응력의 종류(인장·압축·전단·휨·비틀림)

핵심 정리

응력은 외력에 저항하여 물체 내부에 생기는 힘이며, 이를 내력이라고도 한다. 응력은 단위면적당 힘이므로 N/mm²나 N/m² 등의 단위로 나타낸다.

응력은 힘이 부재에 작용하는 방식에 따라 나뉜다. 부재를 축방향으로 잡아당기면 인장응력이 생긴다. 모멘트에 의해 부재가 굽혀지면 휨응력이 생긴다. 돌림힘에 의해 부재가 꼬이면서 생기는 전단응력은 비틀림응력이다.

힘이 면에 평행하게 작용하면 전단응력이 생긴다.힘이 면에 평행하게 작용하면 전단응력이 생긴다. 전단은 응력을 만드는 원인이 되는 상태이므로 함께 기억해야 한다.

직사각형 단면의 최대 전단응력은 전단력과 단면적에 의해 정해진다.직사각형 단면의 최대 전단응력은 1.5V/A로 전단력과 단면적에 의해 정해진다.

응력의 종류를 가리려면 부재가 받는 힘을 축력, 횡하중, 모멘트로 나누어 보는 것이 출발점이다. 강구조 건축물에서 비틀림은 주된 응력은 아니지만, 휨 부재의 횡방향 안정성과 관련이 있다.

자세히

응력의 의의와 단위

외력이 가해지면 부재는 그 힘에 맞서 내부에 힘을 낸다. 이 내부의 힘이 응력이므로, 응력은 외부에서 가해지는 힘과 구별되는 물체 내부의 힘이다. 응력을 계산할 때는 힘을 면적으로 나눈 값으로 다룬다. 같은 힘이라도 단면적이 달라지면 응력의 크기가 달라지므로, 계산 전에 힘과 면적의 단위를 맞춰야 한다.

전단응력과 최대 전단응력

전단은 크기가 같고 방향이 반대인 두 힘이 물체를 절단하려는 상태이다. 이 두 힘이 만드는 단면 내부의 힘이 전단응력이므로, 전단응력을 볼 때는 힘이 단면과 평행하게 걸리는지부터 확인한다. 직사각형 단면의 최대 전단응력을 구하는 계산식은 전단력과 단면적만을 변수로 삼는다. 따라서 단면의 형상이 달라졌다는 이유만으로 이 값이 커진다고 볼 수는 없다.

휨응력과 축력의 구분

축력만 받고 횡하중과 모멘트가 작용하지 않는 부재에는 휨모멘트가 발생하지 않는다. 따라서 휨응력을 검토하기 전에 부재에 횡하중이나 모멘트가 실제로 작용하는지 먼저 확인해야 한다. 휨응력은 모멘트를 원인으로 하는 응력이므로, 모멘트가 없는 부재에 휨응력을 가정하는 것은 잘못된 출발이다.