개념 한 쪽
철골보는 휨모멘트와 전단, 처짐을 함께 견뎌야 한다. 휨이 큰 곳에는 플랜지에 판을 덧대 보강하고, 얇은 웨브는 스티프너로 좌굴을 막는다. 슬래브와 보를 합성보로 만들면 전단연결재가 두 재료를 이어 준다.
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출제기준 단원 「휨재 설계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 구성 부재 확인 | 1 | 플레이트보 구성부재 빼기 |
| 처짐량 계산 | 1 | 등분포 하중 보의 처짐 구하기 |
| 단면 변화 이해 | 1 | 플랜지 절단 보의 거동 고르기 |
H형강의 플랜지에 붙이는 커버플레이트는 휨모멘트가 큰 부분의 휨내력을 보강한다. 단면의 위아래를 넓혀 단면계수를 키우는 방법이다. 커버플레이트의 전단면적은 플랜지 전단면적의 50% 이내로 제한하며, 85%까지 허용하는 규정은 없다.
판보는 웨브가 얇아 전단응력이나 휨응력, 지압응력에 의한 좌굴이 생길 수 있다. 이를 막기 위해 스티프너를 설치한다. 스티프너는 웨브의 국부좌굴을 억제하고 보의 전단 저항을 돕는다. 판보는 플랜지와 웨브, 스티프너, 커버플레이트로 구성되며 윙 플레이트는 구성부재가 아니다.
단순보의 처짐은 등분포하중을 받을 때 하중과 길이의 네제곱에 비례하고, 탄성계수와 단면2차모멘트에 반비례한다. 길이가 조금만 늘어도 처짐이 크게 증가하므로 처짐 검토에서 경간의 영향을 정확히 반영해야 한다.
합성보에서는 바닥슬래브와 철골보 사이에 전단력이 생긴다. 이 힘을 전달해 두 재료가 함께 작용하도록 하는 부품이 쉬어 커넥터다. 전단연결재가 없으면 슬래브와 보가 따로 움직여 합성 작용이 성립하지 않는다.
휨재 문제는 보강재의 역할과 단면의 구성을 뒤바꾼다. 커버플레이트를 전단 보강용으로 소개하거나, 스티프너를 휨 보강재로만 설명하면 틀리다. 판보의 구성부재에 윙 플레이트를 넣거나, 커버플레이트 전단면적 한도를 85%로 늘리는 선지도 함정이다. 처짐이 단면2차모멘트에 비례한다고 바꾸는 것도 어긋난다.
철골조 플레이트보(plate girder)의 구성부재에 해당되지 않는 것은?
정답 ① · 철골조 플레이트보(Plate Girder)는 주로 플랜지 플레이트, 웨브 플레이트, 스티프너(Stiffener), 커버 플레이트 등으로 구성되어 휨 및 전단력에 저항합니다. 윙 플레이트(Wing Plate)는 플레이트보의 일반적인 구성 부재로 분류되지 않는 용어입니다.
플레이트보는 플랜지, 웨브, 스티프너, 커버 플레이트로 구성되며 윙 플레이트는 해당 부재가 아니다.
H형강을 사용한 길이 6m인 단순보에 5kN/m의 등분포 하중 재하시 최대처짐량은? (단, Es=206,000MPa, Ix=4720cm4, 좌굴의 영향은 없는 것으로 가정)
정답 ③ · 단순보의 등분포 하중에 의한 최대 처짐량은 δ = 5wL⁴ / (384EI)로 계산됩니다. 주어진 값을 대입하면 w=5N/mm, L=6000mm, E=206000N/mm², I=4720×10⁴ mm⁴이며, 이를 계산하면 약 8.68mm의 처짐량이 산출됩니다.
단순보 등분포 하중 처짐량 공식 δ=5wL⁴/384EI에 단위 통일 후 대입하면 8.68mm가 나온다.
등분포하중을 받는 단순지지 철골보 H-700×300×13×24(A=235.5cm², Ix=201,000cm4)의 하부 플랜지 양쪽이 105cm씩 절단(하주 플랜지 폭이 270mm로 됨)되었을 때의 설명 중 적당한 것은?
정답 ④ · 하부 플랜지가 절단되면 단면의 중립축은 상부로 이동하게 되고, 단면 2차 모멘트와 단면계수가 변화합니다. 이로 인해 하부 플랜지의 응력은 커지고 상부 플랜지의 응력은 상대적으로 감소하며, 상부 플랜지쪽 단면계수의 감소량이 하부보다 작게 나타나게 되므로 4번이 적당한 설명입니다.
하부 플랜지 절단 시 중립축 상부 이동, 하부 응력 증가, 상부 응력 감소, 상부 단면계수 감소량이 하부보다 작다.
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