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1[7급 국가직 수리수문학] 26년 1회차
폭 2 m, 길이(LL) 4 m인 직사각형 수문이 수평면과 30 °의 각도로 설치되어 있다. 수문의 상단이 수심 1 m에 위치할 때, 정수압에 의해 수문에 작용하는 힘의 크기[kN]와 작용점의 수심[m]은? (단, 물의 단위중량은 10 kN/m3이다)

힘의 크기 / 작용점의 수심
문제 이미지
1
160 / 136\frac{13}{6}
2
160 / 73\frac{7}{3}
3
320 / 136\frac{13}{6}
4
320 / 73\frac{7}{3}
해설

수문에 작용하는 힘은 160 kN, 작용점의 수심은 13/6 m이다.

도심 수심: hc=1+2sin⁡30∘=2 mh_c = 1 + 2\sin 30^\circ = 2\ \mathrm{m}, 면적 A=2×4=8 m2A = 2 \times 4 = 8\ \mathrm{m^2}
전수압: F=γhcA=10×2×8=160 kNF = \gamma h_c A = 10 \times 2 \times 8 = 160\ \mathrm{kN}

경사면을 따른 도심 거리 yc=hc/sin⁡30∘=4 my_c = h_c/\sin 30^\circ = 4\ \mathrm{m}, Ic=bL312=2×4312=323 m4I_c = \dfrac{bL^3}{12} = \dfrac{2 \times 4^3}{12} = \dfrac{32}{3}\ \mathrm{m^4}
yp=yc+IcycA=4+32/332=133 my_p = y_c + \dfrac{I_c}{y_c A} = 4 + \dfrac{32/3}{32} = \dfrac{13}{3}\ \mathrm{m}
hp=ypsin⁡30∘=136 mh_p = y_p \sin 30^\circ = \dfrac{13}{6}\ \mathrm{m}

  • 320 kN은 도심 수심 대신 경사면을 따른 도심 거리(4 m)를 곱해 얻은 값이다.
  • 작용점 수심 7/3 m는 단면2차모멘트 보정항을 경사 거리로 환산하지 않고 수심에 그대로 더한 값이다.

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