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하중
하중(load)은 물체나 구조물에 가해지는 외력(外力)을 말한다. 이때 외력은 보통 중력이다.
하중은 공학의 한 분야인 재료역학 · 구조역학에서 주로 사용하는 학술어인데, 하중에 수반하는 속도에 따라 정(靜)하중, 동(動)하중으로 대별된다. 물체 위에 정치된 추와 같이 움직이지 않는 하중을 정하중이라 하고, 매우 느리게 움직여 물체에 대해서 정하중과 같은 작용을 하는 것도 정하중이라고 한다. 예를 들면 개료시험기에 의한 인장시험과 같은 것이 이에 속한다. 이에 대하여 움직이는 하중을 동하중이라고 하며 그 작동형식에 따라서 여러 명칭이 붙어 있다. 예를 들면, 교량의 보에는 움직이지 않는 자중 외에 그 위를 통과하는 자동차 등의 이동하중이 작용한다. 자동차, 사람 등의 이동하중으로 인하여 교량의 보에는 복잡한 변동하중이 가해진다. 내연기관의 크랭크축 등은 회전함에 따라 연속적으로 크기가 다른 힘이 반복해서 작용하며 이것을 반복하중이라고 한다. 반복하중도 하중 0에서 어떤 크기까지의 힘을 받는 편진하중, 크기 뿐만 아니라 방향도 플러스, 마이너스로 같게 변화하는 양진하중 등이 있다. 충격적으로 작용하는 것을 충격하중이라고 한다.
하중은 압력이나 자중과 같이 물체의 전체 또는 그 일부에 분포하여 작용하는 경우와 반대로 거의 한 점으로 간주할 수 있을 만큼 좁은 범위에 작용하는 경우가 있다. 전자를 분포하중, 후자를 집중하중이라고 한다. 또 물체에 가해지는 작용에 따라 축하중, 수평하중, 휨하중, 비틀림하중 등으로도 나눈다. 또 이와 같은 하중이 동시에 작용하는 경우를 복합하중이라고 한다. 구조관련 관련 과목에서 다루는 하중은 설계하중을 말한다.
목차
종류[편집]
하중은 크게 작용 방향 분포 상태 작용시간 상태에 따라 3가지로 분류한다
분포 상태에 따른 분류[편집]
- 집중 하중 : 일정한 점 또는 매우 작은 면적에 작용하는 하중을 말한다.
- 분포 하중 : 물체의 여러 부분에 분포하여 작용하는 하중을 말한다.
작용 방향에 따른 분류[편집]
- 축 하중 : 축의 길이 방향으로 하중이 작용하며 인장 하중 압축 하중등을 발생하는 하중을 말한다.
- 전단 하중 : 축의 반지름 방향으로 작용하는 하중으로 전단응력이 발생하는 하중을 말한다.
- 굽힘 하중 : 축을 휘게 하는 하중으로 굽힘 응력이 발생하는 하중을 말한다.
- 비틀림 하중 : 축을 비트는 하중으로 비틀림 응력이 발생하는 하중을 말한다.
작용시간 상태에 따른 분류[편집]
- 정하중(static load) : 시간에 따라서 크기가 변화하지 안거나 또는 변화하여도 무시할 수 있는 하중을 정하중이라 한다.
- 동하중(dynamic load) : 하중의 크기가 시간에 따라서 변환하는 것을 말하며 동하중은 5가지로 분류된다.
- 변동 하중 : 불규칙한 작용을 하는 하중으로서 진폭 및 주기가 모두 변화하는 하중을 말한다.
- 반복 하중 : 계속하여 반복 작용하는 하중으로서 진폭은 일정 주기는 규칙적인 하중을 말한다
- 교번 하중 : 하중의 크기와 그 방향이 충격 없이 주기적으로 변화하는 하중을 말한다.
- 이동 하중 : 물체 위를 이동하며 작용하는 하중을 말한다.
설계 하중[편집]
건축물에서 일반적으로 고려하는 하중으로는 고정하중, 활하중, 적설하중, 풍하중, 지진하중 등이 있다. 그 외에 토압, 수압, 온도변화, 충격, 기계하중 등이 있다. 건물을 시공하기 전에 건물의 안정성과 경제성 시공성을 고려하여 구조물을 설계하여야 한다. 그래서 건물이 세워지고 난 후에 건물이 견디어 내어야 할 각각의 외력을 시공 전에 예측하여 건물이 안전하게 서 있을 수 있도록 구조물을 설계한다. 이때에 예측한 외력을 설계하중이라 한다.
건물하중 전달 경로 : SLAB → 작은 보(Beam) → 큰 보(Girder) → 기둥 → 기초 이 같은 경로를 따라 힘이 전달이 되므로 SUPPORT 역시 힘의 전달흐름과 일치하여야 한다.
- 고정하중 : 구조물 자체의 무게와 구조물에 지속적으로 작용하는 하중.
- 적재하중 : 구조물 내부에 실리게 되는 점유물의 무게로서 정의되며 고정하중과는 달리 가변성이 크고 반영구적이거나 일시적 하중들로 구성된다.
- 풍하중 : 건축물에 작용하는 바람에 의한 하중으로 정확한 풍속은 지리적인 위치와 고도에 따라 달라지므로 일반적으로 설계 쥬정에 주어진 풍속대 지도로부터 구한다.
- 지진하중 : 일반적으로 알려진 지진에 의해 건물에 작용되어지는 하중.
- 설하중 : 구조물에 쌓이게 되는 눈의 수직 최심 적설량과 구조물의 형상 및 적설의 단위 중량의 곱의 형태로 표현되는 하중.
- 지하구조물에 작용하는 하중 : 토압 및 수압하중이 일반적인 지하구조물에 작용하는 하중.
- 기타 하중 : 온도하중, 설비하중(엘리베이터, 에스컬레이터, 크레인) 등
교량의 하중[편집]
도로교의 하중[편집]
- 주하중(P): 고정하중, 활하중, 충격, 프리스트레스, 콘크리트의 크리프와 건조수축의 영향, 토압, 수압, 부력 또는 양압력
- 부하중(S): 풍하중, 온도변화의 영향, 지진의영향
- 주하중에 상당하는 특수하중(PP): 설하중, 지반변동의 영향, 지점이동의 영향, 파압, 원심하중
- 부하중에 상당하는 특수하중(PA): 제동하중, 가설시하중, 충돌하중, 기타..
철도교의 하중[편집]
- 주하중(P): 고정하중, 활하중, 충격, 원심하중, 장대레일 종하중, 프리스트레스, 콘크리트의 크리프와 건조수축의 영향, 토압, 수압, 부력 또는 양압력
- 부하중(S) : 차량횡하중, 시동하중, 또는 제동하중, 풍하중
- 주하중에 상당하는 특수하중(PP) : 설하중, 지반변동의영향, 지점이동의 영향, 파압
- 부하중에 상당하는 특수하중(PA): 온도변화의영향, 지진의 영향, 가설시하중, 충돌하중, 탈선하중, 기타하중
교량을 설계할 때 고려해야 할 하중의 종류를 모두 열거한 것인데, 가교지점의 여러 조건과 구조에 따라 적절한 하중 및 하중의 조합을 선정하여야 하며 반드시 모든 하중을 고려할 필요는 없다.
도로의 DB설계하중[편집]
DB하중은 일종의 사하중(고정하중)으로 보면 되는데 D는 도로의 이니셜이고 B는 반트럭이라는 뜻이다. DL은 D는 같고 L은 lane, 즉 차선(지금은 차로)에서 따 왔다. 그래서 차선 하중이라 힌다.
DB하중은 차량하중이라 하는데 앞바퀴는 총하중의 0.1씩 담당하고(하중이 실리고) 뒷바퀴는 0.4씩 실리는 것으로 보면 된다. 반트럭은 세미트레일러를 말한다. 풀트레일러를 설계기준차량으로 보는 것이 아니고 세미트레일러를 설계기준차량으로 보기 때문이다. 그래서 실리는 하중을 계산하면 앞바퀴 두개, 뒷바퀴 네 개 해서 모두1.8W를 받는다. DB-24라 하면 24×1.8하면 43.2ton이 되는 것이고 DB-18하면 18×1.8하면 32.4ton이 되는 것이다. 일등교는 DB-24로 설계반영되어 있다. 차선하중은 등분포하중으로 본다. DL-24는 미터당 1,270㎏적용된다.
참고자료[편집]
- 〈하중〉, 《대한건축학회 건축용어사전》
- 〈하중〉, 《사이언스올》
- Z국대Z, 〈하중의 종류〉, 《티스토리》, 2020-07-26
- 〈도로하중과 철도하중의 차이비교〉, 《레포트월드》
- 〈도로공학(하중의 종류에 관한 레포트)〉, 《해피캠퍼스》, 2010-10-19
- cham, 〈도로의 DB설계하중 이란?〉, 《네이버 블로그》, 2014-05-19
같이 보기[편집]
