[토목구조기술사 제140회 3교시 4번]

3교시 4번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

그림과 같이 3개 지점으로 지지된 2경간 연속보의 모든 지점반력 및 B지점의 모멘트 MB를 구하시오.

[조 건]

  • AB구간: 길이 L1=6 m, 단면강성 EI, 등분포하중 W1=20 kN/m
  • BC구간: 길이 L2=6 m, 단면강성 2EI
  • B점에서 0 kN/m, C점에서 W0=20 kN/m로 선형 증가하는 삼각형 분포하중 작용
  • C점에는 집중모멘트 M0=30 kN·m가 후킹(부모멘트)을 유발하는 방향으로 작용
  • 매트릭스 구조 해석법을 제외한 기타 구조 해석법을 이용
  • 토목구조기술사 3교시 4번 그림 1
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    답안 구조

    1. 개요
    2. 구조 해석법 선정 및 기본 가정
    3. 각 경간별 고정단 모멘트(FEM) 산정
    4. 경계조건 및 처짐각 방정식 구성
    5. B지점 모멘트 산정
    6. 자유물체도를 이용한 각 지점반력 산정

    용어 정의

    처짐각법 (Slope-Deflection Method)
    부재 단부의 모멘트를 절점의 처짐각과 처짐의 함수로 나타내어 연속보나 라멘 구조물을 해석하는 대표적인 변위법
    고정단 모멘트 (Fixed End Moment)
    외부 하중이 작용할 때 부재의 양단을 완전히 고정했다고 가정할 경우 발생하는 단부의 모멘트
    후킹 (Hogging Moment)
    보의 상부 연단에 인장응력을 유발하는 부(-)의 휨모멘트로, 본 문제에서는 C점에 외부 모멘트로 작용함

    핵심 내용

    • 처짐각법 또는 3연모멘트법 등 고전적 해석기법 적용
    • AB구간(EI)과 BC구간(2EI)의 단면강성 차이 반영
    • 삼각형 분포하중에 대한 고정단 모멘트 산정
    • 시계방향 + 규약에서 C점 단부모멘트는 후킹 외력모멘트와 같게(+M_0) 적용
    • 절점 B에서의 모멘트 평형조건을 활용한 미지수 해석

    공식: FEMAB=−W1L1212,FEMBA=W1L1212FEM_{AB} = -\frac{W_1 L_1^2}{12}, FEM_{BA} = \frac{W_1 L_1^2}{12}, FEMBC=−W0L2230,FEMCB=W0L2220FEM_{BC} = -\frac{W_0 L_2^2}{30}, FEM_{CB} = \frac{W_0 L_2^2}{20}, MAB=2EIL1(2θA+θB)+FEMAB=0M_{AB} = \frac{2EI}{L_1}(2\theta_A + \theta_B) + FEM_{AB} = 0, MBA=2EIL1(2θB+θA)+FEMBAM_{BA} = \frac{2EI}{L_1}(2\theta_B + \theta_A) + FEM_{BA}, MBC=2(2EI)L2(2θB+θC)+FEMBCM_{BC} = \frac{2(2EI)}{L_2}(2\theta_B + \theta_C) + FEM_{BC}, MCB=2(2EI)L2(2θC+θB)+FEMCB=M0M_{CB} = \frac{2(2EI)}{L_2}(2\theta_C + \theta_B) + FEM_{CB} = M_0

    풀이 순서: AB 경간의 등분포하중과 BC 경간의 삼각형 하중에 대한 고정단 모멘트(FEM)를 각각 계산 → 지점 A, B, C의 처짐각을 미지수로 설정하여 처짐각 방정식 작성 → A점 힌지(M_AB=0), C점 M_CB=+M_0 조건으로 처짐각 관계식 유도 → B점의 연속 지점 조건에 따른 모멘트 평형방정식(M_BA + M_BC = 0)을 구성 → 평형방정식을 연립하여 처짐각을 구한 후, B지점의 단부 모멘트(M_B) 도출 → 각 경간(AB, BC)의 자유물체도를 분리하고 구해진 M_B를 단부 하중으로 재하 → 각 분리된 경간에서 힘과 모멘트의 평형조건을 적용하여 A, B, C점의 최종 지점반력 산출

    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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