)으로 사용할 수 있다. 이와 같이 보를 보강해서 낭비를 없애려는 것이 트러스의 시초이다. 곧은 막대를 조합해서 만든 삼각형은 안정된 형태이지만, 사각형은 변형하기 쉬우므로 보의 중간을 도려내어 생긴 형태인 삼각형이 좋다. 즉, 트러스란 곧은 강재(鋼材)나 목재(이것들을 部材라고 한다)를 삼각형을 기본으로 그물 모양으로 짜서 하중을 지탱하는 구조방법으로, 부재의 결합점[節點]은 사람의 관절처럼 자유롭게 회전할 수 있고, 또 하중도 절점에 작용하도록 공작되어 있으므로 트러스의 부재는 인장력이 작용하는 것과 미는 힘이 작용하는 것뿐이며 휘는 경우는 없으므로 재료의 낭비가 적다. 또 짧은 막대를 조합해서 지간이 큰 공간을 걸치는 이점도 있다. 트러스를 용도별로 구분하면 교량트러스·지붕트러스·마루귀틀트러스·지주(支柱)트러스 등이 있다. 입체적으로 조립된 것과 평면적으로 조립된 것으로 구분되어 각기 입체트러스·평면트러스라 한다. 그러나 설계하기 편리하다는 면에서 입체트러스를 몇 개의 평면트러스로 나누어서 생각하는 경우도 많으며, 트러스교(橋)도 보통 이와 같이 생각해서 설계하고 있다. 평면트러스에는 그 부재를 조립하는 방법에 따라 킹포스트트러스·퀸포스트트러스·하우(howe)트러스·프렛(pratt:교차)트러스·워런(warren)트러스 등이 있다. 또 지간이 짧은 트러스교는 그 높이가 낮아도 되므로 위쪽이 개방된 교량이 된다.
◆ 트러스형 송전탑의 종류
<그림 2 : 각종 트러스 형 송전탑의 모습이다. 대각선 부재의 위치에 의해 송전탑의 종류가 결정된다. 이번에 설계할 트러스 형 모형은 첫 번째 사진으로 기본 트러스 형 구조를 선정하였다.>
2. 트러스(Truss) 해석에 필요한 기본 가정
◆ 트러스에 작용하는 모든 하중은 격점에만 작용한다. 실제에서 트러스의 각 절점은 용접 등의 강절로 되어있는 것이 대부분이나, 구조해석을 위해 가정되는 이상적인 트러스는 다음과 같은 조건을 만족한다.
①부재들은 마찰이 없는 핀으로 연결되어 있다. 따라서 삼각형만이 안정한 형태를 이루며, 부재들은 인접하는 부재에 휨모멘트를 전달할 수 없다.
②모든 부재는 직선으로 되어 있다. 그러므로 축방향력으로 인한 휨모멘트는 발생하지 않는다.
③모든 하중과 반력은 격점에만 작용한다.
④하중으로 인한 변형(부재의 길이 변화)은 매우 작으므로 무시한다.
3. 송전탑 설계도(초안)
◆ 옆의 그림은 설계할 송전탑의 <단면도> 모습이다.
◆ 사각형부재에 각 대각선 부재를 두어 하중을 분산시켰다. 탑 하부는 5m인 정방형으로 하였고 상부는 첨탑형상인 사각뿔로 선정하였다.
◆ 탑의 총길이는 50m이고 5개의 탑으로 이루어졌다. 탑하부에 하중이 제일 많이 걸리므로 상부에서 하부로 갈수록 면적을 크게 두어 힘의 크기를 감소 시켰다.
4. 부재의 형상, 재질 등 결정
◆ 부재의 조건
하나의 부재에는 2개의 흰지만 존재한다.
부재의 끝부분만이 힘을 받는다.
마찰이 없는 핀으로 연결된다.
◆ 부재의 재료
구조용강(Structural steel)
그림과 같이 송전탑을 이루는 부재의 형상은 직경 0.5m 원형으로 하고, 재질은 구조용 강을 사용하기로 결정했다.
부피당무게
인장강도(영국)
인장강도(미국)
7.87
250
450
E(Gpa)
R(Gpa)
dia(m)
200
76
0.5(직경)
◆ 부재선정의 이유?
→ 구종용강은 인장강도가 강하고 경제성이 좋아 많이 사용됨으로 송전탑 설계의 부재로 적합하다고 판정되었다.
5. 송전탑의 간격과 송전선의 중량, 외부하중, 지지반력 계산
송전탑의 간격
70m
송전선의 중량에 의한 외부하중
1000kg
◆ 송전탑의 간격을 70m로 두어 송전선탑이 멀어질 경우 전선이 휘는 경우와 가까워 졌을 때의 철탑의 개수`를 늘려야하므로 경제성이 떨어지는 경우를 절충 하여 70m로 선정하였다. 일반적으로 송전탑의 간격이 50m~100m간격 인 걸 감안하며 주위환경이 평지라고 가정하고 외부 방해요소가 없다고 가정하였다. 송전선은 다수의 전열전선을 꼬아서 만든 케이블용 전선을 선정하여 1000kg하중이 송전탑에 가해진다고 가정하였다.
6. 부재력 계산
T=(7870X∏(0.5)^2/4
지지반력 및 부재력
부재력 계산
바로 위의 부재와 형상과 부재의 길이가 같으므로
동일.
7. 트러스의 구조의 안전성 확인
※ 송전선 무계까지 고려해서 부재 내의 최대응력은 7.43MPa 이고, 재료의 극한강도 와 탄성강도(450MPa)에도 미치지 못하므로 안정하다. 기본 트러스형 구조를 사용하고 사각 형안에 대각선부재를 두어 하중을 분산시킴으로 휘는 힘을 제거 하여 트러스 구조가 성립 된다.
→ 안 전 성 확 인
8. 송전탑의 전체 구조 작도
일러스트 프로그램을 활용하여 트러스의 전체 구조도의 모습을 가상으로 재연해 보았다. 하층부는 5m정방형이고 높이는 50m을 만족하였다. 5개의 탑으로 이루어져있고 상부에서 하부면적으로 내려갈수록 바닥 면적이 넓어짐으로 단위 부피당 하중을 더 작게 설계하였다. 트러스형 구조는 평면트러스를 기본으로 하여 조립식으로 설계 하여 내구성이 좋다.
9. 느낀 점 및 후기
직접 설계 작업을 해보기 전까지는 송전탑에 이렇게 많은 역학적 개념이 있는 줄 몰랐었다. 처음에 무심코 넘기던 구조 하나하나 사진으로 보면서 비교하며 설계를 해보았는데, 그나마 여러 사진 덕분에 마무리를 지을 수 있었다. 조원 모두가 공부를 하여 송전탑이 조금씩 완성 되 갈 때 카타르시스를 느꼈다. 하지만 나름대로 어려운 점 이 좀 있어서 애를 먹었었다. 특히 부재의 재질 결정과 무게결정이 힘들었었다. 마지막에 일러스트러를 이용하여 가상 설계물이 나왔을 때는 뿌듯하였다. 역학적 개념 분석에 미흡한 점이 많은 것 같지만, 다시 한 번 더 점검하여 다음 레포트에는 더 완벽한 설계를 할 것이다. 나름대로 노력해보고 생각해볼 수 있는 시간을 가질 수 있어서 의미 있는 레포트 이었던 것 같다.
참 고 문 헌
◆ (트러스 모델을 통해 본)철근콘크리트 구조설계 방법론/ 홍성걸.
◆ 정 역 학 개정 6판/ 권진회 김명현 김제도 김형종 손충렬 장준호 정광영 정진오 (공역)
◆ http://www.baro-ck.com/(바로건설기술)