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어떤 트러스교가 가장 무게를 잘 견딜수 있을까?

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by

민웅 Lee

on 19 October 2017

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Transcript of 어떤 트러스교가 가장 무게를 잘 견딜수 있을까?

어떤 트러스교가 가장 무게를 잘 견딜 수 있을까?
10136 이민웅 10141 하승민
목차
Ⅳ. 결론
Ⅰ. 실험 계획의 동기
Ⅰ. 이러한 연구를 하게된 계기
Ⅱ . 트러스구조 관련 사전 조사
Ⅲ.트러스교의 무게를 버티는 정도의 차이 확인에 대한 과학적 탐구
Ⅱ. 트러스교 관련 사전 조사
Ⅲ. 트러스 구조에 대한 과학적 탐구
Ⅳ. 트러스의 이론적 배경
연구 배경
-사람들은 이러한 트러스교에 대해 잘 모르는 것이 현실
-요즈음 '안전'이 점점 사회적 문제가 되고있다.
-트러스교란 트러스 구조로 다리를 건설한다는 아이디어는 1570년에 서양 건축의 아버지인 이탈리아의 건축가 안드레아 팔라디오에 의해 처음으로 고안되었다. 그러나 트러스 구조의 틀은 고대 이집트와 그리스에서 샤용된 적이 있으며, 팔라디오가 활동할 무렵에는 유럽에서 다리를 건설하는데 간단한 목재 트러스가 사용되었던 것으로 추정된다.
연구 활동을 통한 기대효과
-사람들에게 트러스교의 특징을 알려 건축을 할때에
트러스교에 대해 한번이라도 더 생각하게 할 수 있다.
-트러스교의 특징을 잘 살려 좋은 활용방안을 낼 수 있다.
트러스
트러스구조란?
-트러스구조는 삼각형의 패턴을 형성하도록 연결돠는 직선적인 구조물
트러스구조의 종류
프랫 트러스
호우 트러스
와렌 트러스
핑크 트러스
K 트러스
트러스 구조의 장단점
장점
단점
트러스가 쓰인 교량 조사
국내
국외
광안대교
2층에 와렌 트러스
성수대교(붕괴)
게르버 트러스
동호대교
연속 트러스
세토대교(일본)
와렌 트러스(수직재 사용)
게르버 트러스
[실험 1]
트러스교 모형이 버틸수 있는 무게를 비교해보자
실험 1-1
실험1-2
프랫트러스(7권)
와렌트러스(2권)
실험후의 트러스 구조물들
- 프랫트러스-
8권 8x2= 16 16kg
-호우트러스-
7권 7x2=14 14kg 7x2=14 14kg
-와렌트러스-
3권 3x2=6 6kg
실험 결론
-프랫트러스>호우트러스>와렌 트러스 순으로 무게를 잘 견딘다.
기대효과
- 건축물을 지을때 어느 트러스가
그 건축물에 가장 적합할지 생각 할 수 있다.
*책 1권의 무게는
2kg이다.
-지붕과 교량에 많이 쓰임.
-프랫 트러스는 사재가 만재하중에 의해
인장력을 받도록 배치를 시킨 트러스이다.

-사재의 방향이 지간 중심선에 대하여 아래에서 위로 향아여 바깥쪽으로 되어있고 사재는 인장제, 수직재는 압축제가 된다. 상대적으로 부재의 길이가 짧은 수직재가 압축력을 받는다.

-주로 지간 45~60m에 적용 시킨다.
-호우 트러스는 사재가 만재하중에
의하여 인장력을 받도록 배치한 트러스이다

-사재의 방향이 지간중심선에서 위에서 아래로 향하여 바깥쪽으로 되어있다. 사재는 압축제, 수직재는 인장재가 된다,이도 상대적으로 부재 길이가 짧은 수직재가 압축력을 받는다.

-프랫 트러스와 같이 지간 45~60m에 적용된다.

-프랫 트러스와는 반대의 개념이다.
-수직재가 없는 트러스이다.

-사재의 방향이 좌우로 변하는 트러스 이다.

-다른트러스에 비해 부재수가 적고 구조가 간단하며 연속교량 트레스에 많이 사용된다.

-현재의 길이가 과대하여 강성을 감소시킨다.
이를 보완하기 위해 수직재를 사용하는 경우도 있다.
-핑크 트러스는 미국의 핑크(Fink)의 이름을 딴 트러스 이다.

-3개의 삼각형을 짜 맞춰서 만드는 트러스 이다.
주로 지붕틀을 만들거나 거더교 보강형식에 쓰이는 구조.

-연직 하중시의 압축재가 짧은 것이 특징이며, 철골 트러스로서 가장 널리 사용되는 형이다.
-K 트러스는 평행 현 트러스의 조립재의 하나이다.
좌굴의 길이를 짧게하기 위해 쓰이는 형식이다.

-경사재와 수직재가 k모양을 되어있다.

-주로 상,하 수평 트러스에 이용된다.
-트러스교는 교량의 구조 해석이 간단하다.


-짧고 가벼운 부재를 이용한다


-부재가 짧고 가볍기 때문에 쉽게 다리를 건설 할 수 있다.

-설계시 좌굴에 유의 해야한다.
-진동이 발생하기 쉽다.
-진동의 발생이 쉬워 상판의 강성에 유의해야 한다.

마나토오오하시(일본)
실험목적 : 프랫 트러스, 호우 트러스, 와렌 트러스 중 어느 트러스가 무게를 가장 잘 버틸지를 알아보기 위해서
○ 준비물 : 호우 트러스 구조물, 프랫 트러스 구조물, 와렌 트러스 구조물, 책 14권(1권=2kg)
(단 구조물의 재질은 나무이고 연결재는 목공풀이다.)
○ 변인통제 : (1)조작변인: 트러스구조의 종류
(2)통제변인: 나무 젓가락의 두께,바닥의 재질,연결재의 양
(3)종속변인: 트러스 구조물의 상태
○ 가설설정 :호우트러스 > 프렛트러스 > 와렌 트러스 순으로 무게를 잘 버틸 것이다.
○ 실험방법
① 각각의 트러스 구조물을 평평한 바닥에 둔다.
② 트러스 구조물의 위에 책을 1권씩 올린다.
③ 무너질 때 까지 몰리고 무너졌을 때의 책의권수를 확인한다.
④ 책의 권수x2를 하면 구조물이 버틴 무게(kg)이 된다.
⑤ 세 구조물이 버틴 무게를 비교한다.
Ⅴ.결론
Ⅳ. 트러스의 이론적 배경
트러스교란?(1)
트러스교는 삼각형의 패턴을 형성하도록 연결돠는 직선적인 구조물이다. 트러스 구조로 다리를 건설한다는 아이디어는 1570년에 서양 건축의 아버지인 이탈리아의 건축가 안드레아 팔라디오에 의해 처음으로 고안되었다.
그러나 트러스 구조의 틀은 고대 이집트와 그리스에서 샤용된 적이 있으며, 팔라디오가 활동할 무렵에는 유럽에서 다리를 건설하는데 간단한 목재 트러스가 사용되었던 것으로 추정된다. 트러스교는 19세기 초 미국에서 전성기를 맞이했다.
는 철도운송의 발달로 무거운 철도 차량들을 다양한 거리로 안전하게 운행되어야 할 필요성이 증대됨에 따른 것이였다. 1812년에 이시엘 타운이 격자형 목재 트러스교로 특허를 받으면서 트러스 설계가 폭발적으로 증가하기 시작했다. 타운은 뉴잉글랜드 출신의 유명한 건축가로, 그의 설계는 숙련되지 않은 일꾼들이 거대한 부품을 운반할 필요 없이 빠른 속도로 다리를 건설하는데 도움을 주었다.
트러스교란?(2)
트러스교는 지붕으로 덮여 있는 경우가 많았고, 타운이 설계한 다리 두 개가 그의 고향이였던 코네티컷에 남아 있다. 1870년대부터 1930년까지 트러스교의 건설 과정에서 철이 목재를 댜체하기 시작했고, 그 이후에는 철 대신에 강철이 사용되었다.
프렛, 워렌, 호우 트러스등 다양한 디자인이 개발되었다. 세게에서 가장 긴 트러스교는 약 3.7km로 간사이 국제공항에서 오사카까지 연결한다. 강철 트러스는 장거리용으로는 부적합하며 현수교가 이러한 용도로 널리 사용된다.
트러스교의 부재구성
주트러스는 수직하중을 지지하고 그 하중을 하부구조로 전달하는 부재, 상현재, 하현재, 단주(경사단주, 수직단주), 복부재(수잭재,사재)로 구성한다. 수평 브레이싱은 양측의 주트러스를 연결하여 횡하중에 저항하는 부재이다. 수직 브레이싱은 양측의 주트러스와 상부 수평 브레이싱을 연결하는 부재이다. 마지막으로 바닥 틀은 횡형과 종형으로 구성되며 바닥판으로부터 전달되는 하중을 주트러스의 격점으로 전달하는 역할이다.
트러스교에서 트러스교의 외곽을 구성하는 부재를 현재라고 하는데, 사진처럼 상현재와 하현재로 되어 있으며, 위치는 사진 밑글과 같이 위와 아래에 위치하고 있다. 이 상현재와 하현재를 수직으로 연결하는 부재를 복(부)재라고 하고 사진과 같이 수직재와 사재로 이루어졌다. 상현재와 상현재 혹은 하현재와 하현재를 연결하는 대각선 방향의 수평한 부재를 각각 상면수평 브레이싱, 하면수평 브레이싱이라고 한다. 위의 트러스교 사진은 상면수평 브레이싱 이다.
트러스교의 특징
트러스교의 특징에는 먼저 축방향 인장재와 축방향 압축재만으로 조합하여 휨에
저항하는 구조이다. 짧고 가벼운 부재로 조합하여 장대교를 쉽게 건설한다.
구조해석이 간단하며 연속교,게르버(gerber)교에 사용하고 지간 500m까지 가능하다.
트러스에 사용된 원리
트러스교의 하중은 면 하중으로 볼 수 있는데, 이 하중이 하현재를 거치며 선 하중으로 전환되고 수직재를 거치며 집중하중으로 전환된다. 수직재를 타고 올라간 집중하중은 상현재를 타고 퍼져나가 다리 외부로 흘러간다. 이론적으로 트러스 구조는 물체에 가하는 힘인 인장력만 절점에 작용하는 것이 특징이다. 왜냐하면 각각의 부재가 핀으로 연결되어 있다고 가정하고, 핀이 연결되어있기 때문에 절점에는 인장력이 작용 할 수 있고 각각의 힘의 방향 또한 힘 평형의 조건에 의하여 다룬 부재와의 연결방향으로만 작용한다.
쉽게 설명하자면 나무젓가락 하나를 반으로 부러뜨리면 쉽게 부러질 것이다. 그럼 절반이 된 나무젓가락을 다시 반으로 부러뜨리면 아까 전 보다는 많은 힘을 줘야 한다. 그리고 다시 부러진 나무젓가락을 반으로 부러뜨리려고 한다면 두 번째보다 더 큰 힘을 주어야 한다. 이게 트러스의 원리인데, 재료의 길이가 작을수록 그 부러뜨리는 힘은 몇 배나 더 필요하게 된다.
트러스에 사용된 원리(2)
재료와 재료를 연결할 때, 둘이 떨어지지는 않지만 회전은 가능한 재료로 연결을 해본다. 그러면 재료 각각이 휘어지는 것이 아니라 쇠사슬처럼 중앙부가 약간 처지면서 서로가 떨어지지 않으려고 당기고만 있다.
다시 말해서 짧은 젓가락 끝을 잡고서 서로 다른 방향으로 젓가락을 잡아당기고 있는 것과 같다. 이렇게 되면 훨씬 오랫동안 버티는 것이 가능해진다.
아까 나무젓가락 원형 그대로를 샤용하면 둘을 부러뜨릴려는 방향으로 힘이 가해지면서 젓가락이 부러진다. 그러나 조각조각 있는 나무젓가락을 떨어지지 않고 회전 가능한 재료(영어로 힌지라고 부른다)를 연결하고 가운데 부분을 눌러보면 가각의 재료는 서로 떨어지지 않으려 잡아당기는 힘만 작용하게 된다. 부려뜨리러하는 힘에 저항하는 것보다 잡아당기려고 하는 힘에 저항하는 것이 훨씬 더 오랫동안 버틸 수 있다(인장력).
트러스에 사용된 원리(3)
다만 재료가 철을 사용했을때 가능하다. 만약 철이 아닌 콘크리트를 이렇게 트러스처럼 만든다면 오히려 더 약하다.
철은 휘어지는 것에 약하지만 잡아당기는 것에 휠씬 강하다. 그러나 잡아당기는 힘, 즉 인장력에 대하여 콘크리트는 매우 약하고 휘어짐이나 압축에는 상당히 강하다(예를 들어 돌이 있는데, 돌은 인장력이 약하고 누르는 힘에는 매우 강하다).
그래서 트러스를 이용하는 대부분에 구조물들이 철을 사용한다. 현재 교량에서 트러스교는 매우 튼튼한 편에 속한다.
앞의 원리에 따라 프렛 트러스의 사재는 인장력을 받고, 호우 트러스의 사재는 압축력을 받는다. 그래서 인장력이 더 오랫동안, 더 많이 버틸 수 있으므로 실험 결과에서 프렛 트러스가 호우 트러스보다 더 많은 무게를 버틴 것이다.
트러스에 사용된 원리(4)
그리고 트러스의 가장 큰 특징은 삼각형 모양을 이용해서 만든다는 것이다.하지만 다른 도형들도 있을텐데 삼각형 구조를 이용하는 데에는 이유가 있다.
먼저 사각형 모양은 모서리에 힘을 분산시키기가 힘들다. 게다가 모양이 변질도 잘 되지만
그에 비해서 삼각형은 변질도 잘 되지 않고 모서리가 많아서 힘을 분산시키기도 쉬워지기 때문에 다리를 만들 때에는 항상 삼각형이 포함된 트러스 구조를 이용하는
것이다.
-세 트러스교(와렌,호우,프랫)중에서는 프랫이 가장
무게를 잘 견뎌냈다.
-호우트러스와 프랫 트러스는
형태는 비슷하지만 프랫이 무게를 조금 더 잘 견딘다.
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