정정구조물의 응력 개념

앞에서 정정구조물의 반력에 대해 살펴보았습니다.  

 

■ <이전 글> 정정구조물의 반력 계산 예제

 

여기서부터는 정정구조물에서 발생하는 응력에 대해 살펴보겠습니다. 

▶ 응력이란?

▶ 압축응력, 인장응력, 전단응력, 휨응력

 

응력의 발생과 종류

정정구조물이 안정된 상태를 유지한다면 구조물의 일부분만을 절단하더라도 힘의 평형식은 유지되어야만 합니다. 예를 들어서 아래 그림과 같은 단순보에서 점선으로 둘러싼 부분만 절단해서 본다면 힘의 평형이 유지되려면 절단된 부재 단면에 내력이 있어알만 합니다. 이처럼 부재 단면의 내부에서 발생하는 내력을 응력이라고 합니다.

 

 

 

응력은 작용형태에 따라 축방향력(압축응력, 인장응력), 전단력, 휨모멘트, 비틀림모멘트로 구분할 수 있습니다. 축방향력은 말 그대로 부재의 축방향을 따라 발생하는 응력이고, 전단력은 부재 축의 직각방향으로 발생하는 응력이며, 휨모멘트는 부재를 구부리려는 힘에 저항하기 위해 단면 내부에서 발생하는 응력입니다. 빨래를 짜는 것처럼 구조물을 비트는 힘이 발생할 수도 있지만, 건축구조물을 설계할 때는 가능한 편심이 발생하지 않도록 설계하기때문에 비틀림모멘트는 무시하도록 하겠습니다.

 

응력과 부호

응력을 살펴보기 위해 다음 그림처럼 단순보 부재의 일부 단면(미소단면)만을 잘라서 살펴보겠습니다. 앞에서 얘기한 것처럼 이 미소단면에는 축방향력과 전단력, 휨모멘트가 발생합니다. 일반적으로 이것을 기호로 나타낼 때는 축방항력은 N, 전단력은 V, 휨모멘트는 M으로 나타냅니다.

 

 

축방향력

축방향력은 방향에 따라 인장응력과 압축응력으로 나눌 수 있습니다. 인장응력을 부재 양쪽끝에서 당기는 힘이 작용하는 경우이고, 압축은 이와는 반대로 부재를 축방향으로 눌러서 부재를 찌그러뜨리는 힘이 작용하는 경우입니다. 응력을 계산할 때는 인장을 +, 압축을 -로 니타냅니다.

 

 

전단력

전단력은 부재축에 직각방향으로 발생하는 응력이며 미소단면에서 보면 전단력은 미소단면의 양쪽에서 우력(힘의 크기가 같고 방향이 반대)의 형태로 나타납니다. 이때 전단력이 미소단면을 시계방향으로 회전시키려는 방향으로 작용하면 +, 반시계방향으로 회전시키려는 방향으로 작용하면 -로 나타냅니다.

 

휨모멘트

휨모멘트는 미소단면을 구부리는 방식으로 작용하며, 일반적인 보 부재는 휨모멘트가 작용하면 상부에는 압추응력이 하부에는 인장응력이 발생하게 됩니다. 휨모멘트의 기호는 휨모멘트에 의해 인장력이 발생하는 부위를 +, 압추력이 발생하는 부위를 -로 표기합니다.

 

응력 계산 순서

응력을 계산하는 순서는 다음과 같습니다.

1. 반력을 계산한다.

단면의 응력을 계산하려면 먼저 지점의 반력의 크기와 방향을 먼저 풀어내야 합니다.

2. 응력을 계산한다.

부재의 일부만을 도려낸 후 응력을 계산합니다. 반력은 계산할 때와 마찬가지로 힘의 평형상태를 이용하기 때문에 3개의 평형식을 이용해서 계산합니다.

3. 응력도를 그린다.

응력을 계산한 후에는 응력의 분포와 크기를 나타내는 응력도를 그립니다. 각 응력의 부호는 앞에서 설명한대로 +, -를 나타내고, 휨모멘트는 단면에서 인장응력이 발생하는 부위를 나타냅니다.

 

■ <다음 글> 정정구조물(보)의 응력 계산

 

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