어떤 강교의 교량 지간이 12m 일때 충격 계수는?
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정답과 해설 보기
정답 ③ · 도로교 설계기준에 따른 강교의 충격계수(i)는 교량의 지간(L)에 따라 다른 공식이 적용됩니다. 과거 도로교 시방서의 전통적인 계산법에서는 지간 L이 45m 미만일 경우 i = 15 / (40 + L) 공식을 사용합니다.
지간 12m일 때 충격계수 i=15/(40+L) 공식에 대입하면 약 0.288로 0.29에 해당한다.
개념 한 쪽
토목산업기사 접합 및 연결 — 리벳·단면계수·전단응력
접합 및 연결은 구조물의 부재를 안전하게 이어 주는 설계 요소이다. 리벳 이음부의 강도 산정, 휨에 대한 단면계수 요구량 계산, 판형 복부판의 전단응력 계산 등 기본 공식을 적용하여 약한 부분을 찾아 허용값을 정한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「접합 및 연결」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 충격계수 계산 | 1 | 지간 길이로 강교의 충격계수 값을 구하는 법 |
| 단면계수 요구량 판단 | 1 | 휨모멘트와 허용응력으로 필요 단면계수를 구해 적절한 I형강을 선택하는 능력 |
| 리벳 강도 결정 | 1 | 전단강도와 지압강도를 계산해 리벳의 설계 강도를 결정하는 법 |
뜻
휨모멘트에 대한 부재의 저항능력을 판단할 때는 필요 단면계수를 이용한다. 허용응력 설계법에서는 필요 단면계수 Z를 휨모멘트 M을 허용응력 fca로 나누어 구하며, 단위 환산을 정확히 해야 한다는 점이 핵심이다.
리벳 이음부는 두 가지 파괴 모드, 즉 리벳 자체가 전단으로 끊어지는 전단파괴와 리벳이 판을 지압하여 판이 찌그러지는 지압파괴가 존재한다. 설계 시에는 이 둘 중 더 작은 강도 값을 리벳의 설계 강도로 정하여 약한 모드를 기준으로 안전성을 확보한다.
판형 부재의 복부판 전단응력 계산에서는 전단력을 복부판의 순단면적(Awn)으로 나누어 전단응력을 구한다. 총단면적(Awg)은 전단응력 산정에 사용하지 않으므로 주의해야 한다.
충격 계수와 같은 일부 설계계수는 지간 길이 등의 기하치에 따른 경험식으로 계산한다. 또한 용접 작업에서는 중력의 영향을 고려하여 하향 용접이 작업성과 품질 측면에서 유리하다는 실무적 판단이 존재한다.
압축부재의 강도 산정에서는 총단면적(Ag)을 사용하는 점을 인식해야 한다. 이는 인장부재에서 구멍 등의 영향으로 순단면적(An)을 사용하는 것과 대비되는 설계기준이다.
예제
휨모멘트가 18tonf·m이고 허용압축응력 fca가 1,200kgf/cm²일 때 필요한 단면계수 Z는 M을 kgf·cm로 환산한 뒤 fca로 나누어 계산한다. 18tonf·m은 1,800,000kgf·cm이므로 Z=1,800,000÷1,200=1,500cm³가 되어 이 값 이상인 단면계수를 선택해야 한다.
복부판에 전단력 S=800kN이 작용하고 유효 단면적이 9,000mm²일 때 전단응력 τ는 전단력을 해당 단면적으로 나누어 계산한다. 800kN은 800,000N이므로 τ=800,000÷9,000≈88.9MPa가 된다.
리벳의 허용강도를 결정할 때는 전단강도와 지압강도를 각각 계산한 후 더 작은 값을 채택한다. 예를 들어 전단강도가 약 22.7kN, 지압강도가 약 36.5kN이면 리벳 강도는 22.7kN으로 결정한다.
대표 기출 3문항
휨모멘트가 18tonf·m일 때 I형강(形鋼)의 결정단면으로 다음 어느 것이 가장 적절한가? (단, fca=1,200kgf/cm²)
- 치수 350 × 150 × 9, 단면계수 871cm²
- 치수 350 × 150 × 12, 단면계수 1,208cm²
- 치수 400 × 150 × 10, 단면계수 1,200cm²
- 치수 400 × 150 × 12.5, 단면계수 1,580cm²
정답과 해설 보기
정답 ④ · 강구조물의 휨부재 허용응력 설계법에서 휨모멘트(M)에 저항하기 위한 필요 단면계수(Z)는 Z = M / fca 로 계산합니다. 주어진 휨모멘트 18 tonf·m는 1,800,000 kgf·cm 이며, 허용압축응력 fca = 1,200 kgf/cm² 입니다.
필요 단면계수 Z=M/fca로 계산한 값보다 큰 가장 작은 단면계수를 가진 I형강을 선택한다.
리벳의 값을 결정하는 방법중 옳은 것은?
- 허용전단력과 허용압축력으로 각각 결정한다.
- 허용전단력과 허용지압력중 큰 것으로 한다.
- 허용전단력과 허용압축력의 평균치로 결정한다.
- 허용전단력과 허용지압력중 작은 것으로 한다.
정답과 해설 보기
정답 ④ · 리벳 이음부의 강도는 리벳 지름에 대한 허용 전단 응력에 의한 전단 강도와 리벳 지름 및 판 두께에 대한 허용 지압 응력에 의한 지압 강도 중 작은 값에 의해 결정됩니다. 이는 두 가지 파괴 모드 중 더 취약한 모드가 먼저 파괴되기 때문입니다.
리벳 이음부의 설계 강도는 전단 강도와 지압 강도 중 더 작은 값을 채택하여 안전성을 확보한다.
자주 묻는 물음
- 필요 단면계수는 어떻게 계산하나?
- 허용응력 설계법에서 필요 단면계수 Z는 휨모멘트 M을 허용응력 fca로 나누어 구한다. 단위를 통일하여 계산해야 한다.
- 리벳 이음부의 설계 강도는 어떤 값을 따르나?
- 리벳의 설계 강도는 전단강도와 지압강도 중 더 작은 값을 적용한다. 약한 파괴 모드가 전체 이음부의 지배파괴가 되기 때문이다.
- 판형 복부판의 전단응력은 어떤 면적으로 나누나?
- 복부판의 전단응력은 전단력을 복부판의 순단면적(Awn)으로 나누어 계산한다. 총단면적은 전단응력 산정에 사용하지 않는다.
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