은 구조물의 안전성과 사용성에 모두 중요한 개념입니다.
강도
는 재료가
파괴되기 전까지 견딜 수 있는 최대 응력
, 즉 ‘버티는 힘’을 의미하고,
강성
은
재료가 얼마나 단단하게 변형에 저항하느냐
,
즉 ‘
변형에 대한 저항 능력
’을 뜻합니다.
강성이 큰 재료는 잘 휘지 않기 때문에
보의 처짐이나 기둥의 좌굴을 줄이는 데 중요
하며, 이러한 강성은 응력-변형도 곡선에서 기울기, 즉 탄성계수(영계수)로 수치화됩니다.
예를 들어 바닥이 많이 처지면 사용자의 불편함뿐 아니라 아래 구조물에 균열을 유발할 수 있어 건축 구조물에서는 강도뿐 아니라 강성 확보도 필수적입니다.
한편,
취성과 연성은 재료의 파괴 방식과 관련됩니다.
취성
은
변형 없이 갑자기 파괴되는 성질
로, 유리나 주철 등이 대표적이며
연성
은
늘어나거나 휘는 등의 변형이 크더라도 쉽게 파괴되지 않는 성질
입니다.
연성이 큰 재료는
파괴 전 충분한 변형으로 경고를 주기 때문에
, 건축 구조물의
붕괴 전 징후 인지와 인명 보호에 유리
합니다. 따라서 철근콘크리트 구조처럼
연성 있는 강재로 취성을 보완하는 설계
가 일반적입니다.
1. 강도와 강성(탄성계수)
강도(Strength) 는 재료가 파괴될 때까지 받을 수 있는 응력의 최대 크기이지만, 강성(Stiffness) 은 뻣세다는 말처럼 힘을 받아도 잘 변형이 되지 않는 정도를 나타냅니다.
보통 강성이 큰 재료는 강도도 큰 편이지만 강도가 크다고 해서 강성이 꼭 큰 것은 아닙니다. 어떤 용도에서는 강성이 큰 재료를 써야한다고 할 때는 변형이 잘 되지 않는 재료를 써야 한다는 의미입니다.
강성이 크다는 것은 변형에 저항하는 능력이 크다는 뜻이고 잘 늘어나거나 휘지 않는다는 말입니다.
건축구조체는 많이 변형되면 사용하기 어렵습니다. 바닥이 많이 휘면 불편하기도 하지만 아래층 칸막이 벽체에 균열을 일으킬 수도 있고 창호가 변형되어 잘 열리지 않을 수도 있습니다.
응력-변형도 곡선에서 변형에 저항하는 능력은 직선의 기울기로 파악합니다. 이 기울기를 탄성계수라고 하는데 영국의 과학자 토마스 영(Thomas Young)의 이름을 따서 영계수라고도 합니다. 이 탄성계수는 재료의 강성을 수치로 표현한 값입니다.
이 탄성계수는 보의 처짐과 기둥의 좌굴과 같은 구조부재의 변형량을 계산할 때 사용합니다.
2. 취성과 연성
취성(Brittleness)과 연성(Ductility)은 재료의 변형 능력과 관련된 용어입니다.
변형이 크지 않은 상태에서 갑자기 파괴되는 성질을 취성이라고 하며, 유리나 주철이 대표적입니다.
연성은 탄성한계 이상으로 힘을 받아도 파괴되지 않고 변형되는 성질을 말합니다. 연성이 큰 강재는 파괴될 때까지 쭉 늘어납니다.
취성이 크면 갑자기 무너질 수 있고 구조물의 안전성에 문제가 있습니다. 구조물이 무너질 때까지 점점 휘어지거나 비틀어지면 사람들은 뭔가 문제가 있다는 것을 알아챌 수 있고, 대피하거나 대책을 세울 수 있습니다. 사람의 지각 능력은 한계가 있어서 변화량이 작으면 달라진 것을 감지하기 어렵습니다. 따라서 건축구조물은 연성이 있어야 하고 무너지기 전에 사람이 인식할 수 있을 정도로 충분히 틀어져야 합니다. 강재는 연성이 우수해서 콘크리트와 함께 쓰면 취성을 보완할 수 있습니다.
#강성과강도 #취성과연성 #토목시공기술사 #토목면접 #면접공부 #크몽 #유랑술사
댓글