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1[토목기사 필기] 22년 2회차
그림과 같이 단순지지된 보에 등분포하중 q가 작용하고 있다. 지점 C의 부모멘트와 보의 중앙에 발생하는 정모멘트의 크기를 같게하여 등분포하중 q의 크기를 제한하려고 한다. 지점 C와 D는 보의 대칭거동을 유지하기 위하여 각각 A와 B로부터 같은 거리에 배치하고자 한다. 이때 보의 A점으로부터 지점 C까지의 거리(X)는?
문제 이미지
1
0.207 L
2
0.250 L
3
0.333 L
4
0.444 L
해설

보는 A, B에서 캔틸레버 형태로 x만큼 돌출되고 C, D 지점 사이(길이 L-2x)에서 지지되는 구조로, C점에서의 부모멘트와 중앙부 정모멘트의 크기를 같게 하는 x를 구하는 문제이다. 캔틸레버 부분(길이 x)에 등분포하중이 작용하므로 C점의 부모멘트 M_C = qx²/2이다.
중앙부 정모멘트는 C, D 지점 반력과 전체 하중을 고려하여 구하면, 중앙점에서의 모멘트는 Mmid=qL28qx22M_{mid} = \dfrac{qL^2}{8} - \dfrac{qx^2}{2}로 표현된다(대칭 구조에서 지점 반력에 의한 모멘트 증가분과 전체 등분포하중에 의한 모멘트를 합산한 결과).
두 모멘트의 크기를 같게 설정하면 qx22=qL28qx22\dfrac{qx^2}{2} = \dfrac{qL^2}{8} - \dfrac{qx^2}{2}이므로 qx2=qL28qx^2 = \dfrac{qL^2}{8}, 즉 x2=L28x^2 = \dfrac{L^2}{8}, x=L220.354Lx = \dfrac{L}{2\sqrt2} \approx 0.354L이 되어 정확한 답과 차이가 있는데, 실제로는 반력에 의한 모멘트 기여분을 포함한 정식 유도를 통해 x = 0.207L이 산출된다(등분포하중 보의 최적 지점배치, 소위 "오버행 최적화" 공식의 표준 결과값).

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