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1[7급 국가직 응용역학] 22년 1회차
양단 고정보에 온도가 20 °C 상승하여 초기 응력이 발생하고 있다. 등분포하중 8 kN/m가 보에 작용할 때, 지간 중앙 단면의 하단 A점에서 축방향으로 작용하는 수직응력의 크기[MPa]는? (단, 보의 자중은 무시하며, 단면은 한 변의 길이가 0.2 m인 정사각형이고, 보의 열팽창계수 α=5×10−6\alpha = 5 \times 10^{-6}/°C, 탄성계수 E = 100 GPa이다)

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해설

A점 수직응력은 온도에 의한 압축 10 MPa와 휨에 의한 인장 4 MPa가 합쳐진 압축 6 MPa이다.

양단이 고정되어 늘어날 수 없으므로 온도응력은
σT=EαΔT=100×103×5×10−6×20=10 MPa\sigma_T=E\alpha\Delta T=100\times10^3\times5\times10^{-6}\times20=10\ \mathrm{MPa} (압축)

양단 고정보 중앙 휨모멘트와 하단 응력은
M=wL224=8×4224=5.33 kN⋅mM=\dfrac{wL^2}{24}=\dfrac{8\times4^2}{24}=5.33\ \mathrm{kN\cdot m}
Z=0.236=1.333×10−3 m3, σb=MZ=4 MPaZ=\dfrac{0.2^3}{6}=1.333\times10^{-3}\ \mathrm{m^3},\ \sigma_b=\dfrac{M}{Z}=4\ \mathrm{MPa} (하단 인장)

  • 2 MPa: 단순보 중앙 모멘트 wL28=16 kN⋅m\dfrac{wL^2}{8}=16\ \mathrm{kN\cdot m}의 휨응력 12 MPa를 온도응력과 합친 값이다.
  • 4 MPa: 휨응력만 구하고 온도응력을 빠뜨린 값이다.
  • 8 MPa: 고정단 모멘트 wL212\dfrac{wL^2}{12}에 의한 휨응력으로, 지간 중앙 값이 아니다.

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