응력이란?

응력은 구조물의 안전성과 내구성을 평가하는 데 중요한 개념입니다. 외력이 구조물에 작용할 때, 그 외력에 저항하려는 내부의 힘을 응력 또는 응력도라고 합니다. 응력은 단위 면적당 작용하는 힘의 크기로 나타내며, MPa(Megapascal) 단위로 표현됩니다. 응력의 종류에는 수직응력, 휨응력, 전단응력 등이 있습니다.

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1. 정의

1. 응력의 정의
   부재에 외력이 작용하면 단면 내에서 외력에 저항하려는 내력이 발생합니다. 이러한 힘을 응력 또는 응력도라고 합니다.
2. 응력의 표현
   응력은 단위 면적당 작용하는 힘의 크기(MPa)로 나타내며, 주요 응력의 종류에는 수직응력, 휨응력, 전단응력이 있습니다.

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2. 응력의 종류와 예시

(1) 수직응력 (Normal Stress)

1. 정의
   부재를 축 방향으로 인장 또는 압축할 때 발생하는 응력입니다.
2. 종류
   축 방향력에 따라 인장응력과 압축응력으로 나뉩니다.
3. 예시
   • 인장응력: 철근 콘크리트 구조물에서 철근이 당기는 힘을 받을 때 발생하는 응력입니다. 예를 들어, 교량의 상판이 하중을 받을 때, 철근은 인장응력을 받게 됩니다.
   • 압축응력: 건물의 기둥이 위에서 가해지는 무게로 인해 압축될 때 발생하는 응력입니다. 고층 건물의 하부 기둥은 상부 구조물의 무게를 견디기 위해 압축응력을 받습니다.

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(2) 휨응력 (Bending Stress)

1. 정의
   부재에 휨 모멘트가 작용할 때 발생하는 응력입니다.
2. 특성
   중립축을 중심으로 상부에는 휨 압축응력이, 하부에는 휨 인장응력이 동시에 발생합니다.
3. 예시
   • 교량: 교량의 빔이 차량의 무게로 인해 휘어질 때, 빔의 상부는 압축응력을, 하부는 인장응력을 받습니다.
   • 캔틸레버 구조: 건물의 발코니와 같은 캔틸레버 구조물은 자체 하중과 외부 하중으로 인해 휨응력을 받습니다. 발코니의 고정된 끝 부분은 압축응력을, 자유 끝 부분은 인장응력을 받습니다.

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(3) 전단응력 (Shearing Stress)

1. 정의
   부재에 전단력이 작용할 때 발생하는 응력입니다.
2. 종류
   수직 전단응력과 수평 전단응력이 동시에 발생합니다.
3. 예시
   • 볼트 연결부: 두 판재를 볼트로 연결할 때, 판재가 서로 미끄러지려는 힘에 의해 볼트는 전단응력을 받습니다. 특히, 구조물의 연결부에서 전단응력이 집중됩니다.
   • 목재 구조물: 목재 보가 하중을 받을 때, 보의 상부와 하부는 서로 반대 방향으로 미끄러지려는 힘을 받습니다. 이로 인해 목재 내부에 전단응력이 발생합니다.

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위와 같이 응력의 개념과 종류를 이해하면, 구조물의 설계와 분석에 중요한 기초 지식을 갖추게 됩니다. 이를 통해 다양한 외력 조건에서 구조물이 어떻게 반응하는지 예측하고, 적절한 설계와 보강 방안을 마련할 수 있습니다.