스프링 지지 보 해석
스프링 지지 보는 지점을 탄성 스프링으로 받친 보다. 지점이 완전한 강체가 아니라 조금 내려앉는 경우를 다루는 해석이다. 지점 반력은 스프링상수 k 와 지점 처짐 v 의 곱으로 정해진다. 스프링상수 k 의 단위는 kN/m 이다. 스프링은 보를 받치며 내려앉는 양과 받…
주요 장면
대본
스프링 지지 보란
스프링 지지 보는 지점을 탄성 스프링으로 받친 보다.
지점이 완전한 강체가 아니라 조금 내려앉는 경우를 다루는 해석이다.
지점 반력은 스프링상수 k 와 지점 처짐 v 의 곱으로 정해진다.
스프링상수 k 의 단위는 kN/m 이다.
구조와 원리
스프링은 보를 받치며 내려앉는 양과 받침력을 비례시킨다.
받침이 내려가면 보를 미는 힘이 줄어든다. 반력은 R = kv 로 쓴다.
해석의 핵심은 스프링 반력을 보에 작용하는 외력으로 바꾸는 것이다.
변위를 미지수로 두고 적합 조건으로 반력을 함께 구한다.
예제 풀이
중앙 스프링이 있는 단순보를 예로 푼다.
중앙 처짐은 P 에서 스프링 반력 R 을 뺀 하중에 의한 처짐이다.
스프링 조건 R = kv 를 대입해 v 를 소거하면 R 이 정해진다.
R 과 v 를 정리하면 두 결과를 얻는다. 분모가 무차원이 되어 식이 성립한다.
극한 검산
스프링 강성 k 의 극한으로 해를 검산한다.
k 가 무한대이면 강체 지지와 같아져 R 은 P, v 는 0 이 된다.
k 가 0 이면 지지가 없는 것과 같아 R 은 0, v 는 PL³/48EI 가 된다.
유한 강성 결과는 두 극한값 사이에 있어야 한다. 이 확인을 빠뜨리면 부호 오류를 놓친다.
시험 포인트
시험에서 자주 틀리는 곳은 스프링 반력의 부호와 변위 적합 조건이다.
단위도 자주 틀린다. k 는 kN/m 이고 EI 는 kN·m² 이다.
대칭 조건을 쓰지 않으면 미지수가 늘어 풀이가 길어진다.
기출은 반력, SFD, BMD, 처짐을 구하는 계산형으로 나왔다.
정리
스프링 지지 보는 보 방정식에 스프링 반력 조건을 더한 해석이다.
스프링이 강하면 강체 지지에 가깝고, 약하면 지점이 많이 내려간다.
스프링 강성 극한으로 검산하는 것이 해석의 마무리다.