Abstract
To evaluate the mechanical behavior and the compressive stress distribution in high tension bolted joints according to the size of bolt hole, the experimental and analytical studies are performed with enlarging bolt hole size. In experimental study, the static test is performed to measure the slip coefficient, and the fatigue test is also performed to evaluate the fatigue strength and failure pattern of fatigue crack. In analytical study, the compressive stress distribution is investigated by using the finite element analysis. From the result of experimental study, the slip coefficient and fatigue strength of the high tension bolted joints with oversize hole are not much different but somewhat it has decreased. These are because the size of bolt hole is larger than the holes of nominal size, therefore the width of clamping force is decreased and the compressive stress distribution area is smaller, this is certificated in the finite element analysis. In addition, the origin of fatigue crack in the oversize holes is closer to the hole than in the holes of nominal size, consequently it is investigated that the origin of fatigue crack is intimately associated with the compressive stress distribution which is formulated by the clamping force in both base metal and splice plate.
볼트 구멍의 크기가 고장력 볼트 이음부의 역학적 거동 및 내부 압축응력 분포에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 과대공 및 표준공을 갖는 고장력 볼트 이음부에 대한 실험 및 해석적 연구를 실시하였다. 실험적 연구에서는 정적 인장시험과 피로시험을 실시하여 미끄러짐 특성, 피로강도 및 피로파단 양상을 평가하였으며, 해석적 연구에서는 유한요소해석을 통하여 내부 압축응력의 분포영역을 밝히고, 내부 압축응력의 분포가 역학적 거동에 미치는 영향을 평가하였다. 실험결과, 과대공을 갖는 고장력 볼트 이음부의 미끄러짐 계수와 피로강도는 표준공을 갖는 이음부와 비교하여 큰 차이는 없으나 다소 감소하는 경향이 나타났다. 이러한 원인은 과대공 시험편의 경우 볼트 구멍의 크기가 표준공 시험편과 비교하여 상대적으로 크기 때문에 축력의 작용폭이 좁아져 마찰영역으로 작용하는 내부 압축응력의 분포영역이 작아지기 때문으로 판단되며, 이는 유한요소해석 결과로도 확인할 수 있었다. 또한, 피로시험 결과 과대공 시험편의 피로균열의 발생점이 표준공 시험편 보다 볼트 구멍 내벽에 가까운 것을 알 수 있어, 피로균열의 발생위치는 고장력 볼트의 도입축력에 의해 모재와 이음판에 형성되는 내부 압축응력의 분포영역과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다.
