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그림과 같은 평면도형의 x-x'축에 대한 단면 2차 반경(rx)과 단면 상세 페이지

1[토목기사 필기] 21년 1회차
그림과 같은 평면도형의 x-x'축에 대한 단면 2차 반경(rx)과 단면 2차 모멘트(Ix)는?
문제 이미지
1
rx=356a,  Ix=3532a4r_x = \dfrac{\sqrt{35}}{6}a,\; I_x = \dfrac{35}{32}a^4
2
rx=13912a,  Ix=139128a4r_x = \dfrac{\sqrt{139}}{12}a,\; I_x = \dfrac{139}{128}a^4
3
rx=12912a,  Ix=129128a4r_x = \dfrac{\sqrt{129}}{12}a,\; I_x = \dfrac{129}{128}a^4
4
rx=1112a,  Ix=11128a4r_x = \dfrac{\sqrt{11}}{12}a,\; I_x = \dfrac{11}{128}a^4
해설

전체 도형을 큰 정사각형(변 a, x축에서 a/2a/2 위부터 3a/23a/2까지)과 아래쪽 돌출부(폭 a/4a/4, 높이 a/2a/2)로 나누어 계산한다. 큰 사각형(폭 a, 높이 a, 하단이 x축에서 a/2a/2 떨어짐)의 IxI_xaa312+aa2(a2+a2)2=a412+a4=1312a4\dfrac{a\cdot a^3}{12} + a\cdot a^2\left(\dfrac{a}{2}+\dfrac{a}{2}\right)^2 = \dfrac{a^4}{12} + a^4 = \dfrac{13}{12}a^4이고, 돌출부(폭 a/4a/4, 높이 a/2a/2, 도심이 x축에서 a/4a/4)의 IxI_x(a/4)(a/2)312+a8(a4)2=a4384+a4128=a496\dfrac{(a/4)(a/2)^3}{12} + \dfrac{a}{8}\left(\dfrac{a}{4}\right)^2 = \dfrac{a^4}{384} + \dfrac{a^4}{128} = \dfrac{a^4}{96}이다.
따라서 Ix=1312a4+196a4=10496a4+196a4=10596a4=3532a4I_x = \dfrac{13}{12}a^4 + \dfrac{1}{96}a^4 = \dfrac{104}{96}a^4 + \dfrac{1}{96}a^4 = \dfrac{105}{96}a^4 = \dfrac{35}{32}a^4가 된다.
전체 면적은 A=a2+a4a2=a2+a28=98a2A = a^2 + \dfrac{a}{4}\cdot\dfrac{a}{2} = a^2 + \dfrac{a^2}{8} = \dfrac{9}{8}a^2이므로, 단면 2차 반경은 rx=IxA=35a4/329a2/8=3536a2=356ar_x = \sqrt{\dfrac{I_x}{A}} = \sqrt{\dfrac{35a^4/32}{9a^2/8}} = \sqrt{\dfrac{35}{36}a^2} = \dfrac{\sqrt{35}}{6}a로 계산되어, 보기 1과 일치한다.

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