토목기사 강구조 개념 정리
중요도 ★★★☆☆ · 15% (추정)
개요
이 단원은 강재로 만든 구조물의 인장·압축·휨 부재와 볼트·용접 접합을 배웁니다. 계산 문제는 인장부재의 순단면적과 용접의 목두께에서 많이 나옵니다.
볼트 구멍이 있는 인장부재는 구멍만큼 단면이 줄어들기 때문에 총단면적에서 구멍 면적을 뺀 순단면적으로 강도를 계산합니다. 구멍이 엇갈려 있으면 엇갈린 경로마다 s²/(4g) 를 더해 줍니다.
필릿용접은 직각으로 만나는 두 판의 모서리를 삼각형 모양으로 붙이는 용접이며, 힘을 받는 두께인 목두께는 다리 길이의 0.7배입니다. 용접의 강도는 목두께 × 유효길이로 구한 유효면적에 비례합니다.
고장력볼트 접합은 판 사이의 마찰로 힘을 전달하는 마찰접합과 볼트 몸통이 구멍 벽을 눌러 전달하는 지압접합으로 나눕니다. 마찰접합은 미끄러짐이 없어 반복하중을 받는 곳에 알맞습니다.
핵심 개념
순단면적
인장부재의 총단면적에서 볼트 구멍 면적(구멍 지름 × 판 두께 × 구멍 수)을 뺀 값입니다. 인장부재의 파단 강도는 순단면적으로 계산합니다.
외우는 요령총단면적 − 구멍 면적.
엇모배치 구멍
구멍이 엇갈려 있을 때 파단선이 대각선으로 지나가면, 엇갈린 구간마다 s²/(4g) × 판 두께 만큼 순단면적을 더합니다. s 는 하중 방향 간격, g 는 직각 방향 간격입니다.
외우는 요령대각선 한 번에 s²/4g 를 더한다.
필릿용접 목두께
필릿용접에서 힘을 받는 두께는 다리 길이 s 의 0.7배(a = 0.7s)입니다. 유효면적은 목두께 × 유효길이입니다.
외우는 요령다리 길이 × 0.7.
마찰접합과 지압접합
마찰접합은 고장력볼트로 판을 세게 조여 판 사이 마찰로 힘을 전달하고, 지압접합은 볼트가 구멍 벽을 누르는 힘과 볼트 전단으로 전달합니다.
외우는 요령미끄러지면 안 되는 곳은 마찰접합.
압축부재의 좌굴
강재 압축부재는 세장비(유효길이 ÷ 회전반경)가 클수록 좌굴로 강도가 낮아집니다. 단면이 같으면 회전반경이 큰 방향으로 놓는 것이 유리합니다.
외우는 요령세장비가 크면 약하다.
자주 나오는 포인트
- 순단면적 계산에서 구멍 지름에 판 두께와 구멍 수를 곱하는 것을 잊지 마세요.
- 엇모배치는 여러 파단 경로를 계산해 가장 작은 값을 씁니다.
- 필릿용접 목두께 0.7s 는 자주 나오는 숫자입니다.
- 마찰접합과 지압접합의 힘 전달 방식을 구분하세요.
대표 문제 3개
검수를 마친 예상문제 가운데 이 단원의 대표 문제입니다.
문제 1. 다리 길이(사이즈)가 10mm 인 필릿용접의 이론 목두께는?
- ① 5mm
- ② 10mm
- ③ 14mm
- ④ 7mm
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ④ 7mm
핵심: 필릿용접 목두께 a = 0.7 × 다리 길이 s
필릿용접 단면은 직각이등변삼각형으로 봅니다. 목두께는 직각 꼭짓점에서 빗변까지 가장 짧은 거리입니다.
- 목두께 = s × cos45° ≈ 0.707s → 0.7s 로 씁니다.
- 0.7 × 10 = 7mm
- 용접 강도는 목두께 × 유효 용접 길이로 계산합니다.
틀린 선지
- 5mm: 다리 길이의 절반으로 잘못 계산한 값입니다.
- 10mm: 다리 길이를 그대로 쓴 값입니다.
- 14mm: 다리 길이에 √2 를 곱한 값(빗변 길이)입니다.
문제 2. 고장력볼트 마찰접합에서 힘을 전달하는 방식으로 옳은 것은?
- ① 볼트를 세게 조여 생긴 접합면의 마찰력으로 전달한다.
- ② 볼트 몸통의 전단 저항으로 전달한다.
- ③ 볼트 몸통과 구멍 벽 사이의 지압으로 전달한다.
- ④ 볼트의 인장 저항으로만 전달한다.
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ① 볼트를 세게 조여 생긴 접합면의 마찰력으로 전달한다.
핵심: 마찰접합: 큰 체결력 → 접합면 마찰로 힘 전달 (미끄럼이 없다)
고장력볼트 접합은 힘을 전달하는 방식에 따라 나눕니다.
- 마찰접합: 볼트를 큰 힘으로 조여 판끼리 꽉 눌러 생기는 마찰력으로 힘을 전달합니다. 미끄러지지 않아 반복하중에 유리합니다.
- 지압접합: 미끄러진 뒤 볼트 전단과 구멍 벽 지압으로 버팁니다.
- 인장접합: 볼트 축 방향 인장으로 힘을 전달합니다.
틀린 선지
- 볼트 몸통의 전단 저항으로 전달한다.: 지압접합(전단·지압으로 버티는 접합)의 전달 방식입니다.
- 볼트 몸통과 구멍 벽 사이의 지압으로 전달한다.: 지압접합에서 함께 검토하는 저항입니다.
- 볼트의 인장 저항으로만 전달한다.: 인장접합의 전달 방식입니다.
문제 3. 폭 200mm, 두께 10mm 인 강판에 구멍 지름이 22mm 인 볼트 구멍을 두 줄 엇모(지그재그)로 뚫었다. 피치 s = 50mm, 게이지 g = 60mm 일 때, 구멍 1개를 지나는 직선 파단선과 구멍 2개를 지나는 지그재그 파단선 가운데 작은 값으로 정한 순단면적은 약 얼마인가?
- ① 1,664mm²
- ② 1,560mm²
- ③ 1,780mm²
- ④ 2,000mm²
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ① 1,664mm²
핵심: 엇모 배치 순폭 = 총폭 − Σ구멍지름 + Σ s²/(4g)
엇모 배치에서는 여러 파단 경로를 비교해 가장 작은 순단면적을 씁니다.
- 직선 경로(구멍 1개): (200 − 22) × 10 = 1,780mm²
- 지그재그 경로(구멍 2개): 보정값 s²/(4g) = 50² ÷ (4 × 60) = 2,500 ÷ 240 ≈ 10.4mm
- 순폭 = 200 − 2 × 22 + 10.4 = 166.4mm → 166.4 × 10 ≈ 1,664mm²
- 두 값 중 작은 1,664mm² 가 순단면적입니다.
틀린 선지
- 1,560mm²: 지그재그 경로의 보정값 s²/(4g) 를 더하지 않은 값입니다.
- 1,780mm²: 구멍 1개 직선 경로의 값으로, 더 작은 지그재그 경로가 있습니다.
- 2,000mm²: 구멍을 빼지 않은 총단면적입니다.
AI 작성 · 검수 완료 · AI가 새로 쓴 글 가운데, 작성과 분리된 AI 검증(다시 읽고 사실·수치 확인)을 통과한 단원만 싣습니다. 틀린 곳을 발견하면 알려 주세요.