개념 한 쪽
옹벽의 안전성 검토는 전도, 미끄러짐, 침하 등 주요 파괴 형식을 구분하고 각 항목에 맞는 저항력을 평가하는 과정이다. 옹벽 형식에 따라 저항 원리와 설계상 고려사항이 달라지므로 형식별 특징을 이해해야 한다. 또한 부재의 응력과 허용응력 관계에서 안전도를 산정하여 설계의 적합성을 판단한다.
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출제기준 단원 「옹벽의 안전성 검토」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 장주의 강·약축과 좌굴 방향 구별 | 1 | 단면 2차 모멘트에 따른 좌굴 발생 방향을 가림 |
| 단면응력 및 응력도 계산 | 1 | 주어진 하중과 단면에서 응력도를 계산하는 절차를 묻음 |
| 벽돌담 측지 간격 산정 | 1 | 풍압·벽 두께·최대비율로 측지 설치 간격을 결정함 |
옹벽은 흙의 횡압을 견디기 위해 설계된 구조물이며 안정성 검토는 전도, 미끄러짐, 침하 등으로 나누어 실시한다. 전도 안정은 모멘트 평형을 통해 판단하며 옹벽의 자중과 기초에서 작용하는 저항모멘트가 토압에 의한 전도 모멘트보다 큰지를 확인한다. 미끄러짐 안정은 옹벽의 자중과 바닥면 마찰력, 즉 자중·마찰계수 등에 의해 결정되는 저항력과 횡방향 토압을 비교하여 판단한다. 침하 안정은 옹벽이 지반에 미치는 단위면적당 압력과 지반의 허용지내력을 비교하여 검토한다.
옹벽의 형식에 따라 저항의 원리가 달라진다. 중력식 옹벽은 자체 자중으로 토압에 저항하는 간단한 구조이며 하단이 넓고 상단이 좁은 전형적 단면을 갖는다. 반면 캔틸레버식은 역T형 또는 L형 단면을 가지며 옹벽 자체 중량뿐 아니라 기초 저판 위 흙의 중량을 이용해 토압을 견딘다. 따라서 동일한 토압에 대해 얇은 단면으로도 큰 저항을 확보할 수 있다.
부재 설계와 안전성 평가는 재료의 응력과 허용응력의 비교로 나타난다. 응력은 하중을 단면적으로 나눈 값(σ = P/A)으로 구하고, 안전도 n은 허용응력(fc)과 실제응력(σ)의 비(fc/σ)로 계산한다. 안전도는 허용값이 실제값보다 얼마나 큰지를 나타내는 지표로, 1보다 큰 값이면 허용범위 내에 있음을 의미한다. 이러한 계산은 지주·기둥·지지부 등 개별 부재의 하중 분배와 정확한 단면적 산정이 전제되어야 한다.
벽체의 외부 하중(예: 바람)에 의한 안정성 검토는 풍속압, 벽 두께, 벽 높이 비율 등 여러 변수를 고려하여 결정한다. 풍압이 클수록 지지 간격(측지)은 좁아져야 하며, 정해진 최대비율과 벽돌 치수 등을 고려한 표준 계산식을 통해 적절한 측지 간격을 산정한다. 이처럼 옹벽 안정성 평가는 형식별 원리 이해, 응력 및 안전도 계산, 외력에 대한 표준적 판단의 결합으로 이루어진다.
1) 안전도 계산 예시: 데크 구조에서 전체 하중 8톤을 4개의 지주가 균등 지지한다고 가정한다. 각 지주의 받는 하중은 8,000kg ÷ 4 = 2,000kg이며, 단면적이 400cm²이면 실제응력은 2,000 ÷ 400 = 5kg/cm²가 된다. 허용응력 fc = 7kg/cm²일 때 안전도 n = 7 ÷ 5 = 1.4로 계산되어 허용범위 내임을 판정한다.
2) 응력도 계산 예시: 단면이 5cm × 5cm인 기둥에 외력 50kg이 작용하면 단면적 A = 25cm²이고 응력 σ = 50 ÷ 25 = 2kg/cm²로 산정한다. 응력 계산은 항상 힘을 단면적으로 나누는 순서(P ÷ A)를 지켜야 한다.
3) 측지 간격 판단 예시: 풍속압이 강한 조건에서 1.5B 벽돌담의 측지 설치 간격은 풍압·벽 두께·최대비율 등의 표준식에 따라 산출한다. 주어진 조건에서 표준 계산식을 적용하면 약 3.48m가 적정 간격으로 산정된다는 결과를 도출할 수 있다.
이 예시들은 하중 분배, 응력 산출, 허용응력 대비 안전도 계산의 순서와 풍압에 대한 실무적 판단 과정을 보여준다.
철근콘크리이트 단순보(simple beam)에 관한 사항 중 가장 옳은 것은?
정답 ④ · 철근콘크리트 단순보는 하중을 받을 때 상부에는 압축력이, 하부에는 인장력이 발생합니다. 콘크리트는 압축력에는 강하지만 인장력에는 매우 약한 특성을 지니므로, 인장력을 보완하기 위해 인장력이 발생하는 보의 하부에 철근을 배근합니다.
콘크리트는 압축에 강하고 인장에 약하므로, 인장측인 하부에 철근을 넣어 보완한다.
부재의 단면적이 5cm×5cm 되는 기둥에 50Kg의 외력이 작용할 때 응력도는?
정답 ② · 응력도(σ)는 작용하는 외력(P)을 부재의 단면적(A)으로 나누어 구합니다. 단면적 A = 5cm × 5cm = 25cm² 이고, 외력 P = 50Kg 이므로 응력도 σ = 50Kg / 25cm² = 2Kg/cm² 가 됩니다.
응력도 σ=P/A이므로 50kg÷(5×5=25cm²)=2kg/cm²로 계산한다.
바람의 속도압이 195kg f/m²가 되는 지역에서 1.5B의 벽돌담 장을 쌓을 경우 측지(側支)는 얼마마다 세워야 되는가? (단, 최대 비율은 12이고, 벽돌은 장변이 190mm이다.)
정답 ④ · 벽돌 담장은 풍압에 저항하기 위해 일정 간격으로 벽돌 기둥(측지)을 세워 가새 역할을 하게 합니다. 풍속압이 195kgf/m²일 때의 표준 시공 기준에 따라 단면 장변 길이(190mm)와 1.5B 두께, 최대 비율(12) 등의 계산식을 적용하면 측지 설치 간격은 약 3.48m가 적정합니다.
측지 설치 간격은 풍압, 벽 두께, 벽높이 비율 등을 고려한 표준 계산식을 통해 결정된다.
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