재료별 응력조건, 강도론, 파괴기준 관점의 역학적 특성

본 내용은 " 재료별 응력조건, 강도론, 파괴기준 관점의 역학적 특성 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.10.04

문서 내 토픽

• 1. 콘크리트의 역학적 특성

  콘크리트는 인장강도가 압축강도의 약 10% 수준으로 약하기 때문에 철근으로 보강한다. 압축응력-변형률 곡선은 초기에 직선적이다가 응력 증가에 따라 위로 볼록한 곡선을 형성한다. 크리프 현상으로 인해 일정 하중 하에서 시간 경과에 따라 소성변형이 증대된다. 압축강도는 재령 28일 기준이며, 물-결합재비가 작을수록 강도가 증가한다. 공기량 1% 증가 시 압축강도는 4~6% 감소한다. 취성재료로서 미세균열과 공극에 의해 파괴된다.

• 2. 금속재의 역학적 특성

  금속재는 항복점을 초과하는 응력에서 소성변형이 시작되며, 인장강도를 넘으면 네킹이 발생하고 파단강도를 초과하면 파괴된다. 금속 피로는 가해지는 응력에 비례한다. 인장강도 350~550MPa 범위에서 피로한도는 인장강도의 절반이다. 연성과 전성이 크고 소성변형성이 있어 가공이 용이하다. 일부 금속은 일정 응력 이하에서 피로파괴가 발생하지 않는 피로한도를 가진다.

• 3. 토질의 역학적 특성

  토질의 초기 지중 응력은 자중에 의한 상재 압력으로 정의된다. 인장력, 휨력, 비틀림력에 대한 저항이 거의 없으므로 압축력과 전단력이 가장 중요하다. 전단강도가 가장 중요하며 대부분의 파괴는 전단파괴이다. Mohr-Coulomb 파괴기준을 적용하여 파괴 가능면에서의 전단응력과 전단강도를 비교한다. 토질은 인장응력을 받을 수 없어 Hoek-Brown 파괴기준을 적용할 수 없다.

• 4. 암석과 암반의 역학적 특성

  암석은 Griffith의 균열 확장 이론에 기반한 파괴기준을 적용한다. 미세균열이 존재하는 암석에 인장응력을 가하면 균열이 확장되며, 인장강도는 균열 길이의 제곱근에 반비례한다. 신선한 암석은 인장응력을 받을 수 있고 Mohr-Coulomb 파괴기준을 적용하여 파괴포락선을 구한다. 암반은 초기 지중 응력이 중요하며 지구 중력, 지질 구조상 응력, 잔류응력의 영향을 받는다. 복잡한 불연속면을 가진 암반은 Hoek-Brown 파괴기준을 적용하며 잔류강도를 고려해야 한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 콘크리트의 역학적 특성

  콘크리트는 건설 산업에서 가장 광범위하게 사용되는 재료로서, 그 역학적 특성의 이해는 구조물의 안전성과 내구성을 결정하는 핵심 요소입니다. 콘크리트는 압축강도에는 우수하지만 인장강도가 낮다는 특성으로 인해 철근과의 복합재료로 사용됩니다. 시간에 따른 크리프 현상과 건조수축, 온도 변화에 따른 응력 발생 등을 고려한 설계가 필수적입니다. 또한 콘크리트의 역학적 특성은 배합설계, 양생 조건, 골재의 품질 등 다양한 요인에 의해 영향을 받으므로, 이러한 변수들을 체계적으로 관리하고 평가하는 것이 중요합니다.

• 2. 금속재의 역학적 특성

  금속재는 우수한 강도, 연성, 그리고 일정한 역학적 특성으로 인해 구조용 재료로 널리 사용됩니다. 철강은 특히 높은 강도 대비 무게 비율로 인해 대형 구조물에 적합하며, 알루미늄은 경량성으로 인해 항공우주 산업에서 중요한 역할을 합니다. 금속재의 역학적 특성은 결정구조, 열처리, 냉간가공 등에 의해 크게 변할 수 있으며, 피로 현상과 부식에 대한 저항성도 중요한 고려사항입니다. 금속재의 이러한 특성들을 정확히 파악하고 활용하면 안전하고 효율적인 구조 설계가 가능합니다.

• 3. 토질의 역학적 특성

  토질의 역학적 특성은 지반공학에서 기초 설계, 사면 안정성 평가, 터널 굴착 등 다양한 분야에서 매우 중요합니다. 흙의 강도는 함수비, 다짐도, 유효응력 등에 따라 크게 변하며, 점토와 모래의 거동이 현저히 다릅니다. 특히 포화 상태의 흙에서 간극수압의 소산 과정을 고려한 압밀 현상의 이해가 필수적입니다. 토질의 역학적 특성을 정확히 파악하기 위해서는 현장 조사와 실내 시험을 통한 신뢰성 있는 데이터 확보가 필요하며, 이를 바탕으로 한 합리적인 지반 설계가 구조물의 안정성을 보장합니다.

• 4. 암석과 암반의 역학적 특성

  암석과 암반의 역학적 특성은 터널, 지하 공동, 사면 등 암반 공학 프로젝트의 설계와 시공에 있어 결정적인 역할을 합니다. 암석의 강도는 광물 조성, 결정 구조, 풍화 정도에 따라 달라지며, 암반은 절리, 단층, 층리 등의 불연속면에 의해 그 거동이 크게 영향을 받습니다. 암반의 역학적 특성을 평가하기 위해서는 암반 분류 체계, 현장 시험, 수치 해석 등 다양한 방법이 활용됩니다. 특히 지하수의 영향과 시간에 따른 암반의 변화를 고려한 장기적 안정성 평가가 중요하며, 이를 통해 안전하고 경제적인 암반 공학 설계가 실현됩니다.