**인장재**(引張材)란 강구조에서 부재 축방향으로 인장력을 받는 구조 부재를 말한다. 트러스 부재, 사장교, 현수교의 케이블 등이 인장재이다.

순단면적
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인장재를 결합할 때 연결재를 사용하기 위해 인장재에 구멍을 뚫게 된다. 따라서 인장재의 총 단면적에서 구멍만큼의 단면적 감소를 고려해야 한다. 총 단면적에서 구멍의 단면적 감소를 고려한 값을 **순단면적**(純斷面積)이라고 한다.

### 정렬 배치의 순단면적

연결재가 정렬 배치된 경우, 총 단면적에서 구멍에 의해 감소되는 단면적을 빼주면 된다. An을 순단면적, Ag를 총단면적, n을 인장력에 의한 파단선상의 구멍 수, d를 구멍 직경(mm), t를 부재 두께(mm)라 할 때, 정렬배치의 순단면적은 다음 식으로 구한다.

{\displaystyle A\_{n}=A\_{g}-ndt}
### 불규칙 배치의 순단면적

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**인장재 예제** |

불규칙 배치의 경우 구멍에 의한 단면적 감소와, 피치-게이지 간격에 따른 단면적 증가를 함께 고려해주어야 한다. s를 인장력 방향의 인접한 두 개 구멍 중심간격(mm), g를 인장력과 수직인 게이지선 사이의 두 개 구멍 중심간격(mm)이라 할 때, 순단면적은 다음 식으로 구한다.

{\displaystyle A\_{n}=A\_{g}-ndt+\sum {\frac {s^{2}}{4g}}t}
불규칙 배치의 경우 인장력에 의한 파단선이 여러 개로 나타나는데, 각 경우 중 순단면적이 가장 작게 계산되는 경우를 실제 파단선이라고 보고, 이때의 순단면적을 해당 인장재의 순단면적으로 정한다.

### L형강의 순단면적

L형강의 순단면적은 L형강을 평평하게 펼친다고 가정하고, 접힌 부분에서 가장 가까운 두 볼트 사이의 게이지 g를 계산한 뒤, 불규칙 배치의 순단면적 계산과 같은 방식으로 순단면적을 계산한다. 이때 펼친 후 접힌 부분에서 가장 가까운 두 볼트 사이의 게이지 g는, L형강의 직각 부분 끝점에서 한쪽 구멍 중심까지의 거리를 ga, L형강의 직각 부분 끝점에서 반대편 구멍 중심까지의 거리를 gb라 할 때,다음 식으로 구한다.

{\displaystyle g=g\_{a}+g\_{b}-t}
즉, 펼쳤다고 가정할 때의 게이지에서 펼치면서 L형강의 두께 t에 의해 중복되는 거리를 빼준 값이다.

유효순단면적
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L형강의 한쪽 면만 접합되는 경우 전단지연이 발생
접합부에서 어느 정도 떨어진 위치에서는 인장 응력이 단면에 걸쳐 균등하게 분포하나, 접합부 부근에서는 접합의 형태에 따라 응력 분포가 달라질 수 있다. L형강의 한쪽 면만 접합이 된 경우, 그리고 접합 구멍 중심선(인장력이 작용하는 선)이 L형강의 도심과 다른 경우가 발생하는데, 이때 편심이 발생한다. 접합에 사용되지 않은, 편심이 발생하는 접합부에서의 응력은 불균등한 인장력이 발생하는데 이것을 **전단지연**(**전단 뒤짐**, shear lag)이라고 한다.

전단 지연에 의한 영향을 반영하기 위해 순단면적 An에 전단지연계수 U를 곱해서 유효순단면적 Ae를 구한다.

{\displaystyle A\_{e}=UA\_{n}}
접합부의 길이(인장력 방향의 가장자리 두 구멍 중심 간격)를 *l*이라 할 때, 전단지연계수 {\displaystyle U=1-{\frac {\bar {x}}{l}}}이다. 여기서 {\displaystyle {\bar {x}}=max({\bar {x}}\_{1},{\bar {x}}\_{2})}이다. {\displaystyle {\bar {x}}\_{1}}은 L형강의 도심으로부터 접합부 구멍 중심(구멍이 여러개라면 구멍 중심의 중앙선 기준)까지의 수직거리이며, {\displaystyle {\bar {x}}\_{2}}는 L형강의 도심으로부터 L형강 직각 부분 끝까지의 거리이다.

블록전단파단
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고장력볼트 사용이 증가하면서 직경이 큰 볼트를 보다 더 적게 배치하는 추세가 생겼는데, 그러면서 블록전단파단의 위험성이 커졌다. **블록전단파단**(block shear rupture)이란 인장재의 접합부에서 인장력이 작용하는 축 상으로는 전단 파괴가, 인장력 축과 수직인 선이 가장 안쪽 구멍을 지나는 선상으로는 인장 파괴가 일어나 접합부의 일부분이 찢어지는 형태의 파단을 말한다.

* 블록전단파괴의 예
* 점선 부분이 찢어지는 것을 블록전단파괴라 함점선 부분이 찢어지는 것을 블록전단파괴라 함
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블록전단파단의 한계상태 설계강도는 다음 식으로 정한 공칭강도 Rn에 Φ=0.75를 곱하여 구한다.

{\displaystyle R\_{n}=min([0.6F\_{u}A\_{nv}+U\_{bs}F\_{u}A\_{nt}],[0.6F\_{y}A\_{gv}+U\_{bs}F\_{u}A\_{nt}])}
Fu : 인장에 대한 극한강도
Fy : 인장에 대한 항복강도
Anv : 전단저항 순단면적(mm²)
Agv : 전단저항 총단면적(mm²)
Ant : 인장저항 순단면적(mm²)
Ubs : 인장응력이 균일할 경우 1.0, 불균일한 경우 0.5

설계
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인장재의 설계는 총단면 항복과 유효순단면 파단의 두 가지 한계상태에 대해 검토하여 실시한다. 소요강도가 설계강도보다 작으면 적합한 설계로 본다. 설계강도는 공칭강도에 Φ를 곱해서 구한다. 강구조 부재 설계기준 KDS 14 31 10에 따르면 총단면 항복에 대한 Φ=0.95, 유효순단면 파단에 대한 Φ=0.80이다. 이를 식으로 정리한다면 Pu를 소요인장강도, Pn을 공칭인장강도라 할 때, 다음과 같이 나타난다.

{\displaystyle P\_{u}\leq \phi P\_{n}}이면 적합한 설계

* 총단면 항복에 대해서 {\displaystyle P\_{n}=F\_{y}A\_{g}}
* 유효순단면 파단에 대해서 {\displaystyle P\_{n}=F\_{u}A\_{e}}

강구조 연결 설계기준 (KDS 14 31 25){\displaystyle \quad \phi =0.90,0.75}

강교 설계기준 (KDS 24 14 31) {\displaystyle \quad \phi =0.95,0.80}

미국의 AISC 기준(2016)에서는 총단면항복, 유효순단면 파단에 대해 Φ를 0.90, 0.75로 하고 있다.

총단면 항복, 유효순단면 파단, 블록전단파단, 고장력볼트/용접 접합부, 거셋 플레이트 다섯 가지에 대한 한계상태설계강도를 비교해서 가장 작은 값을 **인장재의 설계인장강도**로 정한다.

참고 문헌
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* 한국강구조학회 (2017). 《강구조설계》. 구미서관. ISBN 978-89-8225-135-1.
* 한국강구조학회 (2019). 〈인장부재〉. 《강구조공학》. 구미서관.
* KDS 14 31 10 :2017 강구조 부재 설계기준(하중저항계수설계법)
* KDS 24 14 31 :2018 강교 설계기준(한계상태설계법) 4.1.4.2 저항계수