Insight 구조&응용역학

2025년 5급공채 구조역학 2번 (구조동역학: 기초가진응답)

1.개요이번에 다뤄볼 문제는 단자유도계(SDOF)의 Base Transmissibility(기초 가진 응답) 에 관한 매우 전형적인 구조동역학 문제입니다. 구조동역학을 학부 과정에서 배우는 학교라면 중간고사나 기말고사에서 거의 빠지지 않고 출제되는 유형이며, 공무원 시험이나 기술고시에서도 종종 등장하는 기본 문제입니다.문제의 형태는 다양하게 바뀔 수 있습니다. 본 문제처럼 진동테이블 위에 질량-스프링 시스템이 놓인 경우도 있고, 회전체의 불평형 질량(Unbalance Mass)에 의해 발생하는 강제진동 문제로 출제되기도 합니다. 또한 차량이 요철이 있는 도로를 주행할 때의 차체 진동, 철도 차량의 승차감 해석 등도 결국 같은 원리로 설명됩니다. 겉모습은 서로 다르지만 모두 동일한 운동방정식에서 출발하는 ..

1.개요이번 문제의 구조물은 형식적으로는 2차 부정정 구조물입니다. 그러나 외력 F에 대해 구조물이 축력보다는 휨모멘트로 저항하며, 축방향 거동은 문제의 본질적인 지배 조건이 아닙니다. 따라서 소성해석 관점에서는 추가로 필요한 소성힌지 조건이 사실상 하나뿐인 구조물로 바라볼 수 있습니다. 결국 두 개의 소성힌지가 형성되면 구조물은 더 이상 외력에 저항할 수 없는 기구(Mechanism)가 되어 붕괴하게 됩니다.이러한 소성붕괴 문제는 크게 상한계 해석(Upper Bound Analysis)과 하한계 해석(Lower Bound Analysis) 두 가지 방법으로 접근할 수 있습니다.많은 수험생들은 소성붕괴하중을 구할 때 순차적으로 소성힌지 발생을 추적하는 하한계 해석에 익숙합니다. 실제 시험에서도 먼저 한 ..

1.개요제 구독자 분들 중에 5급 준비 수험생도 있어 직접강도법 풀이에 대한 포스팅을 작성하여 올립니다.직접강도법(Direct Stiffness Method)은 현대 구조해석과 유한요소법(FEM)의 기반이 되는 가장 핵심적인 해석 방법 중 하나입니다. 처음 접하면 수많은 행렬과 좌표변환 때문에 어렵게 느껴질 수 있지만, 실제 본질은 매우 단순합니다. 각 부재를 가장 해석하기 쉬운 Local 좌표계(Local DOF)에서 먼저 정의하고, 이를 구조물 전체의 공통 좌표계(Global DOF)로 변환하여 하나의 구조물로 조립하는 과정입니다. 즉, 부재 하나하나는 독립적으로 해석하지만 최종적으로는 모든 부재가 절점을 공유하며 연결되어 있다는 사실을 강성행렬(Global Stiffness Matrix)로 표현하는..

1. 개요2007년 1번 문제를 보고 이어서 2번 문제를 보는 순간, 너무 흥미로운 문제라 그냥 지나칠 수가 없었습니다.겉보기에는 장치가 굉장히 많고 복잡해 보입니다. 휨부재로 이루어진 프레임 구조물에 내·외부 온도차가 존재하고, 내부 온도수축 조건까지 있으며, 지점침하까지 추가되어 있습니다. 처음 보면 “계산량이 엄청나겠다”라는 생각이 자연스럽게 드는 문제입니다. 하지만 조금만 시각을 바꾸어 보면 출제자의 의도가 굉장히 선명하게 드러나는 매우 재미있는 문제입니다.제가 아는 대부분의 사람들은 이런 문제를 보면 곧바로 에너지법으로 접근합니다. 구조물 전체의 휨에너지, 축변형 에너지, 온도변형에 의한 에너지 등을 모두 전개하여 합산하고, 지점침하까지 전포텐셜에너지 개념으로 확장하여 계산기에 입력합니다. 물론..

1.개요구독자 분의 질문에 따라 해당 문제의 풀이를 작성해보았습니다. 처음 문제를 접하면 단순한 보 문제처럼 보이지 않고, 원통형 탱크의 벽체 거동 자체를 어떻게 바라봐야 하는지에 대해 고민하게 되는 문제라고 생각합니다. 원통형 탱크나 압력용기 같은 쉘(shell) 구조물은 일반적인 보 구조물과는 다르게 얇은 곡면 구조가 하중을 전달하게 되며, 이상적인 경우에는 원주방향 및 축방향의 막응력(membrane stress)을 통해 효율적으로 힘을 전달합니다. 이러한 경우를 막지배(membrane dominated) 거동이라고 합니다.하지만 이번 문제에서는 상판과 하판이 매우 강체이며 벽체와 일체로 연결되어 있다는 조건이 존재합니다. 즉 벽체가 내부 수압에 의해 자유롭게 팽창하지 못하고 위아래에서 회전과 변형..

1.개요구독자분의 질문이 있어 이에 대해 정리해보고자 합니다.기존의 전단중심(전단중심 기반 풀이)이 항상 성립하는지에 대해 설명드리고, 비대칭 단면에서는 어떤 흐름으로 문제를 접근해야 하는지 이어서 서술하겠습니다.전단응력은 단순히 외워서 사용하는 공식이 아니라, 휨응력의 변화에서 출발합니다.즉, 모멘트의 변화로 인해 단면 내 휨응력이 위치별로 달라지고, 이 차이로 인해 전단응력이 발생하게 됩니다.따라서 전단응력 공식은 반드시 휨응력 공식과 연결되어 이해해야 합니다.전단흐름 f가 VQ/I로 표현되는 이유도, 휨응력 공식 σ=My/I​에서 출발하기 때문입니다.단면 내에서 휨응력의 차이를 적분한 결과가 전단흐름이 되고,이를 단면의 폭으로 나누면 전단응력이 됩니다.이와 같은 전체적인 “스토리 라인”을 이해하는 ..

1.개요트러스 문제를 단면법과 절점법으로 꾸준히 풀다 보면,자연스럽게 어떤 구조에서 어떤 풀이가 유리한지에 대한 일정한 패턴이 보이기 시작합니다.저 역시 강의를 진행하면서, 수험생들에게 “어떤 형태의 문제는 단면법이 훨씬 효율적인가”에 대해 자주 강조하는 편입니다.한편, 트러스 문제를 5급 공채나 구조기술사 수준으로 접하게 되면,많은 분들이 더 복잡하고 고급 이론이 필요하지 않을까 하는 오해를 하곤 합니다.하지만 실제로 시험 대비 관점에서 필요한 것은 크게 다음 정도로 정리됩니다:축부재에 Local DOF, Global DOF 대한 기본 이해직강법(Direct Stiffness Method), 유연도 매트릭스, 강성도 매트릭스이들 또한 개념 자체가 어렵지 않으며, 출제 빈도가 높지 않다는 점에서 학습 우..

1.개요7급·9급 문제는 아니지만, 5급 공채에서 기출된 좌굴 문제를 한 번 다뤄보려고 합니다.저는 이전 강체 좌굴 관련 포스팅들에서 반복적으로 가상변위의 법칙(virtual work)을 적용해 좌굴하중을 산정하는 관점을 소개해왔습니다. 또한 2018년 서울시 7급에서 사각형 형태의 강체 구조물 좌굴하중을 다루면서, 조금 더 확장된 사례로 2014년에 출제된 육각형구조물에도 한 번 도전해보시라고 말씀드린 적이 있습니다.https://oreostructure.tistory.com/142 2018년 1차 서울시 7급 14번1.개요강체 좌굴 문제를 푸는 방법은 여러 가지가 있습니다. 가장 널리 쓰이는 방법은 평형방정식(힘의 평형) 접근이고, 테일러 급수에 익숙한 분이라면 전포텐셜 에너지(총 퍼텐셜 에너지) 방..

1. 개요이번 글은 처짐각법 Pt.1에 이어 두 번째 글입니다.https://oreostructure.com/48 보 구조물 변위법의 기본 - 처짐각법 pt 11. 개요단순보 양끝에 모멘트가 작용하면 휨은 어떻게 될까요?구조물을 스프링처럼 단순 모델로 치환하는 직관은 유용하지만, 보는 단자유도 스프링과 달리 양단 회전이 독립적으로 존재합니다oreostructure.com이번에는 보의 한 지점에서 지점 침하(Settlement) 가 발생했을 때이를 어떻게 해석해야 하는가에 대해 다뤄보겠습니다.이때 핵심은 두 가지입니다.첫째, 지점 침하로 인해 양단 모멘트가 어떻게 발생하는지,둘째, 이 모멘트가 보의 회전량과 어떤 관계를 가지는지를 이해하는 것입니다. 이번 포스팅에서는 이러한 과정을 순수한 기하학적 변형도(..

1. 개요이번 문제는 캔틸레버 ABC 구조에서 C점의 처짐이 기존의 3분의 2로 줄어들도록 하는 외력,즉 등가 스프링력을 먼저 구하는 것을 목표로 합니다.첫 번째 단계에서는, 캔틸레버의 끝단 C점 처짐을 기준으로 설정한 뒤, 이 처짐을 줄이기 위해 B점에 설치된 탄성지점이 보에 가하는 힘을 계산합니다. 이 힘이 바로 등가 스프링력이 됩니다.두 번째 단계에서는, 위에서 구한 값을 이용하여 B점의 실제 처짐을 계산하고, 이를 통해 등가 스프링 상수를 구하게 됩니다.즉, 보의 강성과 길이에 따라 스프링이 얼마나 저항하는지를 나타내는 값입니다.마지막으로, 문제에 제시된 스프링의 연결 형태(병렬 및 직렬 연결) 를 이용해기준 스프링 상수인 k₀에 대한 관계식을 세우고,앞서 구한 등가 스프링 상수와 같다고 두어 최..