본문내용
1. 트러스의 정의와 구조
1.1. 트러스의 정의
트러스는 강체와 같이 부재의 변형이 아주 작은 구조물을 구성하기 위해 부재의 끝단이 힌지로 연결되어 형성된 뼈대를 뜻한다. 교량, 지붕, 기중기 등이 대표적인 트러스 구조물이다. 이때, 트러스의 부재들이 하나의 평면에 놓여져 구성될 때 이를 '평면 트러스(Plane Truss)'라 한다. 평면 트러스는 두 힘 부재로 구성된 구조물을 말하며, 따라서 트러스 구조는 부재와 부재를 삼각형으로 핀 연결하여 이루어져 있다. 이러한 트러스 구조에서 부재의 양단에서 회전에 대한 구속은 무시된다. 그러나 실제로는 트러스의 연결점이 주로 용접되어 있거나 볼트 등으로 체결되어 있어 회전에 대한 저항으로 2차 응력이 발생하게 된다. 하지만 이 2차 응력을 무시하고 핀 연결로 하여 계산하더라도 그렇게 큰 오차를 발생시키지는 않는다.
1.2. 트러스의 구성 요소
1.2.1. 현재
현재는 트러스의 외곽을 형성하는 부재로, 상현재와 하현재로 나뉜다. 상현재는 트러스의 위쪽에 있는 현재이며, 하현재는 트러스의 아래쪽에 있는 현재이다. 이러한 현재는 트러스의 강성을 증가시키고 외력을 지탱하는 역할을 한다. 현재는 축방향 힘을 주로 받으며, 이를 통해 트러스의 변형을 방지하고 구조물 전체의 안정성을 높이는 데 기여한다. 트러스의 전체적인 형태와 강도에 큰 영향을 미치는 중요한 구성요소라고 할 수 있다.
1.2.2. 복재
복재는 트러스의 내부에 있는 부재로, 수직재와 경사재로 나뉜다. 수직재는 수직으로 놓인 복재이고, 경사재는 경사지게 놓인 복재이다. 복재는 트러스의 형태와 하중을 지지하는 역할을 한다.
수직재와 경사재는 트러스의 강성과 안정성을 높이는 데 기여한다. 특히 경사재는 압축력과 인장력을 번갈아 받으며, 트러스의 형태를 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 경사재의 경사각은 보통 45°에서 60° 사이가 가장 적절한 것으로 알려져 있다.
트러스의 격간이 길어지면 경사재의 길이가 길어져 좌굴에 취약해질 수 있다. 이 경우 중간에 수직재를 추가하여 경사재의 길이를 줄이고 강성을 높이는 분격 트러스 형식이 사용된다.
종합적으로 복재는 트러스의 구조적 안정성과 하중지지 능력을 높이는 중요한 구성요소라고 할 수 있다.
1.2.3. 절점 및 격간
절점은 트러스 구조를 구성하는 각 부재들이 서로 연결되어 있는 지점을 의미한다. 절점은 트러스 구조에서 중요한 역할을 하는데, 하중이 절점을 통해 부재들에 전달되기 때문이다. 절점은 절점법이나 단면법을 사용하여 부재력을 계산할 때 중요한 기준점이 된다.
격간은 트러스 구조에서 인접한 두 절점 사이의 수평거리를 의미한다. 트러스의 높이가 높아지면 격간 거리도 길어지게 된다. 격간 거리가 길어지면 압축재의 좌굴 위험이 커지기 때문에, 이를 방지하기 위해 격간을 분할하여 더 짧은 부재를 사용하게 된다. 이러한 트러스를 분격 트러스라고 한다. 분격 트러스에는 볼티모어 트러스와 펜실베이니아 트러스가 대표적이다.
따라서 절점과 격간은 트러스 구조물을 구성하는 핵심 요소로, 하중 전달과 부재력 계산, 그리고 트러스의 형상 결정에 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다.
2. 트러스의 성립 요건
2.1. 부재와 부재의 결합
트러스를 구성하는 부재와 부재의 결합은 트러스 구조의 성립에 핵심적인 요소이다. 트러스는 강체와 같이 부재의 변형이 아주 작은 구조물을 구성하기 위해 부재의 끝단이 힌지로 연결되어 형성된 뼈대를 뜻한다. 따라서 트러스 구조는 부재와 부재를 삼각형으로 핀 연결하여 이루어져 있으며 부재의 양단에서 회전에 대한 구속이 무시된다.
그러나 실제로는 트러스의 연결점이 주로 용접되어 있거나 볼트 등으로 체결되어 있어 회전에 대한 저항으로 2차 응력이 발생하게 된다. 그러나 이 2차 응력을 무시하고 핀 연결로 하여 계산하더라도 그렇게 큰 오차를 발생시키지는 않는다.
즉, 트러스 구조물의 부재는 핀으로 연결되어 있다고 가정하며, 이를 통해 각 부재가 축방향력에만 저항하도록 설계된다. 이러한 부재 간 결합 방식은 트러스 구조의 성립을 위한 핵심적인 요건이다.
2.2. 하중의 작용
트러스의 구조에 작용하는 하중의 경우, 트러스의 부재와 절점에 직접 작용하는 하중을 고려해야 한다. 트러스에 작용하는 하중은 크게 자중(dead load), 적재하중(live load), 풍하중(wind load), 지진하중...
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