개념 한 쪽
토목구조물은 사용 조건과 하중의 특성에 따라 여러 형식으로 구분된다. 재료별 특징과 지지 조건, 하중의 작용점을 이해하면 형식 선택과 설계 검토를 쉽게 한다.
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출제기준 단원 「토목구조물의 형식」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 재료 특성 판단 | 1 | 강재의 물리적 및 시공적 특성을 고르기 |
| 형식 명칭 판별 | 1 | 강재 보와 콘크리트 슬래브의 일체 구조 명칭을 묻기 |
| 하중 작용 및 적용 | 1 | 차량 원심하중의 작용점과 방향을 적용하는 방법 묻기 |
토목구조물에 작용하는 하중은 지속성에 따라 주하중과 예외 하중으로 나눈다. 주하중은 구조물이 사용하는 동안 상시 또는 거의 상시 작용하는 하중으로 자중, 토압, 수압 등이 해당한다. 반면 지진력은 특정 순간에만 크게 작용하는 예외 하중으로 분류된다.
재료의 특성은 구조 형식에 직접적인 영향을 준다. 강재는 공장에서 정밀하게 제작되어 균질성이 우수하고 현장에서 용접이나 볼트로 조립하기 쉬워 합성 구조와 같은 공법에 유리하다. 그러나 강재는 진동을 잘 전달하여 소음이 발생하기 쉬운 특성을 가진다.
합성 구조는 서로 다른 재료가 일체로 작용하도록 한 형식이다. 예컨대 강재 보 위에 철근 콘크리트 슬래브를 연결하여 두 재료가 하중을 분담하게 하면 합성 구조의 장점인 재료별 유리한 성질을 동시에 이용할 수 있다.
슬래브의 지지 조건에 따라 1방향 슬래브와 2방향 슬래브로 구분한다. 마주 보는 두 변만 지지되면 하중이 한 방향으로 주로 전달되어 1방향 슬래브라 하고, 네 변이 지지되어 두 방향으로 휨이 발생하면 2방향 슬래브라 한다.
교량 등에서 차량이 곡선상을 지날 때 발생하는 원심하중은 수평 방향 하중으로 취급한다. 설계 시 원심하중의 작용점을 차량 무게중심 높이로 보고 교면상 1,800mm 높이에서 수평으로 작용하는 하중으로 본다.
정역학적 평형 조건은 모든 방향의 힘 합과 모멘트 합이 0이어야 한다. 즉 수평력 합, 수직력 합, 모멘트 합이 각각 0이 되어야 구조물이 정적으로 평형을 유지한다.
기초가 지반으로부터 지탱할 수 있는 허용 하중은 기초의 바닥 면적에 허용 지지력을 곱하여 구한다. 예를 들어 독립 확대 기초의 크기가 2m×3m이고 허용 지지력이 20kN/m²이면 면적은 6m²이고 허용 하중은 6×20=120kN이 된다.
합성 구조의 예는 강재 보 위에 철근 콘크리트 슬래브를 설치하여 두 재료가 전단 연결로 일체로 작용하게 한 경우이다. 이 형식은 강의 인장성능과 콘크리트의 압축성능을 함께 활용하는 방식이다.
구조 재료로서 강재의 특징으로 올바른 것은?
정답 ③ · 구조 재료로서 강재의 특징 중 올바른 것을 고르는 문제이다. 강재는 압연 제조 공정상 균질성이 우수하고, 공장에서 부재를 사전 제작하여 현장에서 볼트나 용접으로 조립하기 쉬우며, 보수 보강도 비교적 용이하다.
강재는 균질하고 조립이 용이하지만, 차량 통행 시 진동과 마찰로 인해 소음이 발생하기 쉬운 특징이 있다.
토목 구조물의 종류에서 강재의 보 위에 철근 콘크리트 슬래브를 이어 쳐서 양자가 일체로 작용하도록 하는 구조는 어느 것인가?
정답 ① · 강재 보와 철근 콘크리트 슬래브를 일체로 작용시키는 구조 형식을 묻는 문제이다. 강재 보 위에 철근 콘크리트 슬래브를 타설하고 스터드 전단 연결재 등으로 두 부재를 연결하면 하중을 공동으로 지지하는 합성 구조가 된다.
강재 보 위에 콘크리트 슬래브를 얹어 일체로 작용하게 하는 구조는 두 재료가 힘을 함께 나누어 지지하는 합성 구조이다.
차량이 교량의 곡선상을 달리는 경우에는 원심력에 의한 하중이 교량에 작용하게 된다. 이러한 원심하중을 설계에 적용하는 방법 중 옳은 것은?
정답 ① · 차량이 교량의 곡선상을 달릴 때 발생하는 원심력에 의한 원심하중은 설계 시 교면상 1.8m의 높이에서 수평방향으로 작용하는 것으로 봅니다. 이는 차량의 무게중심 높이를 고려한 것으로 교량의 횡방향 안정성을 검토할 때 중요한 하중입니다.
곡선 교량 주행 시 원심하중은 차량 무게중심 높이인 교면상 1.8m에서 수평 방향으로 작용한다.
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