구조역학 02. 힘과 모멘트의 개념 / 건축기사실기 기출문제 해설

2-1. 힘(force)의 개념

힘의 크기

F (힘) = P (하중) + M (모멘트)

힘의 크기는

하중과 모멘트의 합이다.

힘은 하중이 클수록,

모멘트가 클수록 커진다

 

1. 스칼라량과 백터량

2. 힘의 정의

1) 정지한 물체를 이동, 회전, 변형 시키는 것

2) 운동하고 있는 물체의

속도나 방향을 변화 시키는 것

3) 구속되어 있는 물체에 힘이 작용하면

변형(Deformation)하게 된다.

4) 작용하는 힘이 물체를 움직일 만한

충분한 힘이 되지 못하면

그 물체는 그대로 있는다.

3. 힘의 표시법

1) 힘의 3요소(Three Element of a Force)

① 크기 (Magnitude) : 선의 길이

② 방향 (Direction) : 화살표와 기울기

③ 작용점 (Point of Application) :

작용선상의 시작점

2) 힘의 작용선 :

선의 연장선

3) 힘의 이동성 :

힘의 작용선상의 임의의 위치로

옮기더라도 힘의 효과는 변함이 없다.

4) 힘의 부호 :

상향 ＋, 하향­, 우향＋, 좌향­,

〈 x. y 축 좌표와 같음 〉

4. 힘의 분류

1) 外力 : 구조물의 외부에서 작용하는 힘으로

고정하중(자중), 적재하중, 적설하중,

풍하중, 지진력 등이 있다.

 

2) 反力 : 구조물의 외부에서 반작용하는

힘으로 외력(작용하는 힘)과 크기가 같으며

방향이 반대다.

☞ 뉴톤의 작용과 반작용

(방향이 서로 반대이면 한쪽이 ＋이면

한쪽은 －이므로 그 합은 항상 0이다)

 

3) 內力(응력(應力):stress) :

외력과 반력 사이에서 버티는

부재 내부의 힘.

 

응력은 작용하는

힘의 크기에 비례하지 않고

반작용하는 힘에 비례한다.

(즉, 반력이 0이면 응력도 0이다)

5. 힘의 평형방정식

1) ∑H=0

좌우로 이동하지 않는다.

 

2) ∑V=0

상하로 이동하지 않는다,

 

3) ∑M=0

회전하지 않다.

2-2. 힘과 모멘트

1. M = P × ℓ

(휨모멘트 = 하중 × 거리)

ℓ은 하중으로 부터 moment를 구하는

점 까지의 직각 방향의 거리

2. 부호

3. 바니리온 정리

分力의 모멘트 합은 合力의 모멘트와 같다.

M = P1ℓ1 ＋ P2ℓ2 ＋ ... ＋Pnℓn = ∑( P×ℓ)

4. 우력 모멘트

1) 우력(偶力)

힘의 크기가 같고 방향이 정 반대인

한 쌍의 힘

 

2) 우력모멘트

우력으로 돌리려고 하는 힘

 

3) 우력의 성질

① 모멘트는 그 중심의 위치에 따라

그 값이 달라지지만 우력모멘트는

그 값이 어디서나 일정하다

② 물체에 우력이 작용하면 합력은 0이나

그 물체를 회전시키려 한다.

③ 우력과 같은 평면내에 있는

어느 점에서도 우력모멘트의 값은 일정하다.