개념 한 쪽
보와 옹벽 등 구조물의 거동은 지점의 구속 조건과 작용하는 외응력으로 결정된다. 보의 지지 형태는 곡 모멘트·전단력·축력 등 지배 응력을 구분하게 하고, 옹벽의 안정성은 활동·전도·침하의 세 가지 검토로 판단한다. 실전 문제는 지지 조건의 명칭을 매칭하거나 마찰저항력과 토압을 비교하는 단순 계산을 요구한다.
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출제기준 단원 「지점과 반력」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 보의 지지형태 판정 | 1 | 보의 지지조건에 따른 명칭을 가려내기 |
| 옹벽 활동 계산 | 1 | 마찰저항력과 토압을 계산하여 활동 안전 판단하기 |
| 옹벽 안정 항목 식별 | 1 | 옹벽의 기본 검토 항목(활동·전도·침하)에서 해당되지 않는 것 골라내기 |
보의 종류는 양끝의 지지 조건에 따라 달라진다. 단순보는 양단이 회전 또는 이동을 허용하는 지지로 구성되고, 캔틸레버보는 한쪽 끝이 고정되고 다른 쪽 끝이 자유단인 형태이다. 내다지보와 고정보는 양단의 구속 정도에 따라 구분되며, 지점의 제약이 달라지면 보의 내부 응력 분포와 지배 모멘트도 달라진다.
횡보처럼 기둥 사이를 잇는 가로 부재는 보의 역할을 수행하므로 수직하중에 의해 곡 모멘트와 전단력이 주된 외응력으로 작용한다. 반면 기둥과 같은 세로 부재는 주로 축력을 받는다는 관점으로 보와 기둥의 역할을 구분해 기억해야 한다.
옹벽의 구조적 안정성 검토는 세 가지 기본 항목으로 이루어진다. 첫째 활동 검토는 옹벽이 바닥면을 따라 미끄러지지 않는지를 검토하는 것이고, 둘째 전도 검토는 옹벽이 받침점을 중심으로 넘어지지 않는지를 확인하는 것이며, 셋째 침하 검토는 지반이 옹벽 하중을 견딜 수 있는지를 판단하는 것이다.
활동 검토는 마찰저항력과 수평 토압의 비교로 단순화해서 판단한다. 마찰저항력은 옹벽 및 그 위 흙의 수직하중과 마찰계수의 곱으로 계산하고, 이 값이 토압보다 크면 미끄러짐에 대해 안전하다고 본다. 문제 유형으로는 수직하중×마찰계수 대 수평토압 비교 계산이 자주 출제된다.
대표 계산 문제는 마찰저항력과 토압의 단순 비교이다. 예를 들어 옹벽과 저판위 흙의 총중량이 5,000kg이고 마찰계수를 0.5로 가정하면 마찰저항력은 5,000×0.5=2,500kg이 된다. 토압이 1,162kg이라면 2,500kg>1,162kg으로 미끄러짐에 대해 안전하다고 판단한다.
지점 명칭을 묻는 문제는 캔틸레버의 정의로 바로 해결한다. 한쪽 끝이 고정되고 다른 쪽 끝이 자유단인 보는 캔틸레버보라 부른다는 연결고리를 떠올리면 정답을 선택하기 쉽다.
파골라의 횡보에는 어떤 외응력을 고려하여 설계해야 하는가?
정답 ② · 파골라(Pergola)의 횡보는 상부에서 작용하는 수직 하중(처마에 작용하는 풍하중이나 적재 등)을 받기 때문에, 부재의 중심축에 평행하게 작용하는 축력(Axial force)과 부재를 휘게 하는 곡 모멘트(Bending moment)를 주된 외응력으로 고려하여 구조 설계를 진행해야 합니다. 보통 횡보는 보(beam) 역할을 하므로 휨에 저항해야 합니다.
파골라 횡보는 기둥 사이를 잇는 보(beam) 역할이므로 곡 모멘트와 전단력으로 설계한다.
콘크리트 옹벽과 저판위의 흙의 중량이 5,000Kg일 때 토압이 1,162Kg 작용한다면 이 옹벽은 활동에 대해 어떠한가? (단, 콘크리트 면이 진흙에 대한 마찰계수를 0.5로 한다.)
정답 ② · 활동에 대한 안전성은 토압에 의해 옹벽을 미는 수평력(활동력)과 옹벽 자중과 흙의 무게에 의해 바닥면에서 발생하는 마찰저항력을 비교하여 판단합니다. 마찰저항력은 수직 총하중(5,000kg)에 마찰계수(0.5)를 곱하여 2,500kg이 됩니다.
활동 안전은 마찰저항력(수직하중×마찰계수)이 수평 토압보다 큰지로 판단한다.
옹벽의 구조적 안정성을 위해 필요한 3가지 기본적인 검토 요소에 해당되지 않는 것은?
정답 ② · 문항은 옹벽 안정성 검토에서 기본적으로 확인해야 할 항목을 묻는 문제이다. 옹벽의 3대 안정성 검토 항목은 활동(미끄럼), 전도(넘어짐), 침하(지지력·압괴)이며 이들로 구조적 안전을 판단한다.
옹벽 안정 3대 검토는 활동(sliding)·전도(overturning)·침하(지지력)이며 우력은 기본 항목이 아니다.
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