관절이 아프십니까?

관절은 생명체중에서 동물에게만 있는 연결기관이라고 말할수 있으며, 이것이 구조해석의 boundary condition(경계조건) 개념의 시작이라고 할수 있다. 식물들은 오로지 fixed node와 fixed support를 가지고 있기 때문에 과도한 수직하중과 수평하중에 부러지거나 뽑히거나 쓰러지게 된다. 그러나 동물중에서 사람을 보면 손목, 발목, 어께와 다리관절은 모든방향에 대해서 회전이 가능하나 뼈대의 방향은 고정되어 있다. 그래서 우리가 잡아 당겨도 뽑히지가 않으나 물론 사람을 실험물로 생각하고 인장테스트 시험기에다 놓고 실험한다면 뽑힐시 최대 강도를 구할수는 있으나 말도 안되는 소리라서 넘어가겠다. 그 다음에 팔과 무릅관절을 한방향으로는 접힐수 있으나 다른 방향으로는 접히지 않으며 인장력과 휨에 대하서 저항을 한다.

경계조건을 이야기하면서 인체의 관절을 비유해서 조금 무리가 있을지 모르나 지금까지 모든 이야기들은 대부분 필자가 신입엔지니어들을 교육시킬때 사용한 이야기들이 거의 다라고 해도 과언이 아니다. ㅎㅎ. 자 그럼 node와 support는 무었이 다를까? 구조물 전체 모델링시 support condition은 기초조건을 이야기하는 것이고, node condition은 구조부재간 연결부분을 말하는 것이다. 구조물 전체 모델링에서 한부분에 대한 상세해석을 하기 위해 그부분만 떼어서 해석시는 구조부재가 연속해서 연결된부분은 연속조건에 비슷한 support 조건을 만들어 주고 부재간은 정확한 node조건을 입력해 주어야 한다. 둘다 이름만 틀리지 하는 일은 거의 같다.
1. NODE
1) Pinned condition: 연결부재간 Fx, Fy, Fz의 부재력은 전달하나, 모멘트를 전달하지 않음.
2) Fixed(Partially Fixed) condition: 연결부재간 Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz의 전체 또는 일부의 부재력과 모멘트를 전달함.
2. SUPPORT
1) Roller support: 지지점이 이동이 가능하나 이동방향의 수직방향의 반력만 존재함.
2) Pinned support: Rx, Ry, Rz의 수직 및 수평반력은 존재하나 모멘트에 대한 반력은 없음.
3) Fixed support: Rx, Ry, Rz, Mx, My, Mz의 수직 및 수평반력과 모멘트에 대한 반력이 존재함.

구조엔지니어는 위와 같은 이상적인 개념을 도입하고 해석에 적용을 한다. 이렇게 해석을 위해서 모델링을 할때 각각의 특성에 맞게 부재, 절점과 지지조건을 입력하고 해석을 수행하게 되는데, 나무만 보다보면 숲을 못본다는 말처럼 모델링은 열심히 해놓고 정작 구조물이 정정인지, 부정정인지 아님 불안정인지도 모르고 하중을 입력하고 해석을 수행하면 컴퓨터가 괴로워 한다.
즉, 구조엔지니어는 코드는 생명이고 구조해석 및 재료역학 책들은 양식처럼 공부를 해야한다.
오늘은 쉬운부분이라 여기서 정리하고 잠시 딴곳으로 가보겠다.

"해병은 타고나는 것이 아니라 만들어 지는 것이다.", " 이 한목숨 바쳐 조국과 민족 그리고 해병대를 위하여!" 지금도 필자의 가슴을 설레게 하는 말들이다. 이 두말들이 입대후 지금까지 모든 일을 할때마다 필자의 마음을 이끌고 있다. 구조엔지니어는 만들어 지는 것이다. 그리고 구조를 위해서 이 한목숨을 바쳐야 한다. 구조엔지니어는 타고나는 것이 아니고 얼마나 노력하고 생각을 하느냐가 중요한 것이다. 그리고 선배엔지니어는 자신의 시간을 아껴서라고 후배엔지니어를 교육시켜야 하는 사명이 있으며, drafter, contractor, vendor, framer 및 기타의 관련업무 종사자들이 이해할수 있도록 정확하게 상세를 그려줘야 하며, 왜 이것을 사용하는지 이해를 시켜줘야 한다. 그것이 시공시 실수를 줄이는 최선의 방법이고 훗날 시간을 줄이는 정도이다. 또한, 이것이 신뢰의 기본이며 성장의 엔진이라고 이야기 하고 싶다. 또 너무 주관적이었지만 구조에 대한 열정만 있으면 누구나 구조엔지니어가 될수 있다는게 필자의 소견이다.

대한국인 이희용(david.hy.lee@gmail.com)