토목구조기술사 134-4-3
이 글에 제시된 풀이에 오류가 있을 수 있음을 미리 안내드립니다. 오류를 발견하실 시, 댓글로 알려주시면 감사하겠습니다.
보-기둥 부재에 압축력이 작용할 때, 모멘트 증가계수를 구하는 문제입니다.
모멘트 확대계수를 역학 문제에서 처음 접해 당황했습니다. 강구조나 철근 콘크리트에서 자주 다루는 내용이지만요.
그래도 모멘트 확대계수의 의미에 따라 유도하면 답이 나올 것이라고 생각했습니다.
모멘트 확대계수는 “P-델타 비선형 효과를 고려한 2차 모멘트 / 탄성해석한 1차 모멘트”입니다.
초기 처짐을 y0, 하중에 의한 처짐을 y1으로 두었습니다.
두 처짐의 최대치는 기하학적 형상에 따라 중앙에서 발생하며, 경계조건을 알기 때문에 각 처짐에 대한 미분방정식을 desolve로 풀었습니다.
최대 처짐은 중앙에서 발생하며, 변형 후 최대 처짐에 P를 곱한 값이 P-델타 효과(2차 효과)를 고려한 모멘트입니다.
1차 효과 모멘트는 초기 최대 처짐에 를 곱한 값입니다.
따라서 모멘트 확대계수는 “기하학적 비선형 효과를 고려한 최대 처짐 / 초기 최대 처짐”입니다.
이를 정리하면 우리가 익숙한 공식으로 나타낼 수 있습니다.
문제에서 하중이 좌굴하중의 0.25라고 주어졌으므로, 값 대입하면 모멘트 확대계수를 구할 수 있습니다.
https://www.slideserve.com/vielka-salas/beam-columns
위 사이트에서 더 자세한 풀이 과정을 확인할 수 있습니다.
★★★☆☆ (난이도 5점 만점 중 3점)
역학에서 자주 다루지 않는 “P-델타 효과”이지만, 압축재 설계 파트의 개념을 적용하면 어렵지 않습니다.
P-델타 효과는 구조물이 횡변위와 축력을 동시에 받을 때 발생하는 추가적인 모멘트를 의미합니다. 이 효과는 특히 고층 구조물 설계에서 반드시 고려해야 합니다.
P-델타 효과를 고려하는 대표적인 방법은 모멘트 확대계수를 사용하는 것입니다. 이를 통해 1차 해석 결과에 비선형 2차 효과를 반영할 수 있습니다.
모멘트 감소계수 Cm는 비대칭 모멘트 분포를 반영하여 실제 모멘트를 감소시키는 역할을 합니다. 이를 통해 부재의 모멘트 불균형을 해결할 수 있습니다.
피-델타 효과에 대해서도 잘 설명해주신 분이 계시더라고요. 참고하시면 좋을 것 같아 링크를 함께 올립니다.
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