2026년 5급 공채 구조역학 3번 (탄소성 비틀림)

1.개요

탄소성 비틀림은 출제 빈도가 높은 주제는 아니지만, 2022년 지방직 7급 시험에서도 출제된 만큼 명확한 출제 범위에 포함되는 내용입니다. 최근의 출제 경향을 보면 앞으로도 7급 9급 문제에서 자주 등장할 가능성은 크지 않지만, 기본 개념만 정확히 이해하고 있다면 어렵지 않게 해결할 수 있는 흥미로운 주제이기도 합니다. 또한 이러한 문제는 난이도 조절을 위해 출제되기 좋은 유형입니다. 개념을 미리 정리해 둔 수험생이라면 비교적 쉽게 해결할 수 있지만, 준비가 되어 있지 않다면 과감히 포기하게 되는 경우가 많습니다. 이 글을 통해 탄소성 비틀림의 핵심 개념을 충분히 익혀 두신다면, 실제 시험에서 이러한 문제가 출제되더라도 자신 있게 득점할 수 있기를 바랍니다.

비틀림은 한편으로는 회전각이라는 하나의 자유도만을 가지므로 축부재와 동일한 사고방식으로 접근할 수 있습니다. 반면, 단면 내 전단변형률과 전단응력의 분포를 이용하여 비틀림모멘트를 구해야 한다는 점에서는 휨부재와 유사한 성격도 함께 가지고 있습니다. 즉, 축부재와 휨부재의 특징이 자연스럽게 결합된 구조역학의 대표적인 주제라고 할 수 있습니다.

이번 2026년 5급 구조역학 제3번 문제는 이러한 두 가지 성질을 동시에 확인할 수 있는 좋은 예제입니다. 5급 문제라는 이유만으로 어렵게 생각하며 지나칠 필요는 없습니다. 오히려 비틀림의 기본 개념과 탄소성 거동을 차근차근 정리하기에 적합한 문제이므로, 풀이를 따라가면서 비틀림에서 나타나는 여러 중요한 특성들을 함께 살펴보시기 바랍니다.

2. 문제풀이

(1) 봉 AC와 CB에서의 최대 전단 변형률 산정

• C점에서 비틀림각 (φ) 0.25 rad일 경우 변위 일치 관계
  • AC의 비틀림각 0.25 rad
  • CB의 비틀림각 -0.25 rad

① AC에서의 최대 전단 변형률

② BC에서의 최대 전단 변형률

(2) 봉 AC와 CB의 전단 항복 여부 판단

① 항복 전단 변형률 γy의 산정

② 항복 여부 판단

 

∴ 따라서 두개의 봉은 모두 전단 항복 상태

(3) 비틀림 모멘트 T 산정하기

• 봉 AC에서 단면 중심에서 전단 항복까지의 거리 → c1
• 봉 BC에서 단면 중심에서 전단 항복까지의 거리 → c2

① 봉 AC에서의 부재력 산정

 

② 봉 BC에서의 부재력 산정

③ 평형방정식을 통한 비틀림 외력 (T) 산정

3. 마무리하며

이번 문제는 탄소성 비틀림이라는 다소 생소한 주제를 다루고 있지만, 실제로는 비틀림각의 적합조건과 단면의 응력분포만 정확히 이해하고 있다면 충분히 해결할 수 있는 문제였습니다. 특히 축부재의 평형과 적합조건, 그리고 단면 내 전단응력의 분포를 함께 활용해야 한다는 점에서 비틀림의 핵심 개념을 종합적으로 점검하기에 매우 좋은 예제라고 생각합니다.

시험에서는 단순히 공식을 암기하는 것보다 '왜 이런 응력분포가 만들어지는지'를 이해하는 것이 훨씬 중요합니다.

이러한 원리를 이해해 두면 문제의 조건이 조금 바뀌더라도 충분히 응용하여 해결할 수 있습니다.

앞으로도 비틀림은 출제 빈도는 높지 않더라도 언제든 난이도 조절용으로 등장할 수 있는 주제입니다. 이번 문제를 통해 탄성 비틀림과 탄소성 비틀림의 차이, 그리고 비틀림 문제를 바라보는 기본적인 사고방식을 함께 익혀 두시기 바랍니다. 이러한 기본기가 쌓일수록 5급뿐만 아니라 7급과 기술직 공무원 시험에서도 흔들리지 않는 실력을 갖추게 될 것입니다.