[기계안전기술사] 문제풀이 2024년 133회 133-1-6 기둥 좌굴 및 세장비

6. 기둥의 좌굴 및 세장비에 대하여 설명하시오.

문제해설
1. 좌굴의 정의
기둥에 가해지는 하중이 작으면 부재는 길이방향으로만 줄어들지만 어느 한계를 넘어서면 갑자기 구부러지고 불안정해집니다. 축방향으로 압축력을 받는 세장한 부재는 자신이 부담할 수 있는 최대압축응력에 도달하기 전에 갑자기 옆으로 휘어지면서 내력을 잃어버리는데 이런 현상을 좌굴(Buckling)이라고 합니다.

- 압축력을 받는 기둥이 한계에 도달하기 전에 옆으로 구부러지면서 파괴되는 현상
- 축방향 압축력을 받는 세장한 부재가 갑자기 옆으로 휘어지면서 내력을 잃는 현상

2. 좌굴 발생 요인
- 부재의 재질
- 단면의 형태
- 부재의 길이
- 양단의 고정방식

3. 좌굴하중 (오일러 좌굴하중)
- 좌굴이 발생하는 한계 하중
- 계산식: Pcr = (π^2 * EI) / (L^2)
  (E: 탄성계수, I: 단면2차모멘트, L: 유효좌굴길이)

4. 세장비의 정의
- 기둥이 얼마나 가늘고 긴지를 나타내는 지표
- 계산식: λ = L / r (L: 기둥의 길이, r: 단면2차반경)

5. 좌굴 발생 원인

5. 세장비에 따른 기둥 분류
- 단주: λ ≤ 30
- 중간주: 30 < λ < 160
- 장주: λ ≥ 160

6. 세장비와 좌굴의 관계
- 세장비가 클수록 좌굴이 발생하기 쉬움
- 장주의 경우 좌굴에 의해 파괴가 지배됨

7. 좌굴 방지를 위한 설계 고려사항
- 단면2차모멘트 증가
- 유효좌굴길이 감소
- 재료의 탄성계수가 큰 것 선택
- 적절한 지지 조건 설치

8. 유효좌굴길이
- 기둥의 지지 조건에 따라 달라지는 실제 좌굴 길이
- 유효좌굴길이계수(K)를 사용하여 계산: Le = KL