AWS D1.1 · Section 4.17 · 표 4.5

AWS D1.1 Fatigue Stress Categories 설명 — A Through F

AWS D1.1:2025 Section 4.17과 표 4.5는 세부 사항을 8가지 응력 범위 범주(A, B, B*, C, D, E, E*, F)로 분류합니다. 각 범주는 고유한 상수 C_f와 허용 주기 응력 범위를 설정하는 임계값 F_TH를 가집니다. 이는 표 5.11의 예열 범주 A부터 G까지 또는 표 5.6의 모재 그룹 I-V가 아닙니다.

D1.1의 두 가지 “범주” — 혼동하지 마십시오: 표 5.11은 예열 범주 A부터 G까지를 사용합니다(사전 인증된 예열 조회에 대한 공정별 세분화; D1.1:2025는 원래 A–D에 범주 E, F, G를 추가했습니다). 표 4.5는 피로 응력 범위 범주 A/B/B*/C/D/E/E*/F를 사용하여 접합부 세부 사항의 피로 강도를 평가합니다. 이들은 문자 레이블을 공유하지만 다른 코드 계층을 참조합니다. 이 페이지는 표 4.5에 관한 것입니다. 모재 등급은 표 5.6에서 그룹 I–V로 별도로 그룹화됩니다; D1.1 빠른 참조를 참조하십시오.

표 4.5 대 표 5.11 — D1.1의 두 가지 “범주”

AWS D1.1:2025는 “범주”라는 단어를 완전히 관련 없는 두 가지 개념에 재사용합니다. 이러한 충돌은 코드의 다른 어떤 용어 중복보다 더 많은 혼란을 야기합니다:

Preheat 범주 A through G (Table 5.11): per-process subdivisions of the prequalified 예열 lookup. Category A is SMAW with other-than-저수소 electrodes; Category B is SMAW with low-hydrogen electrodes plus SAW, GMAW, and FCAW. The original A–D system was extended in D1.1:2025 to A–G covering newer process and steel combinations (see the D1.1:2025 changes guide for the E/F/G addition). Used together with the steel Group I–V classification in Table 5.6 (governed by § 5.3 모재) to look up 최소 preheat per Table 5.11, plus filler metals per Table 5.7 and essential variables per Table 5.5.
Fatigue stress range Category A through F (Section 4.17 + Table 4.5 + Figure 4.16): rates the fatigue strength of welded joint details. Category A is plain base metal away from welds. Category E* is the most-penalized configuration. Determines the allowable stress range a detail can carry over the design cycle count.

두 시스템은 서로 매핑되지 않습니다. 강철 그룹 I(표 5.6)의 A572 Gr 50이 인장 플랜지의 횡방향 필릿 용접 토우에서 저수소 SMAW(표 5.11의 예열 범주 B)로 용접된 경우, 표 4.5의 피로 범주 C에 해당합니다 — 동일한 물리적 용접에 대한 세 가지 독립적인 결정에 대한 세 가지 독립적인 문자 레이블입니다. 예열 범주는 작업 온도를 결정하고, 피로 범주는 세부 사항 크기 및 균열 발생 수명을 결정합니다. 이 페이지는 두 번째 — 표 4.5를 다룹니다.

세부 사항의 범주를 찾는 방법

섹션 4.17.2에 따라, 계산된 응력 범위는 공식 (4-12)부터 (4-19)까지 계산된 F_SR을 초과해서는 안 됩니다. 절차:

Identify the detail configuration — what kind of 용접, what joint type, where the load applies. Then locate the matching row in Table 4.5. The table has six sections: (1) plain material away from 용접, (2) connected material in mechanically fastened joints, (3) welded joints joining components of built-up members, (4) longitudinal fillet welded end connections, (5) welded joints transverse to direction of stress, (6) base metal at welded transverse member connections.
Read the stress category for that row. Some rows have multiple categories depending on a sub-condition (flange 두께, transition radius, weld termination grinding).
Read the constant C_f and the threshold F_TH from the same row.
If the live load stress range is below F_TH, no fatigue evaluation is required (per Section 4.15.1). Otherwise, compute F_SR from Formulas (4-12) and (4-13) using C_f and the design cycle count N.
Verify F_SR is at least F_TH (the formulas have F_TH as a floor).
Plot the operating point against the curves in Figure 4.16 for sanity check.

계산된 응력은 공칭 응력입니다 — 섹션 4.16.1에 따라, “응력은 국부적인 기하학적 불연속성에 대한 응력 집중 계수에 의해 증폭될 필요가 없습니다.” 범주 자체에 기하학적 효과가 포함되어 있습니다(NCHRP 기준에 대한 해설 C-4.17.2 참조).

범주 A부터 F까지 — 범주별 안내

표 4.5의 8가지 응력 범위 범주를 가장 불리하지 않은 순서부터 가장 불리한 순서로 나열합니다:

Category	C_f	F_TH ksi [MPa]	Representative configuration
A	250 × 10⁸	24 [165]	Plain base metal away from any welding (line 1.1)
B	120 × 10⁸	16 [110]	Non-coated weathering steel base metal (1.2); continuous longitudinal CJP groove or fillet welds in built-up members (3.1); CJP transverse splices ground parallel to stress and inspected (5.1)
B*	61 × 10⁸	12 [83]	Continuous longitudinal CJP with backing left in place (3.2); continuous longitudinal PJP groove welds (3.2); CJP transverse splices with F_y ≥ 90 ksi at slope transitions (5.2)
C	44 × 10⁸	10 [69]	Members with reentrant corners (1.3); rolled cross sections with ground weld access holes R ≥ 1 in (1.4); base metal at drilled holes (1.5); CJP T- or corner joints with reinforcement not removed (5.4); transverse fillet pair on tension plate, toe crack (5.7); transverse fillet on rolled beam flange adjacent to stiffeners (5.8)
D	22 × 10⁸	7 [48]	Drilled or reamed holes, lower limit (1.5); base metal at ends of longitudinal welds at weld access holes (3.3); CJP butt splices with backing left in place, tack welds inside groove (5.5)
E	11 × 10⁸	4.5 [31]	Base metal at ends of longitudinal intermittent 필릿 용접 segments (3.4); ends of partial-length cover plates (3.5, 3.6 thin flange); longitudinal fillet end connections, plate t ≤ 0.5 in (4.1); CJP butt splices with tack welds outside groove (5.5 lower)
E*	3.9 × 10⁸	2.6 [18]	Cover plates wider than the flange with welds across the ends, flange thickness > 0.8 in [20 mm] (3.6); cover plates wider than the flange without welds across ends (3.7) for thin flanges — not permitted for thick flanges; longitudinal fillet end connections, t > 0.5 in [12 mm] (4.1); base metal at ends of longitudinal welds at weld access holes R < 1 in (3.3)
F	(separate formula 4-14, 4-15)	(see formulas)	Shear stress on the throat of fillet welds — uses Formulas (4-14) and (4-15), a different fatigue exponent than Categories A through E*

순서는 임의적이지 않습니다. 각 두 범주 단계는 임계 응력 범위를 대략 절반으로 줄입니다 — A→C는 24에서 10 ksi로 감소(58%), B→D는 16에서 7 ksi로 감소(56%), C→E는 10에서 4.5 ksi로 감소(55%). 24 ksi 임계값을 가진 범주 A 세부 사항은 2.6 ksi 임계값을 가진 범주 E* 세부 사항보다 대략 한 자릿수 더 많은 주기 응력을 견딜 수 있습니다(9.2배 비율) — 동일한 단면 공칭 응력에 대해.

B* 및 E* — 별표 범주

B* 및 E*의 별표는 표시되지 않은 범주의 강화된 버전을 나타냅니다. 둘 다 표 4.5에 고유한 C_f 및 F_TH 값을 가진 실제 범주이며, 오타가 아닙니다.

B* (C_f = 61 × 10⁸, F_TH = 12 ksi [83 MPa]) is the version of B applied when a longitudinal CJP 그루브 용접 has backing left in place, or when the joint is a longitudinal PJP rather than CJP. The backing or the PJP root reduces the fatigue 강도 below clean CJP without backing (which is straight Category B). Same family of details, different sub-condition.

E* (C_f = 3.9 × 10⁸, F_TH = 2.6 ksi [18 MPa]) is the version of E applied when the configuration combines geometric 불연속, transverse weld termination, and a thicker base metal section. The most common E* triggers: cover plates wider than the flange (lines 3.6 and 3.7), longitudinal fillet end connections on thick plates (line 4.1, t > 0.5 in [12 mm]), and weld access hole reentrant corners with smaller radius (line 3.3, R < 1 in [25 mm]).

플랜지보다 넓은 커버 플레이트가 있고 끝단에 용접이 없는 두꺼운 플랜지의 경우, 3.7행은 “플랜지 두께 > 0.8 in [20 mm]는 허용되지 않습니다.”라고 명시합니다. 이 구성은 복구할 수 없습니다 — 설계는 커버 플레이트 폭을 변경하거나, 끝단에 용접을 추가하거나(얇은 플랜지의 경우 E*에서 E로 변경), 다른 연결을 사용해야 합니다.

F_TH 임계값 및 F_SR 허용 응력 범위

두 가지 값이 피로 검사를 제어합니다. 이들은 다른 의미와 다른 결정 지점을 가집니다.

F_TH는 임계 피로 응력 범위 — 무한 수명에 대한 최대 응력 범위입니다. 섹션 4.15.1에 따라: “활하중 응력 범위가 임계 응력 범위 F_TH(표 4.5 참조)보다 작으면 피로 저항 평가가 필요하지 않습니다.” 계산된 활하중 응력 범위가 세부 사항의 범주에 대한 F_TH보다 낮게 유지되면, 연결은 무한 주기 수명을 가지며 피로 검사는 충족됩니다.

F_SR은 유한 수명에 대한 허용 응력 범위입니다. 활하중 응력 범위가 F_TH를 초과할 때, 설계는 범주별 상수 C_f와 설계 주기 수 N(일일 주기 수 × 365 × 설계 수명 연수)을 사용하여 공식 (4-12) 및 (4-13)으로부터 F_SR을 계산해야 합니다. 실제 응력 범위는 F_SR을 초과해서는 안 됩니다.

Formula (4-12) for ksi units: F_SR = (C_f / N)^0.107 ≥ F_TH. Formula (4-13) is the metric equivalent. Figure 4.16 plots these curves graphically for all categories from A through E*.

범주 F — 필릿 용접의 목 부분에 대한 전단 응력 —은 다른 피로 지수(0.107 대신 0.067)를 사용하여 공식 (4-14) 및 (4-15)를 사용합니다. 전단 파괴 모드는 범주 A부터 E*까지를 유발하는 인장 파괴 모드와 다른 통계를 가집니다.

E 및 E*가 가장 불리한 이유

범주 E 및 E* 세부 사항은 표 4.5에서 가장 가파른 응력 범위 허용치를 생성하는 세 가지 불리한 조건을 공유합니다:

Geometric discontinuity at the weld termination: an abrupt change in cross section, such as the end of a cover plate or the termination of a longitudinal fillet weld. The discontinuity concentrates stress at the toe.
Tension loading across the discontinuity: the stress concentration drives crack initiation from the weld toe or the weld termination into the base metal.
Thicker base metal section: thicker sections constrain stress redistribution. A thin flange can yield locally and shed stress; a thick flange cannot. This is why line 3.6 splits E (flange thickness ≤ 0.8 in [20 mm]) from E* (flange thickness > 0.8 in [20 mm]) for the same physical cover plate detail.

피로 프레임워크는 야금학적 특성과 일치합니다: 균열은 가장 높은 응력 집중 지점에서 시작하여 주기 하중 하에서 전파되며, 단면이 균열을 재분배하거나 억제할 수 없는 경우 취성 파괴로 이어집니다. 표 4.5의 범주 상수는 실제 기하학적 형상을 가진 실제 시편에 대한 NCHRP 시험 프로그램(해설 C-4.17.2에 따름)에서 도출되었습니다 — 이들은 이론적 예측이 아닌 실제 피로 성능을 인코딩합니다.

AASHTO 세부 사항 E' = D1.1 E*

AASHTO LRFD 교량 설계 사양은 가장 불리한 피로 세부 사항 범주에 대해 기호 E'(프라임/아포스트로피 포함)를 사용합니다. AWS D1.1:2025 표 4.5는 동일한 허용 응력 범위 곡선에 대해 E*(별표 포함)를 사용합니다. 동일한 상수 C_f = 3.9 × 10⁸, 동일한 임계값 F_TH = 2.6 ksi [18 MPa].

두 표기법은 상호 교환 가능합니다. AASHTO와 AWS는 일관된 피로 프레임워크를 가진 병렬 문서를 발행하므로, E'(AASHTO 컨텍스트, 일반적으로 D1.5에 의해 규제되는 교량 작업)를 인용하는 주석은 E*(D1.1 컨텍스트, 일반적으로 구조 건물 작업)에 직접 매핑됩니다. 어떤 표기법을 사용하는지 의심스러울 때는 C_f 및 F_TH 값이 정식 식별자입니다.

상호 참조: 표 4.5 (설계) 대 표 8.1 (검사)

표 4.5는 설계 표입니다. 이는 세부 사항이 설계 수명 동안 견딜 수 있는 허용 응력 범위를 제어하며, 제작 전에 계산됩니다. 결정 지점은 세부 사항의 F_SR이 하중 조건에 충분한지 여부입니다 — 그렇지 않은 경우 설계가 변경됩니다(다른 세부 사항, 더 큰 단면, 하중 분산을 통한 더 적은 주기).

표 8.1은 검사 표입니다. 이는 정적 하중 구조물과 주기적 하중 구조물로 구분된 완성된 용접부에 대한 육안 검사 허용 기준(균열, 언더컷, 기공, 프로파일, 융합)을 제어합니다. 결정 지점은 제작 후 합격/불합격입니다.

두 가지 모두 “주기 하중”을 참조하고 둘 다 별도의 정적 대 주기 기준을 가지고 있기 때문에 실무자들은 일반적으로 이 둘을 혼동합니다. 이들은 D1.1의 다른 계층이며 프로젝트 수명 주기의 다른 시점에 적용됩니다:

	Table 4.5 (Section 4.17)	Table 8.1 (Section 8.9)
Code layer	Design of welded connections (조항 4 Part C)	Inspection (Clause 8)
Decision point	Pre-fabrication: detail selection + section sizing	Post-fabrication: accept or reject the weld
Who applies it	Engineer of Record at design stage	CWI / qualified inspector after welding
Output	Allowable stress range F_SR; required detail category	Pass/fail per item: 균열, 언더컷, 기공, profile, fusion, weld size
Cyclic vs static	Cyclic: full Table 4.5 framework. Static: framework does not apply (no fatigue check).	Cyclic: tighter 한계 per Item 7 (undercut), Item 8 (porosity), Item 1 (cracks zero either way). Static: looser limits.

검사 계층의 세부 사항 측면 적용 범위 링크: 언더컷, 균열, 기공, 프로파일, 육안 검사.

“두 개의 표, 둘 다 주기적 대 정적 분할, 둘 다 문자 레이블을 가집니다. 이들을 혼동하는 것은 가장 흔한 Part C 시험 실수입니다. 표 4.5는 엔지니어가 설계 시 찾는 것이고, 표 8.1은 CWI가 검사 스테이션에서 찾는 것입니다. 동일한 코드, 다른 결정입니다.”
— CWI exam preparation, structural welding instruction

Welding Across an I-Beam Flange — Applied →

자주 묻는 질문

AWS D1.1 예열 범주 A부터 G까지와 피로 응력 범위 범주 A부터 F까지의 차이점은 무엇입니까?

이들은 AWS D1.1에서 문자 레이블을 공유하는 완전히 다른 개념입니다. 예열 범주 A부터 G까지는 표 5.11에 있으며, 사전 인증된 예열 조회를 용접 공정에 따라 세분화합니다 — 범주 A는 저수소 이외의 전극을 사용하는 SMAW이고, 범주 B는 저수소 SMAW와 SAW/GMAW/FCAW입니다. 원래 A-D는 D1.1:2025에서 A-G로 확장되었습니다. 표 5.6의 강철 그룹 I-V 분류와 함께 최소 예열을 조회하는 데 사용됩니다. 피로 응력 범위 범주 A부터 F까지는 섹션 4.17과 표 4.5 및 그림 4.16에 있으며, 접합부 세부 사항의 피로 강도를 평가합니다 — 범주 A는 용접부에서 떨어진 일반 모재이고, 범주 E*는 가장 불리한 용접 세부 사항입니다. 두 시스템은 서로 매핑되지 않습니다. 강철 그룹 I의 A572 Gr 50이 인장 플랜지의 횡방향 필릿 용접 토우에서 저수소 SMAW(예열 범주 B)로 용접된 경우, 표 4.5의 피로 범주 C에 해당합니다 — 세 가지 독립적인 결정에 대한 세 가지 독립적인 문자 레이블입니다.

F_TH와 F_SR은 무엇입니까?

F_TH는 임계 피로 응력 범위 — 무한 수명에 대한 최대 응력 범위입니다. AWS D1.1:2025 섹션 4.15.1에 따라, 활하중 응력 범위가 F_TH보다 작으면 피로 저항 평가가 필요하지 않습니다. F_TH 값은 세부 사항의 응력 범주에 따라 달라지며 표 4.5에서 읽습니다: 범주 A는 24 ksi [165 MPa], 범주 B는 16 ksi [110 MPa], 범주 C는 10 ksi [69 MPa], 범주 D는 7 ksi [48 MPa], 범주 E는 4.5 ksi [31 MPa], 범주 E*는 2.6 ksi [18 MPa]입니다. F_SR은 유한 수명에 대한 허용 응력 범위이며, 범주별 상수 C_f와 설계 주기 수 N을 사용하여 공식 (4-12) 및 (4-13)으로부터 계산됩니다. F_SR은 항상 F_TH 이상이어야 합니다. 그림 4.16은 모든 범주에 대한 응력 범위 대 주기 곡선을 그래픽으로 나타냅니다.

범주 E*가 가장 불리한 이유는 무엇입니까?

범주 E* 세부 사항은 세 가지 불리한 조건을 결합합니다: 용접 종단부의 기하학적 불연속성(응력을 집중시킴), 해당 불연속부를 가로지르는 인장 하중(용접 토우 또는 종단부에서 균열 발생을 유발함), 그리고 더 두꺼운 모재 단면(응력을 재분배하는 형상의 능력을 제한함). 상수는 C_f = 3.9 × 10⁸이고 임계값은 F_TH = 2.6 ksi [18 MPa]입니다 — 범주 B보다 대략 한 자릿수 낮은 허용 응력 범위입니다. E* 구성에는 플랜지보다 넓은 커버 플레이트가 끝단에 용접되어 있고 플랜지 두께가 0.8 in [20 mm]보다 큰 경우(3.6행), 0.5 in [12 mm]보다 두꺼운 플레이트의 종방향 필릿 끝 연결(4.1행), R이 1 in [25 mm]보다 작은 용접 접근 구멍의 종방향 용접 끝단 모재(3.3행)가 포함됩니다. 두꺼운 플랜지 세부 사항에서는 끝단에 용접이 없는 플랜지보다 넓은 커버 플레이트는 전혀 허용되지 않습니다.

AWS D1.1은 용접 형상에 대한 응력을 증폭시키지 않는 이유는 무엇입니까?

섹션 4.16.1에 따라, 계산된 응력 및 응력 범위는 공칭 응력입니다 — 부재 수준의 탄성 응력 해석을 기반으로 합니다. 응력은 국부적인 기하학적 불연속성에 대한 응력 집중 계수에 의해 증폭될 필요가 없습니다. 해설 C-4.17.2는 그 이유를 설명합니다: 공식 (4-12)부터 (4-23) 및 그림 4.16의 응력 범위 주기 수명 곡선은 실제 기하학적 불연속성을 통합한 실제 시편에 대한 국립 협동 고속도로 연구 프로그램(NCHRP)에 의해 개발되었습니다. 범주 상수 C_f는 이미 접합부 형상의 응력 집중을 포함하고 있으므로, 별도의 노치 계수를 적용하면 효과가 이중으로 계산됩니다. 이것이 동일한 공칭 응력을 가진 두 개의 물리적 용접이 매우 다른 피로 수명을 가질 수 있는 이유입니다 — 범주는 형상을 포착하고, 공칭 응력은 하중을 포착합니다.

AASHTO 세부 사항 E'는 D1.1 E*와 어떻게 관련됩니까?

AASHTO LRFD 교량 설계 사양은 가장 불리한 피로 세부 사항 범주에 대해 기호 E'(프라임/아포스트로피 포함)를 사용합니다. AWS D1.1:2025 표 4.5는 동일한 허용 응력 범위 곡선에 대해 E*(별표 포함)를 사용합니다. 동일한 상수 C_f = 3.9 × 10⁸, 동일한 임계값 F_TH = 2.6 ksi [18 MPa]입니다. 두 표기법은 상호 교환 가능합니다 — 이들은 동일한 피로 강도 곡선을 참조합니다. AASHTO와 AWS는 일관된 피로 프레임워크를 가진 병렬 문서를 발행하므로, E'(AASHTO)를 인용하는 주석은 E*(D1.1)에 직접 매핑됩니다.

CWI Exam Tip: CWI Part C 오픈북 시험에서, 응시자들은 피로에 관한 질문일 때 표 5.11에서 “범주 C”를 찾거나, 예열에 관한 질문일 때 표 4.5에서 “범주 C”를 찾느라 시간을 낭비합니다. 두 표는 다른 조항에 있으며 관련 없는 개념에 동일한 문자 레이블을 사용합니다. 질문 본문을 주의 깊게 읽으십시오 — “예열”이라고 되어 있으면 표 5.11로 이동하십시오. “모재” 또는 “강철 등급”이라고 되어 있으면 표 5.6으로 이동하십시오. “피로,” “응력 범위,” “주기 하중”이라고 되어 있거나 세부 사항(커버 플레이트, 횡방향 필릿, 용접 접근 구멍)을 명시하면 표 4.5로 이동하십시오. 오픈북 탐색 규율에 대해서는 CWI Exam Prep을 참조하십시오.