전기철도기사 시험에 꼭 나오는 포인트가 보이는 핵심 요점 정리 11. 힘과 구조물 2

11. 힘과 구조물 2

 

3. 힘의 평형

2개 이상의 힘이 구속을 받지 않는 어떤 물체나 구조물에 작용하여 그 물체나 구조물이

움직이거나 회전하지 않고 정지상태로 그대로 있는 것을 말함

1)☆힘의 평형조건(∑V=0, ∑H=0, ∑M=0)☆

(1) 합력 R이 0 (∑P=0) (2) 모멘트 M이 0 (∑M=0)

2) 여러힘이 동일점에 작용할 경우의 힘의 평형

- 시력도 폐합 (∑V=0, ∑H=0)

3) 여러힘이 동일점에 작용하지 않을 경우의 힘의 평형

- 시력도 폐합, 연력도 폐합 (∑V=0, ∑H=0, ∑M=0)

☞연력도: 서로 평행한 여러개의 평면력을 쉽게 합성할수 있음

4) 라미의 정리

한점에 작용하는 세 개의 힘이 서로 평형을 이루고 있다면 세 개의 힘은 동일한 평면상에

있고 일점에서 만난다. 이때 각각의 힘은 다른 두 힘의 사이각의 정현(sine)에 정비례함

4. 구조물

1) 선재로 구성된 구조물

(1) 보

단면에 비하여 길이가 긴 직선 부재를 지점에 연결하여 그 축선에 수직방향으로 작용

하는 외력을 지지할 수 있도록 만든 부재

(2) 기둥

축방향으로 압축력을 받는 단일부재

(3) 라멘(해석: 처짐각법, 부정정 차수가 높다)

보와 기둥, 즉 수평재와 수직재가 강절점으로 접합한 가구를 말함, 결구를 구성하고 있

는 각 부재가 그 결합점에 견고하게 결합되어 어떠한 경우에도 교각을 바꾸지 않는 구조

(4) 트러스(해석: 가상일의 원리)

직선재를 삼각형으로 구성하되 절점은 마찰이 없는 회전절점으로 연결하여 만든 구조 로 각 부재는 압축력과 인장력만을 받음

☞특성: ①마찰이 없는 회전절점 ②하중은 격점에만 작용

③모두 축방향력 즉 인장력, 압축력만 작용 ④전단력과 휨모멘트는 없다

(5) 아치

부재축이 곡선으로 되어 있는 구조물로 주로 축선을 따라 압축응력이 일어남

2) 지점 및 절점

(1) 지점과 반력

①☆지점: 정지하고 있는 구조물 또는 부재를 받치는 점☆

㉠이동지점: 수직반력만 존재

㉡힌지지점: 수평반력, 수직반력이 존재

㉢고정지점: 수평반력, 수직반력, 모멘트반력이 존재

②반력: 물체가 외력을 받았을때 평행을 이루기 위해서 수동적으로 생기는 힘

(2)☆절점: 구조물에 있어서 부재와 부재와의 접함점☆

①힌지절점(활절): 회전이 자유로움

②고정절점: 부재가 강결되어 절점에 모인 부재가 전혀 회전이 안됨

(3) 외력과 반력

①반력: 물체가 외력을 받았을때 평형을 이루기 위해서 수동적으로 생기는힘

②지점반력: 구조물을 지지하고 있는 지점에서 생긴 반력

3) 구조의 안정, 불안정 및 정정, 부정정

(1) 안정과 불안정

①안정: 외력이 작용했을때 구조물이 항상 평형을 이루는 상태

②불안정: 평형을 이루지 못하는 상태

㉠외적 안정: 외력이 작용했을때 구조물의 위치가 변하지 않는 경우

㉡외적 불안정: 외력이 작용했을때 구조물의 위치가 변하는 경우

㉢내적 안정: 외력이 작용했을때 구조물의 형태가 변하지 않는 경우

㉣내적 불안정: 외력이 작용했을때 구조물의 형태가 변하는 경우

(2) 정정과 부정정

①정정: 힘의 평형조건만으로 구조물의 모든 반력과 부재의 응력을 구할수 있을때

②부정정: 힘의 평형조건만으로 구조물의 모든 반력과 부재의 응력을 구할수 없을때

(강성이 커서 처짐이 적게 발생)

㉠외적 정정: 외적으로 안정된 구조물에서 힘의 평행조건으로 반력을 구할수 있을때

㉡외적 부정정: 평행 조건으로 반력을 구할수 없을때

㉢내적 정정: 내적으로 안정된 구조물에서 구조물을 구성하고 있는 부재의 부재력을

힘의 평형조건으로 구할수 있을때

㉣내적 부정정: 평행조건으로 부재력을 구할수 없을때

 

4) 구조물의 판별

(1) 전체 부정정 차수

(4) 내적 부정정 차수

Ni = N - Ne

Ni = r + m + s - 2k - (r - 3) = m - (2k - 3) + s

(5) 트러스의 정정, 부정정 차수

Ni = m - 2k + 3 Ni＜0: 불안정, Ni=0: 정정, Ni＞0: 내적 부정정