개념 한 쪽
구조물의 정지조건은 외력과 그에 대응하는 내부저항의 균형으로 판정한다. 보의 지지 조건, 옹벽의 전도와 미끄러짐, 담장의 수평하중 취약성 등 대표적 사례로 문제를 풀게 한다. 핵심은 어떤 힘이 구조물을 넘어뜨리거나 미끄러뜨리는지 원인과 대응력을 짝지어 기억하는 것이다.
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출제기준 단원 「구조물의 정지조건」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 보의 지지조건 판별 | 1 | 보의 지지 형태를 지지점 조건으로 식별하기 |
| 옹벽 전도·미끄러짐 구별 | 1 | 옹벽의 실패형식별 및 대응 인자를 연결하기 |
| 구조물 하중 취약성 판정 | 1 | 조적 담장 등 구조물의 하중별 취약성 판단하기 |
보(beam)는 양 끝의 지지 조건에 따라 명칭이 달라진다. 캔틸레버 보는 한쪽 끝이 완전히 고정되고 다른 쪽 끝은 지점이 없는 자유단인 형태로 정의한다. 이 특징은 '한쪽 고정 + 한쪽 자유'라는 간단한 이미지로 기억하면 지지 조건을 빠르게 판정할 수 있다.
휨을 받는 보의 응력 분포는 단면 상단과 하단에 서로 다른 응력이 발생하는 것이 핵심이다. 위쪽은 압축응력이, 아래쪽은 인장응력이 발생하므로 응력의 종류를 혼동하면 오답이 된다. I형보는 이러한 응력 집중을 상하 플랜지에 배치하여 단면 효율을 높인 예이다.
옹벽 안정성은 전도·전위·침하 등 서로 다른 실패 모드를 구별하여 검토해야 한다. 전도 안정은 토압이 만드는 전도 모멘트와 옹벽 자중이 만드는 저항 모멘트의 평형으로 판단한다. 미끄러짐은 기저면의 마찰력과 관련되고, 침하는 지반의 허용 지내력과 연관된다.
담장과 같은 조적 구조물은 수직으로 작용하는 압축하중에는 강하지만 수평하중에는 약하다. 따라서 담장은 자중이나 설하중 같은 수직하중보다는 풍하중과 같은 수평하중에 의해 전도되어 붕괴되는 경향을 보인다. 문제에서는 수평·수직 하중의 작용 방향을 기준으로 취약점을 가늠해야 한다.
이 개념 문제는 '하중의 방향과 이에 대응하는 저항'을 일치시켜 묻는 출제형태가 많다. 전도는 모멘트, 미끄러짐은 마찰력, 침하는 지내력, 단면파괴는 재료 허용응력이라는 키워드로 연결하여 기억하면 문제를 빠르게 소거할 수 있다.
캔틸레버 보를 묻는 문제에서는 '일단 고정·타단 자유'라는 정의만으로 정답을 고른다. 휨 응력 관련 문제에서는 '상단=압축, 하단=인장'이라는 원리를 적용하여 응력 종류가 바뀐 선지를 오답으로 판정한다. 옹벽 안정성 문제에서는 전도는 토압의 전도모멘트 대비 자중의 저항모멘트로 판단하고, 미끄러짐·침하는 각각 마찰과 지내력으로 매칭하면 정답을 찾는다. 담장 붕괴 원인으로 여러 하중을 제시하면 수평 풍하중을 정답으로 선택한다.
다음은 Ι형보(Ι beam)의 특성을 설명한 사항이다. 틀린 것은?
정답 ① · 문제는 I형보의 특성 중 틀린 진술을 찾는 것이다. 휨을 받는 보에서는 상단이 압축, 하단이 인장응력을 받으므로 I형보는 이 응력 분포에 따라 상·하부 플랜지에 재료를 집중 배치해 단면효율을 높이는 구조이다.
보가 휨을 받으면 상단은 압축·하단은 인장응력이 생기므로 '상·하단에 인장응력 집중'이라는 ①은 틀렸다.
다음 중에서 캔틸레버 보(Cantilever beam)을 설명한 것은 어느 것인가?
정답 ④ · 문항은 캔틸레버 보의 정의를 설명한 보기를 찾는 문제이다. 캔틸레버 보는 한쪽 끝이 구조적으로 고정되고 다른 쪽 끝은 지점이 없는 자유단으로 돌출된 형태의 보를 말한다.
캔틸레버 보는 일단이 고정지점에 박혀 있고 타단은 지점 없는 자유단으로 된 보이다.
옹벽의 안정에 관한 사항 중에서 맞는 것은?
정답 ① · 문제는 옹벽의 안정성 항목과 관련된 올바른 짝을 찾는 것이다. 옹벽의 전도 안정성은 외측으로 넘어지려는 모멘트를 발생시키는 토압과 이를 저항하는 자중의 모멘트 관계로 검토한다.
옹벽의 전도 안정은 토압(전도 모멘트)과 자중(저항 모멘트)의 관계로 검토한다.
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