범위에서 3 종류의 고력 볼트에 대해 도입축력, 토크계수, 너트회전각을 실험적으로 비교 분석하였다. 실험결과 TS고력볼트의 경우 핀 테일이 파단될 때 모든 온도조건에서 설계볼트장력과 표준볼트장력을 상회하는 도입축력을 나타냈으며 ${-10^{\circ}C}$에서 ${50^{\circ}C}$까지 온도 상승함에 따라 핀 테일 파단시점의 볼트에 도입되는 평균축력은 20kN 증가되었다. 아연피막 처리한 일반육각형 고력볼트의 경우, $0^{\circ}C$, $20^{\circ}C$, $50^{\circ}C$조건, 토크계수 0.13과 토크 ${462N{\cdot}m} $에서 표준볼트축력을 상회하였지만, 도입축력의 일정한 경향을 찾을 수 없었으며 온도변수 별 평균 도입축력 차는 최대 50kN이었다. 일반 육각고력볼트의 경우, 온도상승에 따라 평균 도입축력도 상승되는 추세였으며 토크 ${462N{\cdot}m} $ 일때 온도변수별 볼트의 도입축력은 최대 33kN 차이를 보였다. 또한, TS볼트를 제외한 육각볼트 종류 군에 대해서는 너트회전각 ${90^{\circ}}$ 경우의 도입축력은 설계볼트장력에 미치지 못했다. 따라서, 기존 너트회전각 ${120^{\circ}{\pm}30^{\circ}}$의 하한치 ${-30^{\circ}}$에 대한 재평가를 고려해 볼 필요가 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권4호
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• pp.10-21
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• 2014

프리캐스트 방식에 의해 제작이 가능한 격자형 강합성 바닥판의 이음부는 콘크리트 전단키와 고장력볼트 체결로 구성될 수 있으며, 이와같은 이음부 자체에 대한 휨 및 전단성능은 부재요소에 대한 실험을 통해 분석된 바 있다. 본 연구에서는 실제 바닥판 구조시스템에서 이음부에 의한 횡방향 하중전달 거동을 분석하고자, 길이 2.5m 및 폭 1m의 단위 바닥판 모듈 한쌍에 이음부를 설치한 실험체를 제작하고 중심 및 편심가력 휨실험을 하였다. 이음부에 하중이 직접 가해지는 중심재하 조건에서 고장력볼트의 설치개수가 30cm 간격 9개에서 60cm 간격 4개로 줄어 들 경우, 재하단계에 따라 이음부의 회전이 비교적 더 크게 증가하고, 이에 따라 바닥판 횡방향으로의 하중전달 정도가 감소함을 알 수 있었다. 그러나, 한쪽 바닥판의 중심에 집중하중이 가해지는 편심재하 조건의 경우에는 횡방향 하중전달 거동에 큰 차이가 없었다. 하중 재하방법별로 이음부의 거동을 비교한 결과, 집중하중에 대한 바닥판 횡방향으로의 하중분배 및 전달량은 이음부 자체의 성능뿐만 아니라 바닥판 슬래브의 펀칭전단에 의해서도 제한되는 것으로 분석되었다. 또한, 펀칭 전단파괴가 발생할 때까지 이음부의 고장력볼트가 항복하지 않은 점을 고려할 때, 이음부 고장력볼트의 설치개수를 4개에서 9개로 증가시키는 것은 실질적으로 강도 보다는 이음부 및 바닥판의 휨강성 성능 증가에 더 큰 영향을 미치는 것으로 사료된다.