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2-6 영향선과 이동하중

6.1 개념/작성법/응용

▷ 필요성

▷ 정의

▷ 작성 방법: 자유물체도

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그림 2-6.1.1 영향선 개념과 작성방법

▷ 작성 방법: Müller-Breslau 방법

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그림 2-6.1.2 Müller-Breslau방법
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그림 2-6.1.3 Müller-Breslau방법 예

📌 응용

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그림 2-6.1.4 영향선의 응용

\[ V_{c, max} = \sum f \cdot I \] \[ = \left\{ 10 \times \left( 2 \times 1 + \frac{1}{2} \times 4 \times 2 \right) \right\} + \left\{ 20 \times 1 + 40 \times 1 \right\} \] \[ = 60 + 60 \] \[ = 120 \text{ kN} \]

\[ M_{c, max} = \sum f \cdot I \] \[ = \left\{ 10 \times \left( \frac{1}{2} \times 2 \times (-2) + \frac{1}{2} \times 4 \times (-2) \right) \right\} + \left\{ 20 \times 0 + 40 \times (-2) \right\} \] \[ = -60 - 80 \] \[ = -140 \text{ kN} \cdot \text{m} \]

  1. 하나의 집중활하중에 의한 최대하중효과를 얻으려면, 그 하중을 영향선 종거가 최대인 점에 위치시켜야 한다.
  2. 등분포활하중에 의한 최대 또는 최소하중효과를 얻으려면, 등분포활하중을 영향선 종거가 같은 부호인 모든 구간에 위치시켜야 한다.
  3. 여러 개의 집중활하중과 등분포활하중이 작용하는 경우에는 각각의 하중에 대한 하중효과를 중첩시켜 최종 하중효과를 구할 수 있다.

6.2 최대휨모멘트와 최대전단력

이동하중이 작용할 때, 최대휨모멘트와 최대전단력 발생 위치를 결정한다.

6.3 절대 최대휨모멘트 및 절대 최대전단력

단순보의 경우, 무게중심과 가까운 하중에서 절대 최대휨모멘트가 발생한다.

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그림 2-6.3.1 단순보의 절대 최대휨모멘트 발생 위치

[유도] 이동하중에 의한 최대 응답 중에 가장 큰 값인 절대 최대응답

이동 하중에 의해 임의의 지점에서 발생할 수 있는 응답의 절대 최댓값을 유도한다. 단순보에서 절대 최대휨모멘트가 발생하는 위치를 찾기 위해 다음과 같은 이동하중을 받는 경우를 고려하자.

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그림 2-6.3.2 3개의 이동 집중하중을 받는 단순보

절대 최대휨모멘트는 세 개의 집중하중 중 하나에서 발생하는 것이 정역학적으로 확실하다. 그러나 그것이 발생하는 특정 집중하중의 위치를 알아야 한다. 절대 최대휨모멘트가 발생하는 집중하중을 시행착오를 통해 결정할 수도 있지만, 해석적으로 결정하여야 한다.

절대 최대휨모멘트가 발생하는 집중하중은 \( P_3 \)이고 보의 중심선으로부터 떨어진 거리는 \( x \)라고 가정한다. \( x \)에 대한 식을 구하기 위해 먼저 하중 \( P_3 \)에서 \( x' \) 거리에 작용하는 하력 \( P_R \)을 결정한다. \( B \)지점에서의 반력을 \( A \)지점에 대한 모멘트평형으로 구한다.

\[ \sum M_A = 0 \Rightarrow V_B = \frac{P_R}{L} \left[ \frac{L}{2} - (x' - x) \right] \]

따라서 \( P_3 \)에서 발생하는 최대휨모멘트 \( M_3 \)는 다음과 같다.

\[ M_3 = V_B \left( \frac{L}{2} - x \right) \] \[ = P_R \left( \frac{L}{4} + \frac{x'}{L} x - \frac{1}{L} x^2 \right) \]

위 방정식을 \( x \)에 대해 미분하여 \( M_3 \)가 최대가 되는 거리 \( x \)를 결정할 수 있다.

\[ \frac{dM_3}{dx} = P_R \left( \frac{x'}{L} - \frac{2}{L} x \right) = 0 \Rightarrow x = \frac{x'}{2} \]

따라서 단순보의 절대 최대휨모멘트최대휨모멘트가 발생하는 집중하중집중하중의 합력이 보의 중심으로부터 등거리일 때이며, 이때 집중하중 중 하나에서 최대휨모멘트가 발생한다.