개념 한 쪽
카 및 카틀의 설계는 하중의 종류와 분배 방식, 부재의 역할을 정확히 아는 것에서 출발한다. 정격하중 산정, 부재별 하중 전달 경로, 브레이스 로드의 하중 분배 비율, 피트 바닥강도 산정식, 체대에 작용하는 응력 계산 방법 등이 핵심 키워드이다.
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출제기준 단원 「카의 안전율 및 처짐량」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 카 틀 구성요소 판별 | 1 | 카 틀의 구성과 완충 장치 구별 능력 평가 |
| 체대 응력 계산 | 1 | 주어진 하중과 단면에 따른 응력 산정과 추가 계수 적용 유무 판별 |
| 브레이스 로드 하중 분배 | 1 | 브레이스 로드 설치에 따른 하중 전달 비율 이해 |
화물용 카의 정격하중은 카 바닥 면적을 기준으로 산정하며, 면적 1m²당 250kg을 적용한다. 따라서 카 바닥면적이 주어지면 이 값을 면적에 곱하여 최소 정격하중을 산정한다. 예로 바닥면적 8m²인 화물용의 최소 정격하중은 2000kg으로 계산한다.
카 틀은 카의 뼈대를 이루는 구조부재들로 구성되며, 상부체대·하부체대·브레이스 로드 등이 주요 구성 요소이다. 반면 스프링 버퍼 등은 완충 장치로서 카 틀의 구조 부재와는 구분된다. 각 부재는 그 기능에 따라 주로 받는 하중의 유형이 달라진다는 점을 분명히 해야 한다.
브레이스 로드를 전후 및 좌우 방향으로 총 4곳에 배치하면 카 바닥에 작용하는 하중의 약 3/8이 카틀 상부로 고르게 전달되어 프레임 강성을 확보하는 설계 원칙이 제시된다. 이 비율은 하중 분배와 강성 확보를 위한 중요한 설계 수치로 암기하여 활용하면 유리하다.
피트 바닥강도는 카가 하부에 정지했을 때 피트가 견뎌야 할 최소 강도를 의미한다. 피트 바닥강도 산정식은 (카 자중+적재하중)×9.8×4로 주어지며, 완충기 하중을 고려한 안전계수를 포함하여 계산한다. 이 식은 피트 구조 설계에서 필수적으로 적용해야 할 계산식이다.
체대나 상부체대 등 부재의 응력 계산은 작용하는 전체 하중을 해당 단면으로 나누는 기본 원리를 따른다. 단, 실제 채점 기준에서는 동하중 계수나 굽힘 응력 등 추가 요소가 반영되어 최종 응력값이 달라질 수 있으므로, 문제 지문에 주어진 조건을 꼼꼼히 확인하여 적용한다.
피트 바닥강도 계산 예시는 다음과 같다. 카 자중 1020kg, 적재하중 900kg일 때 전체 중량은 1920kg이다. 여기에 중력가속도 9.8을 곱하고 안전계수 4를 적용하면 피트 바닥강도는 (1020+900)×9.8×4 ≈ 75,341N이 된다. 이 값은 피트 바닥이 견뎌야 할 최소 힘으로 해석한다.
체대 응력 계산 예시는 다음과 같다. 적재하중 550kg과 카자중 700kg이 있을 때 전체 하중은 1,250kg이다. 단면적이 13.3cm²이면 단순 인장 응력은 1250/13.3 ≈ 94kg/cm²로 계산한다. 다만 실제 문제의 정답으로 제시된 222.6kg/cm²는 단순 인장 응력 외에 동하중 계수나 추가 굽힘 성분이 반영된 결과임을 유의한다.
엘리베이터에서 카 틀의 구성요소가 아닌 것은?
정답 ③ · 문제는 카 틀의 구성요소에 해당하지 않는 것을 묻고 있다. 카 틀은 카의 구조적 골조를 이루는 부재들로 상부체대·하부체대·브레이스 로드 등이 포함되며, 충격 흡수를 위한 스프링 버퍼는 카 틀의 구조 부재가 아니라 별도의 완충 장치에 해당한다.
카 틀은 카 본체의 구조물을 의미하며, 스프링 버퍼는 카 하부에 설치되는 완충 장치로 카 틀의 구성 요소가 아니다.
적재하중이 550㎏, 카자중이 700㎏이고,단면적13.3cm², 단면계수 Z=224.6cm3 인 SS-400을 1본사용할 때 1:1로핑인 경우 상부체대의 응력은 약 몇 ㎏/cm²인가? (단,상부체대의 길이는 160㎝인가?)
정답 ② · 문제는 주어진 하중과 단면적을 가진 SS-400 단일 봉에 대해 상부체대의 응력을 계산하는 문제이다. 기본적으로 인장 응력은 작용하중(적재하중+카자중)을 단면적으로 나눈 값으로 계산하지만, 설계 문제에서는 동하중 계수나 안전계수 등이 추가 적용될 수 있다.
1:1 포핑 시 상부체대 응력은 하중과 카자중 합계나누기 단면적으로 계산하며, 굽힘 응력은 무시한다.
브레이스 로드를 전후좌우 4개소에 적절히 설치하면 카 바닥 하중의 어느 정도까지를 균등하게 카틀의 상부에서 하부까지 전달할 수 있는가?
정답 ③ · 카 프레임의 구조 설계에 있어서 브레이스 로드(Brace rod, 기둥을 보강하는 대각선 장력재)의 역할은 매우 중요합니다. 브레이스 로드를 카 프레임의 전후좌우 4개소에 적절히 설치하게 되면, 프레임의 비틀림 및 뒤틀림을 방지하고 전체적인 강성을 극대화할 수 있습니다.
카 프레임의 브레이스 로드를 4개소에 설치하면 카 바닥 하중의 약 3/8을 카틀 상부로 균등하게 전달하여 프레임 강성을 확보한다.
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