트러스, 가새와 같은 구조물에서 인장재는 주로 인장력을 전달하는 부재이다. 인장재에는 봉강, 형강, 조립부재 등이 사용되며, 접합부에서는 볼트 또는 용접에 의해 하중이 전달된다.
인장재의 파괴는 단면 전체가 항복하는 경우, 볼트 구멍 등 결손부에서 파단이 발생하는 경우, 그리고 접합부 주변에서 블록 형태로 전단 및 인장이 동시에 작용하여 파괴되는 경우로 구분된다.
총단면적 Ag는 인장력이 작용하는 방향에 직각인 모든 단면 요소의 면적 합으로 정의된다. 형강이나 조립부재의 경우 각 요소의 폭과 두께를 곱한 값을 합하여 산정한다.
\[ A_g = \sum W_i t_i \]
순단면적 An은 총단면적에서 볼트 구멍, 절결 등으로 인해 감소되는 단면을 제외한 면적이다. 볼트 구멍 지름은 공칭지름에 여유치를 더한 값을 사용한다.
\[ A_n = A_g - n d t \]
볼트가 엇모배치(지그재그)로 배열된 경우에는 파단선이 길어지므로 다음 식에 따라 추가 면적을 고려한다.
\[ A_n = A_g - ndt + \sum \frac{s^2}{4g} t \]
인장력이 접합부를 통해 전달될 때는 전단지연(shear lag) 현상으로 인해 단면 전체가 동시에 인장에 저항하지 못한다. 이를 고려하여 전단지연계수 U를 도입하며, 유효 순단면적은 다음과 같이 정의된다.
\[ A_e = U A_n \]
전단지연계수는 접합 길이와 형식에 따라 결정되며, 일반적으로 0.70~1.0 범위의 값을 사용한다.
총단면 항복은 부재 전체 단면이 항복강도에 도달하는 한계상태로, 연성적인 거동을 나타낸다.
\[ \phi P_n = 0.90 F_y A_g \]
순단면에서 인장 파단이 발생하는 한계상태로, 취성적인 파괴에 해당한다.
\[ \phi P_n = 0.75 F_u A_e \]
블록전단 파괴는 접합부에서 전단과 인장이 동시에 작용하여 블록 형태로 파괴되는 현상이다.
\[ \phi P_n = \phi \left[0.6 F_y A_{gv} + U_{bs} F_u A_{nt}\right] \\ \le \phi \left[0.6 F_u A_{nv} + U_{bs} F_u A_{nt}\right] \]
여기서 Ubs는 블록전단 계수로, 인장 지배 시 1.0, 혼합 또는 전단 지배 시 0.5를 사용한다.
본 절에서는 단일 앵글 인장재, 복부재 인장재, 거셋플레이트 접합부 등을 대상으로 총단면 항복, 유효 순단면 파단, 블록전단 파괴를 모두 검토하는 설계 예제를 제시한다.
연습문제에서는 볼트 배열, 접합 길이, 전단지연계수 산정에 대한 이해를 심화하도록 구성되어 있다.