뒤틀림(warping)

뒤틀림의 정의

뒤틀림은 비틀림을 받은 부재의 단면이 평면을 유지하지 못하고 축방향으로 뒤틀리는 현상이다.

특히 H형, I형, ㄷ형 같은 개방형 강재 단면에서 생기는 추가 응력과 변형이다.

이 개념은 단면이 평면을 유지하는지, 축방향 변위가 구속되는지를 묻는 문제다.

순수비틀림과 뒤틀림 비교

순수비틀림은 단면 전체가 일정한 각변위를 일으키며 비틀림상수 J와 GJ로 설명된다.

뒤틀림은 단면 각 점이 축방향으로 변위하는 현상이며 뒤틀림상수 Cw가 추가로 필요하다.

따라서 개단면 부재는 두 항을 합산해 비틀림응력을 구해야 한다.

순수비틀림은 순환형 전단류로, 뒤틀림은 축방향 수직응력으로 저항한다.

편심과 비틀림 분담

뒤틀림은 편심 하중으로 비틀림이 생기는 상황에서 검토한다.

외력 작용선과 전단중심 사이 거리 e에 의해 비틀림모멘트 T = P·e가 생긴다.

전체 비틀림모멘트는 순수비틀림 T_S와 뒤틀림 T_W의 합으로 나뉜다.

얇은 개단면은 단부에서 뒤틀림이 구속되는지에 따라 저항 성분이 달라진다.

해석 절차

절차의 첫 단계는 외력의 작용선을 확인해 전단중심에서 편심거리 e를 구하는 것이다.

다음으로 T = P·e를 계산하고 J, Cw, 구속 조건을 판정한다.

T를 T_S와 T_W로 나눠 각 성분의 θ를 구하고, 두 응력을 중첩해 최대 응력 위치를 본다.

편심거리 e는 외력 작용점과 전단중심 사이의 거리로 정의된다.

흔한 실수와 채점 포인트

시험 채점에서는 순수비틀림과 뒤틀림을 구분하는 점이 중요한 항목이 된다.

가장 흔한 실수는 두 개념을 같은 것으로 쓰는 것이다.

원형 단면에서만 평면 유지 가정이 성립한다는 점을 빠뜨리면 감점된다.

뒤틀림을 항상 고려한다고 쓰면 실수다. 열린 단면은 극한한계상태 검증에서 생략되는 경우가 많다.

정리

핵심을 정리한다. 순수비틀림은 GJ, 뒤틀림은 Cw로 구분해 쓴다.

원형 단면에는 뒤틀림이 없고, 얇은 개단면은 뒤틀림을 검토해야 한다.

단부 구속이 있으면 비틀림 강성이 크게 증가한다는 점도 기억한다.

폐합단면과 개단면 중 뒤틀림 영향이 큰 쪽을 골라 보자.