[토목구조기술사 제140회 4교시 6번]

4교시 6번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

구조물의 비선형 구조해석이 필요한 이유에 대하여 설명하고, 그림과 같이 순수 휨()을 받는 지간 인 단순지지보에서 보 재료의 응력-변형률 관계가 일 경우, 단순지지보에 발생하는 최대 휨응력 과 최대 처짐 을 구하시오.

토목구조기술사 4교시 6번 그림 1

토목구조기술사 4교시 6번 그림 2

답안 개요 보기

답안 구조

  1. 비선형 구조해석의 필요성
  2. 단면의 응력 및 모멘트 평형방정식
  3. 단순지지보의 최대 휨응력 산정
  4. 단순지지보의 최대 처짐 산정

용어 정의

재료적 비선형
재료의 소성, 크리프 등으로 인해 응력-변형률 관계가 비례하지 않고 비선형적으로 거동하는 특성
순수 휨
보에 전단력이나 축력이 작용하지 않고 일정한 휨모멘트만이 작용하는 응력 상태
곡률
휨을 받는 보의 중립축이 휘어지는 정도를 나타내며, 평면유지 가정 시 변형률과 단면 중심축으로부터의 거리 비로 정의됨

핵심 내용

  • 실제 구조물의 극한 내력, 붕괴 메커니즘, 잔류 변형 파악
  • 지진·강풍 등 극한 하중에서 소성 거동·에너지 소산 능력 평가
  • 기하학적 비선형(대변형, P-Δ)과 재료적 비선형(소성, 균열) 고려
  • 평면유지로 변형률은 선형, 응력은 y^{0.4}에 비례하는 비선형 분포
  • 순수 휨으로 곡률이 일정해 원호 변형, 중앙 처짐은 곡률과 지간으로 산정

공식: ε=κy\varepsilon = \kappa y, f=K(κy)0.4f = K(\kappa y)^{0.4}, M=2∫0hf b y dyM = 2\int_{0}^{h} f\, b\, y\, dy, fmax=K(κh)0.4f_{max} = K(\kappa h)^{0.4}, δmax=κL28\delta_{max} = \frac{\kappa L^{2}}{8}

풀이 순서: 평면유지 가정으로 변형률-곡률 관계 설정 → 응력-변형률 관계에 대입해 단면 응력 분포식 작성 → 단면 적분으로 내부 모멘트를 곡률의 함수로 표현 → 외력 M과 같다고 두어 곡률 κ를 M으로 표시 → 연단(y=h) 응력으로 최대 휨응력 f_max 표현 → 곡률 일정 조건의 중앙 처짐식에 L=20h 대입

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

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