1. 용접 접합(Welded Joint)의 기하학적 형상 분류

철강 구조물 제작에서 용접은 가장 견고하고 일체화된 기계적 접합 방식입니다. 하중 작용 방향과 단면 형상에 따라 대표적으로 두 종류로 나뉩니다.

• 맞대기 용접 (Butt Weld / Groove Weld): 두 플레이트를 동일 평면 상에 맞대고 V형이나 U형 홈을 가공한 뒤 용접 금속을 채우는 결합 형태입니다. 주된 유효 단면은 플레이트 두께 자체와 용접 길이로 이루어지며, 인장 하중에 저항합니다.
• 필렛 용접 (Fillet Weld): 두 강판이 겹쳐지거나(Lap Joint) 티(T)형으로 만나는 코너 부위를 직각삼각형 모양으로 접합하는 방식입니다. 주로 경사각 45도 방향의 전단 파괴선인 유효 목두께(Throat Thickness)에서 최소 전단 강도가 결정됩니다.

2. 유효 목두께(Effective Throat Area) 산출 공식

용접부에 작용하는 하중을 지지하는 가장 약한 임계 단면을 유효 목단면적(Effective Throat Area, Aw)이라고 하며 다음과 같이 수학적으로 규정됩니다.

• 필렛 용접 (다리 길이 a, 용접장 L): 삼각 단면 상에서 최소 거리는 경사면의 높이가 되므로, 다리 길이에 cos(45°) ≈ 0.707을 곱한 수치가 유효 목두께가 됩니다.
  t_throat = 0.707 × a  →  A_w = 0.707 × a × L  [mm²]
• 맞대기 용접 (판재 두께 t, 용접장 L): 일반적으로 덧살(Reinforcement)을 고려하지 않는 모재의 두께를 유효 목두께로 봅니다.
  t_throat = t  →  A_w = t × L  [mm²]

3. AISC 기준에 따른 용접부 허용 응력 및 안전 진단

미국강구조학회(AISC) 기준에 따르면, 용접부 강도 평가는 용접봉의 최소인장강도(Exx, 예: E70은 70 ksi ≈ 482 MPa)를 기준으로 특정 안전계수를 차감한 허용 응력을 설계 수치로 삼습니다.

• 필렛 용접 허용 전단응력 (τ_allow): 용접봉 강도의 30%를 허용 한계로 봅니다.
  τ_allow = 0.30 × E_xx  [MPa]
• 맞대기 용접 허용 인장응력 (σ_allow): 용접봉 강도의 60%를 허용 한계로 취합니다.
  σ_allow = 0.60 × E_xx  [MPa]

용접 설계 강성이 작용하중 응력보다 작아지면(안전율 FS < 1.0), 용접 루트 부위에서 미끄럼 전단파괴가 개시되어 완전 파단될 위험이 높으므로 비파괴 검사와 용접 크기 보정이 반드시 필요합니다.