응력 집중(Stress Concentration)은 철강 구조물이 하중을 받을 때, 특정 부분에 응력이 집중되는 현상을 말합니다.
일반적으로 구조물의 형상이 급격히 변화하거나, 결함이나 홈, 구멍, 모서리 등 불연속적인 부분에서 이러한 현상이 발생할 수 있습니다.
응력 집중이 발생하면 해당 부분의 응력이 국부적으로 상승하여, 구조물이 예상보다 낮은 하중에서 파손될 수 있습니다.

< 응력 집중이 발생하는 이유 >
- 형상의 불연속성 : 구조물에 구멍, 홈, 노치(V형의 홈), 급격한 단면 변화 등이 있을 때, 하중이 전달되는 과정에서 응력이 특정 부분에 집중됩니다.
- 하중의 방향 변화 : 구조물이 하중을 받을 때 굽힘, 비틀림, 압축 등의 상태가 동시에 발생하면 응력이 집중될 수 있습니다.
- 재료의 결함 : 철강 내부에 균열, 기공(기포) 등 재료 결함이 존재하는 경우 응력 집중이 쉽게 발생할 수 있습니다.

< 응력 집중의 문제점 >
응력 집중은 구조물의 강도와 수명을 크게 감소시킬 수 있으며, 균열이나 파단의 주요 원인 중 하나입니다.
응력 집중이 높은 상태로 유지되면, 구조물의 일부가 국부적으로 손상되어 파괴에 이르게 됩니다.

>> 응력 집중을 방지하거나 줄이는 방법
1) 형상 최적화
급격한 단면 변화를 피하고, 가능한 한 곡선 형태로 설계하여 응력이 고르게 분포되도록 합니다. 예를 들어, 모서리를 둥글게 처리하거나, 구멍 주위에 필렛(완곡 처리된 부분)을 적용하여 응력 집중을 완화할 수 있습니다.
구멍 주위에 보강재를 덧대거나, 구멍의 크기와 위치를 최적화하여 응력 집중을 줄일 수 있습니다.

2) 응력 분산 장치 사용
보강판이나 보강재를 추가하여 응력을 분산시키는 방식을 사용할 수 있습니다. 이로 인해 하중이 특정 지점에만 집중되지 않고 주변으로 고르게 전달될 수 있습니다.
리브(보강된 돌출부)를 추가하여 구조물의 특정 부위에 응력을 분산시켜, 내구성을 높입니다.

3) 재료 선택과 열처리
균질한 재료를 사용하거나, 고강도 재료를 선택하여 응력 집중에 잘 견딜 수 있도록 합니다. 특히 열처리를 통해 재료의 조직을 개선하면, 응력 집중에 대한 저항성이 향상됩니다.
복합 재료를 사용하거나 탄성 계수가 높은 재료로 설계하여 응력 집중을 줄일 수 있습니다.

4) 결함 제거 및 검사
구조물 제작 시 결함이 발생하지 않도록 비파괴 검사(X선, 초음파 검사 등)를 통해 결함을 확인하고 제거하는 것이 중요합니다.
내부 결함이 있으면 응력 집중이 심해질 수 있으므로, 초기 결함을 최소화하는 것이 필요합니다.

5) 설계 시 하중 분산 고려
구조물을 설계할 때, 예상되는 하중의 방향과 분포를 분석하여 응력이 특정 지점에 집중되지 않도록 설계합니다.
하중을 분산시키는 구조물의 배치나 하중 경로 최적화가 필요합니다.
균형 설계를 통해 구조물의 전체적인 응력 분포를 균일하게 하고, 특정 부위에 지나치게 하중이 집중되지 않도록 설계합니다.

< 구조물 설계 시 고려해야 할 점 >
- 구멍, 홈 등의 처리 : 구멍이나 홈이 있는 구조물에서는 필렛 반경을 충분히 크게 하여 응력 집중을 완화합니다.
- 곡선 설계 : 모서리나 끝 부분은 가능한 둥글게 처리하여 응력 분포가 자연스럽게 이루어지도록 합니다.
- 재료 선정 : 내구성과 탄성 한계가 높은 재료를 선택하여, 응력 집중이 발생해도 변형이나 파손이 최소화되도록 합니다.
- 하중 경로 분석 : 구조물이 작용하는 하중을 면밀히 분석하여, 하중이 자연스럽게 분산될 수 있는 구조를 설계합니다.