[토목구조기술사 제140회 2교시 5번]

2교시 5번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

그림과 같은 구조물을 해석하고 전단력도(SFD), 축력도(AFD), 모멘트도(BMD)를 작도하시오. (단위: kN, m)

토목구조기술사 2교시 5번 그림 1
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답안 구조

  1. 개요
  2. 구조물의 기하학적 특성 및 하중 조건
  3. 원호 부재(BC)의 구간별 단면력 산정
  4. 직선 부재(AB)의 구간별 단면력 산정
  5. 단면력도(SFD, AFD, BMD) 작도
  6. 결론

용어 정의

단면력 (Internal Force)
외력이 작용할 때 구조물 내부의 임의의 단면에 저항하여 발생하는 힘으로 축력, 전단력, 휨모멘트를 포함함.
정정 캔틸레버 (Statically Determinate Cantilever)
한쪽 끝이 고정되어 있고 다른 쪽 끝이 자유로운 구조물로, 힘의 평형방정식만으로 지점 반력과 모든 단면력을 구할 수 있음.

핵심 내용

  • 자유단 C에서 θ 위치까지 자유물체도를 잡아 원호 BC 단면력 산정
  • 하중 P를 절단면 접선·법선 방향으로 분해해 축력·전단력 산정
  • 휨모멘트 팔길이는 하중 작용선까지 수평거리 r(1−cosθ)
  • 절점 B에서 기둥 AB로 축력 P와 모멘트 2Pr 전달, 기둥은 단면력 일정
  • 부호 규약(인장 축력 +, 외측 인장 부모멘트 −) 명시 후 AFD·SFD·BMD 작도

공식: NBC(θ)=Pcos⁡θ(0≤θ≤π)N_{BC}(\theta) = P\cos\theta \quad (0 \le \theta \le \pi), VBC(θ)=Psin⁡θ(0≤θ≤π)V_{BC}(\theta) = P\sin\theta \quad (0 \le \theta \le \pi), MBC(θ)=−Pr(1−cos⁡θ)(0≤θ≤π)M_{BC}(\theta) = -Pr(1 - \cos\theta) \quad (0 \le \theta \le \pi), NAB=−P,VAB=0,MAB=−2PrN_{AB} = -P, \quad V_{AB} = 0, \quad M_{AB} = -2Pr

풀이 순서: 자유단 C에서 각 θ 위치까지 자유물체도 분리 → 절단면 접선·법선 방향으로 P를 분해해 N·V 산정 → 하중 작용선까지 수평거리로 휨모멘트 산정 → 절점 B의 축력·모멘트 전달 확인 후 기둥 AB 단면력 산정 → 고정단 A 반력을 구해 전체 평형 검토 → θ 구간별 함수로 AFD·SFD·BMD 작도, 최대값 위치 표기

AI 작성 답안 개요 · 검수 전 · 채점기준과 기준답안은 공개되지 않습니다. 참고용 개요입니다.

출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)

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