AWS D1.1 · D1.5 · Section 4.17 + 조항 12

Welding Across an I-Beam Flange — What D1.1, D1.5, and AASHTO Actually Say

I형강의 인장 플랜지를 가로질러 용접하는 것은 AWS D1.1에 의해 금지되지 않으며 — 피로 범주화됩니다. 섹션 4.17과 표 4.5는 횡방향 용접을 범주 C, E 또는 E*에 배치하여 허용 응력 범위를 낮춥니다. D1.5 조항 12는 교량 작업에 대해 FCM 조항을 추가합니다.

현장 질문: “플랜지를 가로질러 용접하지 마십시오”는 코드 인용 없이 복음처럼 취급됩니다. 실제 답변은 두 가지 표준에 걸쳐 있습니다. AWS D1.1:2025는 섹션 4.17 + 표 4.5 피로 프레임워크를 통해 비교량 구조 작업을 처리합니다. AASHTO/AWS D1.5:2025는 조항 12 파괴 제어 계획을 통해 교량 작업을 처리합니다. 이 두 계층이 쌓여서 “모든 것이 일화다” 문제가 발생합니다.

한 단락으로 요약된 경험 법칙

I형강 인장 플랜지를 가로질러 용접하는 것은 AWS D1.1:2025에 의해 금지되지 않습니다. 이는 피로 범주화됩니다: 섹션 4.17과 표 4.5는 인장 하중을 받는 판 요소의 횡방향 용접을 범주 C, E 또는 E*에 배치하며, 이는 종방향 용접보다 낮은 허용 응력 범위를 생성합니다. 동일한 주기적 하중을 지지하려면 단면이 커져야 하므로 실제 프로젝트에서는 해당 상세를 사용하지 않습니다. AWS D1.5:2025에 의해 규제되는 교량 작업에서는 파괴에 민감한 부재의 인장 영역에 대한 모든 용접이 D1.1 피로 페널티 외에 조항 12 파괴 제어 계획 조항을 유발합니다 — 필수 CVN 시험, 수소 제어 전극, 건조 일정 및 자격을 갖춘 검사관이 필요합니다. 정적 하중 및 EOR 스탬프 도면은 두 경우 모두 경험 법칙을 무효화할 수 있습니다. 용접 중 활하중 좌굴은 별개의 문제입니다.

일반 D1.1 (비교량) — 피로 범주화, 금지되지 않음

For structural steel work covered by AWS D1.1:2025 — buildings, industrial frames, transmission towers, anything that is not a highway bridge — the design rule for cyclically 로드됨 transverse welds lives in Part C of Clause 4 (Sections 4.15 through 4.17). The framework is fatigue-design, not prohibition.

섹션 4.15.1에 따르면: “활하중 응력 범위가 임계 응력 범위 F_TH (표 4.5 참조) 미만인 경우 피로 저항 평가가 필요하지 않습니다.” F_TH 미만에서는 상세가 무한 수명을 가지며, F_TH 이상에서는 허용 응력 범위가 공식 (4-12)부터 (4-19)까지와 표 4.5의 범주별 상수 C_f 및 F_TH에서 나옵니다. 그림 4.16은 응력 범주 A, B, B*, C, D, E, E* 및 F에 대한 곡선을 그래픽으로 나타냅니다.

횡방향 플랜지 용접은 어디에 해당합니까? 섹션 4.17.2는 직접적으로 명시합니다: “십자형, T형 및 코너 조인트 상세에서 CJP 용접, PJP 용접, 필릿 용접 또는 이전의 조합으로 응력 방향에 횡방향으로 인장 하중을 받는 판 요소의 경우… 범주 C” (공식 4-16 및 4-17). 특정 구성은 표 4.5 섹션 5에 따라 분류됩니다:

Line 5.4 — 용접 금속 and 모재 in or adjacent to CJP groove welds in T- or corner joints, 용접 reinforcement not removed: Category C (C_f = 44 × 10⁸; F_TH = 10 ksi [69 MPa]).
Line 5.7 — Pair of fillet welds on opposite sides of a tension-loaded plate element, transverse: Category C at the weld toe; root 균열 use a separate formula.
Line 5.8 — Base metal of tension-loaded plate elements and on built-up shapes and rolled beam webs or flanges at toe of transverse fillet welds, adjacent to welded transverse stiffeners: Category C.

응력에 평행한 종방향 용접과 비교 (표 4.5 섹션 3):

Line 3.1 — Continuous longitudinal CJP groove welds in built-up members: Category B (C_f = 120 × 10⁸; F_TH = 16 ksi [110 MPa]).
Line 3.2 — Continuous longitudinal CJP with backing left in place, or continuous PJP: Category B' (C_f = 61 × 10⁸; F_TH = 12 ksi [83 MPa]).

동일한 물리적 용접, 다른 형상. 횡방향의 경우 임계 응력 범위에서 약 2-4배의 손실과 주기 수명에서 유사한 마진을 잃습니다. 횡방향 필릿으로 동일한 주기적 하중을 지지하려면 단면이 커집니다. 대부분의 비-교량 프로젝트에서 엔지니어는 하중 경로를 변경하거나 다른 연결을 사용합니다 — 경험 법칙은 “범주 페널티로 인해 비실용적이다”라는 현장 약어입니다.

현재 D1.1의 중요한 프레임 변경 사항: 섹션 4.15.4는 “이 코드는 더 이상 중복 부재와 비중복 부재 간의 구분을 인식하지 않습니다.”라고 명시합니다. 파괴에 민감한 개념은 D1.1에서 D1.5로 옮겨졌습니다. 따라서 프로젝트가 D1.1 단독으로 규제되는 경우 FCM은 구속력 있는 코드에 포함되지 않습니다. 프로젝트가 D1.5에 의해 규제되는 경우 FCM이 포함됩니다.

교량 작업 — D1.5 조항 12 FCM 조항

For highway bridges governed by AASHTO/AWS D1.5:2025, transverse welds on tension flanges trigger an additional layer beyond the D1.1 fatigue 범주 penalty: the Clause 12 Fracture Control Plan (FCP). Per Section 12.1: “This clause shall apply to fracture-critical nonredundant members. All steel bridge members and member components specified on the contract drawings or elsewhere in the contract documents as fracture critical shall be subject to the additional provisions of this clause.”

섹션 12.2.2는 부재를 정의합니다: “AASHTO LRFD 교량 설계 사양은 FCM을 파괴 시 교량의 일부 또는 전체가 붕괴될 가능성이 있는 인장 하중을 받는 강철 주 부재 또는 그 일부로 정의합니다.”

D1.5 섹션 12.2.2.1의 부착 규칙은 엔지니어를 당황하게 하는 규칙입니다: “베어링 솔 플레이트를 제외하고 FCM의 인장 영역에 용접된 모든 부착물은 FCM 내에서 계산된 인장 응력 방향으로 부착물의 치수가 100mm [4인치]를 초과하는 경우 FCM으로 간주됩니다.” FCM 거더의 인장 플랜지에 횡방향으로 용접된 4인치 길이의 보강재는 그 자체로 FCM입니다. 이를 부착하는 모든 용접은 FCP를 상속받습니다.

D1.5 섹션 12.2.2.2에 따르면: “베어링 솔 플레이트에 대한 용접을 제외하고 FCM에 대한 모든 용접은 파괴에 민감한 것으로 간주되며 이 FCP의 요구 사항을 준수해야 합니다. 압축 부재 또는 굽힘 부재의 압축 영역에 대한 용접은 파괴에 민감한 것으로 정의되지 않습니다.”

FCP는 무엇을 추가합니까? 섹션 12.6.3에 따른 필수 CVN 인성 시험. H-지정자 시스템 (H4, H8, H16)에 따른 수소 제어 전극. 섹션 12.6.4부터 12.6.6까지의 엄격한 전극 건조 및 보관 일정. 선임 검사관 자격 요건 (D1.5 섹션 12.16.1.1에 따른 최소 3년의 강교 제작 검사). 강종 및 두께 외에 수소 및 입열량을 조회 축으로 추가하는 별도의 예열 표 (표 12.4부터 12.8까지).

이러한 조합으로 인해 교량 작업에서 “플랜지를 가로질러 용접”하는 것이 비싸집니다: D1.1의 피로 범주 페널티가 단면 크기를 결정하고, D1.5의 FCP가 NDE, 전극 제어 및 검사관 비용을 추가합니다.

Look Up D1.5 FCM 예열 →

정적 대 주기적 — 규칙이 존재하는 이유

D1.1 조항 4의 파트 C (섹션 4.15부터 4.18까지)는 주기적으로 하중을 받는 연결을 규제합니다. 정적 하중은 규제하지 않습니다. 정적 중력 하중을 지지하는 1/2인치 두께의 플랜지에 1인치 횡방향 용접은 표 4.5에 의해 전혀 구속되지 않습니다 — 피로 프레임워크는 활하중이 F_TH를 초과하는 응력 범위를 생성할 때만 작동합니다.

현장 현실은 현장에서 플랜지를 가로질러 용접되는 대부분의 경우가 구조물의 수명 동안 주기적 하중을 받게 된다는 것입니다. 트레일러 프레임은 도로 진동을 겪습니다. 교량은 트럭 하중을 받습니다. 크레인 활주로는 리프트 사이클을 겪습니다. 산업용 건물조차도 건설 후 5년 후에 HVAC 장치, 컨베이어 또는 진동 장비를 구조물에 볼트로 고정하면 주기적 하중을 받을 수 있습니다. 경험 법칙은 상세의 범주가 용접공의 원래 의도가 아니라 구조물을 따른다는 사실 때문에 존재합니다.

섹션 4.16.1에 따르면: “계산된 응력 및 응력 범위는 부재 수준의 탄성 응력 해석을 기반으로 한 공칭 값이어야 합니다. 국부적인 기하학적 불연속성에 대한 응력 집중 계수로 응력을 증폭할 필요는 없습니다.” 표 4.5의 범주 상수는 이미 조인트 형상의 응력 집중을 포함하고 있습니다. 해설 C-4.17.2는 명확합니다: “공식 (4-12)부터 (4-23)까지 제공되고 그림 4.16에 그래픽으로 표시된 응력 범위 주기 수명 곡선 기준은 실제 기하학적 불연속성을 통합한 실제 상세에 대한 NCHRP (National Cooperative Highway Research Program) 후원 연구를 통해 개발되었으므로 노치 효과를 설명하기 위해 계산된 응력을 증폭하는 것은 부적절합니다.”

이것은 “왜 응력을 증폭하지 않는가”라는 질문에 답합니다. 범주 자체가 증폭입니다 — NCHRP 테스트 프로그램은 실제 기하학적 불연속성을 가진 실제 시편을 사용하여 곡선을 도출했습니다.

보가 하중을 받는 동안의 용접 — 활하중 좌굴 (별도 문제)

일반적인 현장 의견은 “보가 하중을 받는 동안 플랜지를 가로질러 용접할 수 없습니다 — 좌굴될 수 있습니다.” 이는 맞지만 피로 범주와는 다른 문제입니다. 활하중 좌굴 문제는 용접 작업 중 단면 강성의 국부적인 손실입니다: 열영향부는 임계 온도 범위를 통과할 때 일시적으로 항복 강도를 잃으며, 그 순간 부재가 활중력 하중을 지지하고 있다면 가열된 단면이 처지거나, 비틀리거나, 측면으로 좌굴될 수 있습니다.

이것은 제작 순서 및 지지 문제이며 피로 범주 문제는 아닙니다. 아직 하중을 받지 않은 부재에 제작 중 이루어진 용접 (일반적인 현장 제작 사례)은 이러한 문제를 일으키지 않습니다. 하중을 받는 기존 구조물에 이루어진 용접 (개조, 수리, 작동 장비에 부착물 설치)은 하중을 제거하기 위한 임시 지지 또는 스트립이 고온에 있을 때 잔류 단면이 하중을 지지할 수 있는지에 대한 계산 확인이 필요합니다.

For 보수 work specifically, D1.1 Clause 10 governs welded modification or repair of existing structures, including the heat-effect-on-loaded-member analysis the Engineer must perform.

AASHTO 상세 E' = D1.1 E* — 가장 불리한 범주

AASHTO LRFD 교량 설계 사양은 가장 불리한 피로 상세 범주에 대해 기호 E' (프라임/아포스트로피 포함)를 사용합니다. AWS D1.1:2025 표 4.5는 동등한 값에 대해 E* (별표 포함)를 사용합니다 — 상수 C_f = 3.9 × 10⁸, 임계 F_TH = 2.6 ksi [18 MPa]. 두 표기법은 동일한 허용 응력 범위 곡선을 나타냅니다.

E*는 어디에 나타납니까? 표 4.5 섹션 3에 따르면:

Line 3.6 — Base metal at ends of partial-length welded cover plates wider than the flange, with welds across the ends, flange 두께 > 0.8 in [20 mm]: E*.
Line 3.7 — Cover plates wider than the flange without welds across the ends: E* for thin flanges; not permitted for flange thickness > 0.8 in [20 mm].
Line 4.1 — Longitudinal fillet welded end connections, plate thickness t > 0.5 in [12 mm]: E*.
Line 3.3 — Base metal at ends of longitudinal welds terminating at weld access holes, R ≥ 3/8 in [10 mm] without grinding: E*.

패턴: E*는 기하학적 불연속성, 횡방향 용접 종단 및 인장 플랜지 위치를 결합한 상세에서 발생합니다. CWI Part C 시험 또는 구조 엔지니어의 상세 검토에서 E* / E' 구성을 인식하는 것은 설계 수명을 지속하는 상세와 용접 토우에서 피로 균열로 인해 서비스 중 파손되는 상세 간의 차이입니다.

8가지 응력 범위 범주 (B* 및 E*를 포함한 A부터 F까지)에 대한 범주별 안내는 D1.1 피로 응력 범주 설명 참조 페이지를 참조하십시오.

구속 코너의 1/4인치 윤곽 필릿

하나의 관련 조항은 섹션 4.18.3에 있습니다: “인장 또는 굽힘으로 인한 인장을 받는 횡방향 코너 및 T-조인트에서, 구속 코너에 최소 1/4인치 [6mm] 크기의 단일 패스 윤곽 필릿 용접을 추가해야 합니다.” 이것은 구속 코너 CJP 조인트의 용접 토우에서 기하학적 불연속성을 매끄럽게 하는 주기적으로 하중을 받는 규칙 (파트 C가 규제)입니다 — 예를 들어 그림 5.1의 TC-U4a에 표시된 점선 윤곽 필릿입니다. 윤곽 필릿과 보강 필릿의 구분에 대한 자세한 내용은 베벨 그루브 용접 기호 페이지를 참조하십시오.

“비교량 작업에서 ‘플랜지를 가로질러 용접하지 마십시오’라는 경험 법칙은 코드 금지가 아니라 — 표 4.5의 피로 범주 페널티로 인해 단면이 비경제적이 되는 것입니다. 교량 작업에서는 D1.5 조항 12가 FCM 처리를 추가합니다 — 이는 다른 문제입니다. 이 둘을 혼동하는 것이 규칙을 신비롭게 들리게 만듭니다.”
— Field observation, structural fabrication practice

D1.1 Fatigue Stress Categories 설명 →

자주 묻는 질문

I형강 플랜지를 가로질러 용접하는 것이 AWS 코드에 위배됩니까?

AWS D1.1에 의해 규제되는 비-교량 구조 작업의 경우, 아니요 — 금지되지 않습니다. 피로 범주화됩니다. 섹션 4.17과 표 4.5는 십자형, T형 및 코너 조인트의 인장 하중을 받는 판 요소에 대한 횡방향 용접을 상세에 따라 범주 C, E 또는 E*에 배치합니다. 그 결과 종방향 용접보다 낮은 허용 응력 범위가 발생하여 동일한 주기적 하중을 지지하기 위해 더 큰 단면이 필요합니다. 정적 하중에서는 제약이 사라집니다. AWS D1.5에 의해 규제되는 교량 작업의 경우, 파괴에 민감한 부재는 추가 조항 12 조항의 적용을 받습니다. 두 경우 모두 기록 엔지니어의 스탬프 도면과 WPS가 규제합니다.

플랜지에 세로로 용접하는 것은 괜찮지만 가로로 용접하는 것은 불이익을 받는 이유는 무엇입니까?

응력선에 평행한 종방향 용접은 D1.1 표 4.5의 섹션 3에 해당합니다 — 일반적으로 범주 B 또는 B' (조립 부재를 연결하는 연속 CJP 또는 PJP 그루브 용접)입니다. 균열 시작점은 내부 용접 불연속성인데, 연구에 따르면 이는 더 높은 허용 응력 범위를 생성합니다. 인장 플랜지를 가로지르는 횡방향 용접은 섹션 5에 해당합니다 — 보강재가 제거되지 않은 CJP T형 또는 코너 조인트의 경우 범주 C (5.4행), 압연 보 플랜지의 보강재에 인접한 횡방향 필릿의 경우 범주 C (5.8행), 플랜지보다 넓은 커버 플레이트의 경우 범주 E 또는 E* (3.6, 3.7행)입니다. 균열은 주기적 인장 하에서 용접 토우에서 시작되며, 이는 훨씬 짧은 피로 수명을 가집니다. 동일한 물리적 용접, 다른 형상, 다른 범주입니다.

AASHTO 상세 E'는 무엇이며 D1.1 E*와 일치하는 이유는 무엇입니까?

AASHTO LRFD 교량 설계 사양은 가장 불리한 피로 상세 범주에 대해 기호 E' (프라임/아포스트로피 포함)를 사용합니다. AWS D1.1:2025 표 4.5는 동등한 값에 대해 E* (별표 포함)를 사용합니다 — 상수 3.9 × 10⁸ 및 임계 응력 범위 2.6 ksi [18 MPa]. 두 표기법은 동일한 허용 응력 범위 곡선을 나타냅니다. 둘 다 플랜지보다 넓은 커버 플레이트, 끝단에 용접이 없는 커버 플레이트, 0.5인치 [12mm]보다 두꺼운 판의 종방향 필릿 끝단 연결과 같은 상세에 적용됩니다. AASHTO와 AWS는 병렬 문서를 발행합니다 — 언급이 E' (AASHTO)를 인용할 때 D1.1 등가물은 E*입니다.

AWS D1.1은 여전히 파괴에 민감한 부재를 인식합니까?

아니요. AWS D1.1:2025 섹션 4.15.4는 다음과 같이 명시합니다: "이 코드는 더 이상 중복 부재와 비중복 부재 간의 구분을 인식하지 않습니다." 파괴에 민감한 부재 (FCM) 개념은 교량 작업에 대한 AASHTO/AWS D1.5 조항 12에 전적으로 존재합니다. D1.1 해설은 중복/비중복 구분이 실제 피로 성능 차이가 아니라 파괴 결과 판단에 기반을 두었다고 설명합니다. AASHTO는 교량 (붕괴 위험이 구체적인 곳)에 대한 개념이 계속 필요했기 때문에 D1.5로 이전되었습니다. D1.1만으로 작업하는 경우 FCM은 코드에 없습니다. D1.5로 작업하는 경우 FCM의 인장 영역에 대한 모든 용접 (베어링 솔 플레이트 예외 포함)은 파괴에 민감하며 조항 12 조항을 유발합니다.

구속 코너에 대한 1/4인치 윤곽 필릿 규칙은 무엇입니까?

AWS D1.1:2025 섹션 4.18.3은 인장 또는 굽힘으로 인한 인장을 받는 횡방향 코너 및 T-조인트의 구속 코너에 최소 1/4인치 [6mm] 크기의 단일 패스 윤곽 필릿 용접을 요구합니다. 이것은 정적 규칙이 아니라 주기적으로 하중을 받는 피로 규칙입니다 — 조항 4의 파트 C는 주기적으로 하중을 받는 연결을 규제합니다. 윤곽 필릿은 용접 토우의 기하학적 불연속성을 매끄럽게 하여 균열 시작점을 이동시키고 해당 상세에 대한 피로 범주를 개선합니다. 이는 사전 자격 조인트 상세 (그림 5.1부터 5.10까지) 위에 적용됩니다 — 예를 들어 그림 5.1의 TC-U4a에 표시된 점선 윤곽 필릿입니다. 엔지니어는 계약 도면에 이를 명시합니다. 표시되지 않은 경우에도 주기적으로 하중을 받는 모든 구속 코너 조인트에 대해 1/4인치 최소값이 여전히 적용됩니다.

CWI 시험 팁: 표 4.5 (피로 설계)와 표 8.1 (육안 검사 합격)은 CWI Part C 시험에서 함께 출제됩니다 — 실무자들은 흔히 이들을 혼동합니다. 표 4.5는 제작 전의 허용 응력 범위를 규제합니다. 표 8.1은 제작 후의 합격/불합격을 규제합니다. 동일한 물리적 용접에 대한 두 가지 다른 결정, 두 가지 다른 코드 계층입니다. 오픈북 탐색 규율에 대해서는 CWI Exam Prep을 참조하십시오.