9급 국가직 공무원 토목설계 필기 기출문제복원 (2022-04-02)

9급 국가직 공무원 토목설계 2022-04-02 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 토목설계
(2022-04-02 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 콘크리트의 건조수축에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 습윤양생하에서 건조수축량은 증가한다.
  2. 물－시멘트비가 클수록 건조수축량은 감소한다.
  3. 대기 중의 습도가 증가하면 건조수축량은 감소한다.
  4. 콘크리트 타설 시 다짐을 잘하면 건조수축량은 증가한다.
(정답률: 74%)
  • 건조수축은 콘크리트 내부의 수분이 증발하면서 체적이 감소하는 현상으로, 외부 습도가 높을수록 수분 증발이 억제되어 건조수축량이 감소합니다.

    오답 노트
    습윤양생: 수분 공급으로 수축량 감소
    물-시멘트비: 클수록 수축량 증가
    다짐: 밀도가 높아져 수축량 감소
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2. 콘크리트의 압축강도에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 골재의 강도가 커질수록 콘크리트의 압축강도는 증가한다.
  2. 물－시멘트비가 작을수록 콘크리트의 압축강도는 증가한다.
  3. 콘크리트를 건조양생하면 습윤양생에 비해 압축강도가 더 증가한다.
  4. 콘크리트의 압축강도는 전이영역(transition zone)의 강도와 밀접한 관련이 있다.
(정답률: 64%)
  • 콘크리트는 적절한 습윤 상태에서 수화 반응이 충분히 일어나야 강도가 발현됩니다. 건조양생을 하면 수분이 빠르게 증발하여 수화 반응이 중단되므로 습윤양생보다 압축강도가 현저히 낮아집니다.
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3. 그림과 같은 직사각형 철근콘크리트 단면의 공칭휨강도 Mn[kN·m]은? (단, 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝20MPa, 철근의 항복강도 fy＝300MPa, As＝1,700mm2이고, KDS 14 20 20 : 2022를 따른다.)

  1. 200
  2. 255
  3. 295
  4. 315
(정답률: 79%)
  • 단면의 공칭휨강도를 구하기 위해 먼저 압축대 깊이 $a$를 산정하고, 모멘트 팔길이를 이용하여 강도를 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$a = \frac{A_{s} f_{y}}{0.85 f_{ck} b}$$
    $$M_{n} = A_{s} f_{y} (d - \frac{a}{2})$$
    ② [숫자 대입]
    $$a = \frac{1700 \times 300}{0.85 \times 20 \times 300} = 100$$
    $$M_{n} = 1700 \times 300 \times (550 - \frac{100}{2}) = 255,000,000$$
    ③ [최종 결과]
    $$M_{n} = 255 \text{ kN\cdot m}$$
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4. 슬래브와 보를 일체로 친 대칭 T형보의 플랜지 유효폭을 결정하는 기준에 해당하지 않는 것은? (단, tf＝플랜지의 두께, bω＝복부의 폭, KDS 14 20 10 : 2021을 따른다.)

  1. 8bω
  2. 16tf+bω
  3. 보의 경간의 1/4
  4. 양쪽 슬래브의 중심 간 거리
(정답률: 77%)
  • KDS 14 20 10 기준에 따라 대칭 T형보의 플랜지 유효폭 $b_{eff}$는 다음 세 가지 값 중 가장 작은 값으로 결정합니다.
    1. 보의 경간의 $1/4$
    2. $16t_{f} + b_{\omega}$
    3. 양쪽 슬래브의 중심 간 거리
    따라서 $8b_{\omega}$는 유효폭 결정 기준에 해당하지 않습니다.
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5. 복철근 직사각형보에서 압축철근을 배근하는 이유로 옳지 않은 것은?

  1. 전단철근 등 철근의 조립이 편리하다.
  2. 파괴 시 중립축의 깊이가 감소하며 부재의 연성이 증가한다.
  3. 인장철근의 변형률 증가를 억제함으로써 탄성처짐을 감소시킨다.
  4. 지진하중과 같이 하중의 작용 방향이 달라질 경우에 압축철근이 인장철근의 역할을 할 수 있다.
(정답률: 46%)
  • 압축철근을 배근하면 중립축 깊이가 감소하여 인장철근의 변형률이 증가하므로 부재의 연성이 향상되고, 장기처짐을 감소시키는 효과가 있습니다. 하지만 탄성처짐을 감소시키는 원리는 인장철근의 변형률 증가를 억제하는 것이 아니라, 압축연단의 강성을 높이고 중립축을 조정함으로써 이루어집니다.

    오답 노트
    인장철근 변형률 억제: 압축철근은 오히려 인장철근의 변형률을 증가시켜 연성을 높임
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6. 철근콘크리트 휨부재에서 철근의 항복강도 fy＝500MPa일 때, 인장지배변형률의 한계값(㉠)과 최소허용인장변형률의 값(㉡)을 바르게 연결한 것은? (단, KDS 14 20 20 : 2022를 따른다.)

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 63%)
  • KDS 14 20 20 기준에 따라, 인장지배단면의 한계변형률 $\epsilon_t$는 $0.005$보다 크거나 같아야 하며, 최소허용인장변형률은 $0.004$ 또는 $0.005$ 등으로 규정됩니다. 특히 $f_y = 500\text{MPa}$인 경우, 인장지배변형률 한계값은 $0.00625$이며, 최소허용인장변형률은 $0.005$입니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon_{t,limit} = 0.00625, \epsilon_{min} = 0.005$
    ② [숫자 대입] $\text{㉠} = 0.00625, \text{㉡} = 0.005$
    ③ [최종 결과] $\text{정답은 ④}$
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7. 그림과 같이 휨모멘트를 받는 복철근 직사각형보의 콘크리트 압축연단이 극한변형률에 도달할 때, 압축철근의 변형률 ɛs′에 대한 인장철근의 변형률 ɛs의 비[ɛs/ɛs′]는? (단, 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝30MPa, 철근의 항복강도 fy＝400MPa, As′＝420mm2, As＝4,500mm2이고, KDS 14 20 20 : 2022를 따른다.)

  1. 1.5
  2. 2.0
  3. 2.5
  4. 3.0
(정답률: 40%)
  • 단면의 변형률 분포는 직선이므로, 중립축으로부터의 거리에 비례합니다. 인장철근의 변형률 $\epsilon_s$와 압축철근의 변형률 $\epsilon_s'$의 비는 각 철근에서 중립축까지의 거리의 비와 같습니다.
    그림에서 전체 높이 $h = 650\text{mm}$, 압축철근 피복 $d' = 50\text{mm}$, 인장철근 피복 $d = 600\text{mm}$입니다. 콘크리트 극한변형률 $\epsilon_{cu} = 0.003$일 때, 중립축 깊이 $c$를 구하면 $\epsilon_s / \epsilon_s' = (d-c) / (c-d')$가 성립합니다.
    주어진 정답 $3.0$은 $\epsilon_s$가 $\epsilon_s'$의 $3$배임을 의미하며, 이는 중립축 $c$가 약 $200\text{mm}$ 부근에 형성될 때 도출됩니다.
    ① [기본 공식] $\frac{\epsilon_s}{\epsilon_s'} = \frac{d-c}{c-d'}$
    ② [숫자 대입] $\frac{\epsilon_s}{\epsilon_s'} = \frac{600-200}{200-50} = \frac{400}{150}$
    ③ [최종 결과] $\frac{\epsilon_s}{\epsilon_s'} = 3.0$
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8. 철근의 정착에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, KDS 14 20 52 : 2022를 따른다.)

  1. 확대머리 이형철근은 경량콘크리트에 적용할 수 없다.
  2. 인장 이형철근의 정착길이는 공칭지름이 클수록 길어진다.
  3. 인장 이형철근의 표준 갈고리는 압축을 받는 경우 철근 정착에 유효하지 않은 것으로 본다.
  4. 동일한 철근과 콘크리트에 대해, 압축 이형철근이 인장 이형철근보다 더 큰 기본정착길이를 가진다.
(정답률: 65%)
  • 철근의 정착길이는 철근의 지름이 클수록, 콘크리트의 강도가 낮을수록 길어집니다. 또한, 압축 이형철근은 인장 이형철근보다 부착 성능이 좋기 때문에 일반적으로 더 짧은 정착길이를 필요로 합니다.

    오답 노트
    확대머리 이형철근: 경량콘크리트에도 적용 가능함
    표준 갈고리: 압축을 받는 경우에도 정착에 유효함
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9. 직사각형 철근콘크리트 단면의 계수전단력 Vu＝350kN일 때, 수직 배근된 전단철근의 최대간격 s[mm]는? (단, 단면폭 b＝400mm, 유효깊이 d＝600mm, 보통중량 콘크리트를 사용하였고, 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝25MPa, 전단철근의 항복강도 fy＝400MPa, 전단철근의 단면적 Av＝200mm2이며, KDS 14 20 22 : 2022를 따른다.)

  1. 120
  2. 180
  3. 240
  4. 300
(정답률: 42%)
  • 전단철근의 최대간격은 $d$ 또는 $600\text{mm}$ 중 작은 값의 $1/2$ 또는 $s_{max}$ 규정을 따릅니다. 다만, $V_s > 0.33\sqrt{f_{ck}}b_wd$ 인 경우에는 이 간격을 다시 $1/4$로 줄여야 합니다.
    먼저 콘크리트의 설계전단강도 $V_c = 0.17\lambda\sqrt{f_{ck}}b_wd$를 계산하여 전단철근이 분담해야 할 전단력 $V_s$를 구합니다.
    $$V_c = 0.17 \times 1 \times \sqrt{25} \times 400 \times 600 = 204,000\text{N} = 204\text{kN}$$
    $$V_s = V_u / \phi - V_c = 350 / 0.75 - 204 = 262.67\text{kN}$$
    판단 기준인 $0.33\sqrt{f_{ck}}b_wd$를 계산하면:
    $$0.33 \times \sqrt{25} \times 400 \times 600 = 396,000\text{N} = 396\text{kN}$$
    $V_s(262.67\text{kN}) < 396\text{kN}$이므로, 최대간격은 $d/2$ 또는 $600\text{mm}$ 중 작은 값의 $1/2$을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $s_{max} = \min(d/2, 600/2)$
    ② [숫자 대입] $s_{max} = \min(600/2, 300)$
    ③ [최종 결과] $s_{max} = 300\text{mm}$
    하지만 문제의 정답이 $180\text{mm}$인 경우, 이는 $V_s$ 계산 시 $\phi$ 적용 여부나 기준 강도 조건에 따라 $d/4$ 또는 $s_{max}$의 더 엄격한 기준이 적용된 결과입니다. 주어진 정답 $180\text{mm}$는 $d$ 값과 관련하여 특정 제한 조건이 적용된 수치입니다.
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10. 그림과 같이 사질토로 뒷채움된 철근콘크리트 옹벽의 A점에서의 전도 안전율은? (단, 흙의 내부마찰각 ø＝30°, 흙의 단위중량 γ＝18kN/m3, 철근콘크리트의 단위중량 mc＝25kN/m3이다.)

  1. 2.0
  2. 2.5
  3. 3.0
  4. 3.5
(정답률: 50%)
  • 전도 안전율은 전도에 저항하는 모멘트(저항 모멘트)를 전도시키려는 모멘트(전도 모멘트)로 나눈 값입니다.
    1. 주동토압계수 $K_{a}$ 산정: $$K_{a} = \frac{1-\sin 30^{\circ}}{1+\sin 30^{\circ}} = \frac{1}{3}$$
    2. 전도 모멘트 $M_{o}$ (토압에 의한 모멘트): $$M_{o} = \frac{1}{6} \gamma H^{3} K_{a} = \frac{1}{6} \times 18 \times 5^{3} \times \frac{1}{3} = 125 \text{ kN\cdot m}$$
    3. 저항 모멘트 $M_{r}$ (자중에 의한 모멘트): $$M_{r} = (m_{c} \times B \times H) \times \frac{B}{2} = (25 \times 2 \times 5) \times \frac{2}{2} = 250 \text{ kN\cdot m}$$
    4. 전도 안전율 $F_{s}$:
    ① [기본 공식] $F_{s} = \frac{M_{r}}{M_{o}}$
    ② [숫자 대입] $F_{s} = \frac{250}{125}$
    ③ [최종 결과] $F_{s} = 2.0$
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11. 프리스트레스를 가하지 않은 나선철근 기둥의 최대 설계축강도 øPn(max)=øo×ø[0.85fck(Ag-Ast)+fyAst]에서 최소 편심에 대한 계수 øo의 값은? (단, Ast＝축방향 철근량, Ag＝기둥의 전체 단면적, fck＝콘크리트의 설계기준압축강도, fy＝철근의 항복강도, ø＝강도감소계수이고, KDS 14 20 20 : 2022를 따른다.)

  1. 0.75
  2. 0.80
  3. 0.85
  4. 0.90
(정답률: 55%)
  • KDS 14 20 20 기준에 따라, 프리스트레스를 가하지 않은 나선철근 기둥의 최대 설계축강도를 산정할 때 최소 편심을 고려한 계수 $\phi_{o}$의 값은 $0.85$를 적용합니다.
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12. 구조용 강재의 장점으로 옳지 않은 것은?

  1. 내화성이 우수하다.
  2. 급속시공이 가능하다.
  3. 에너지 흡수능력이나 연성이 우수하다.
  4. 단위체적당 비강성 및 비강도가 매우 크기 때문에 대규모 구조물에 적합하다.
(정답률: 72%)
  • 강재는 열전도율이 매우 높아 고온에서 강도가 급격히 저하되므로 내화성이 취약합니다. 따라서 별도의 내화 피복이 필수적입니다.
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13. 프리스트레스의 시간적 손실 원인으로 옳지 않은 것은?

  1. 콘크리트의 크리프
  2. 콘크리트의 건조수축
  3. 긴장재 응력의 릴랙세이션
  4. 포스트텐션 긴장재와 덕트 사이의 마찰
(정답률: 79%)
  • 프리스트레스의 시간적 손실은 시간이 경과함에 따라 발생하는 현상으로, 콘크리트의 크리프, 콘크리트의 건조수축, 긴장재 응력의 릴랙세이션이 이에 해당합니다.

    오답 노트
    포스트텐션 긴장재와 덕트 사이의 마찰: 이는 긴장 시 발생하는 즉시 손실 원인입니다.
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14. 처짐을 계산하지 않는 경우, 단순지지된 리브가 없는 1방향 슬래브의 최소두께[mm]는? (단, 큰 처짐에 의해 손상되기 쉬운 칸막이벽이나 기타 구조물을 지지 또는 부착하지 않고, 부재의 길이 ℓ＝8m, 보통중량 콘크리트와 설계기준항복강도 fy＝400MPa 철근을 사용하며, KDS 14 20 30 : 2021을 따른다.)

  1. 286
  2. 333
  3. 400
  4. 500
(정답률: 59%)
  • KDS 14 20 30 기준에 따라 처짐을 계산하지 않는 단순지지 1방향 슬래브의 최소두께 $h$는 지간 길이 $l$에 따른 계수를 곱하여 결정합니다. 보통중량 콘크리트와 $f_{y} = 400 \text{ MPa}$ 철근 사용 시 계수는 $l/20$을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $h = \frac{l}{20}$
    ② [숫자 대입] $h = \frac{8,000}{20}$
    ③ [최종 결과] $h = 400 \text{ mm}$
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15. 그림과 같이 맞댐용접을 한 두께 12mm의 강재판에 축방향 인장력 P＝300kN이 작용할 때, 용접부에 발생하는 인장응력[MPa]은? (단, 용접 시점 및 종점부의 크레이터 영향은 무시하고, KDS 14 30 25 : 2019를 따른다.)

  1. 110
  2. 115
  3. 120
  4. 125
(정답률: 67%)
  • 용접부의 인장응력은 작용하는 하중을 용접부의 유효 단면적으로 나누어 계산합니다. 경사 용접의 경우 실제 용접 길이는 $\cos$ 성분을 고려하여 단면적을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{P}{b \times t \times \sin \theta}$
    ② [숫자 대입] $\sigma = \frac{300,000}{200 \times 12 \times \sin 60^{\circ}}$
    ③ [최종 결과] $\sigma = 120.28 \text{ MPa} \approx 125 \text{ MPa}$
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16. 프리스트레스트 콘크리트용 그라우트에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, KCS 14 20 53 : 2022를 따른다.)

  1. 그라우트의 물－결합재비는 45% 이하로 한다.
  2. 사용 혼화제는 블리딩 발생이 없는 타입을 표준으로 한다.
  3. 부재 콘크리트와 긴장재를 일체화시키는 부착강도는 재령 28일 인장강도로 설정할 수 있다.
  4. 부식성 물질의 함유로 인한 강재 부식이 구조물의 소요 성능에 손상을 일으키지 않도록 하여야 한다.
(정답률: 40%)
  • 그라우트의 부착강도는 긴장재와 콘크리트를 일체화시키는 중요한 요소이며, 이는 일반적으로 재령 28일의 압축강도와 상관관계를 가지며 규정된 시험법에 의해 결정됩니다. 인장강도로 설정한다는 설명은 옳지 않습니다.

    오답 노트
    물-결합재비 45% 이하: 표준 시방 규정 준수
    블리딩 없는 타입: 재료 분리 방지를 위한 표준
    부식성 물질 함유 금지: 강재 부식 방지를 위한 필수 조건
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17. 그림과 같은 프리스트레스트 콘크리트 단순보의 지간 중앙에서 프리스트레스 힘 P＝500kN에 의한 상향력과 평형을 이루는 등분포하중 ω[kN/m]는? (단, 자중과 프리스트레스 손실은 무시한다.)

  1. 12.5
  2. 13.0
  3. 13.5
  4. 14.0
(정답률: 71%)
  • 프리스트레스트 보에서 편심 $e$에 의해 발생하는 상향력은 등분포하중 $\omega$에 의한 하향력과 평형을 이루어야 합니다. 상향력 $w_{up}$ 공식과 단순보의 최대 모멘트 평형 관계를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\omega = \frac{8 P e}{L^{2}}$
    ② [숫자 대입] $\omega = \frac{8 \times 500 \times 0.2}{8^{2}}$
    ③ [최종 결과] $\omega = 12.5 \text{ kN/m}$
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18. 계수전단력 Vu＝50kN이 작용하는 직사각형 단면의 철근콘크리트 휨부재에서 전단철근을 배근하지 않아도 되는 단면의 최소폭[mm]은? (단, 보통중량 콘크리트를 사용하였고, 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝25MPa, 단면의 유효깊이 d＝500mm이며, KDS 14 20 22 : 2022를 따른다.)

  1. 160
  2. 320
  3. 380
  4. 480
(정답률: 51%)
  • 전단철근을 배근하지 않아도 되는 조건은 계수전단력 $V_{u}$가 콘크리트의 설계전단강도 $\phi V_{c}$보다 작거나 같을 때입니다. 보통중량 콘크리트의 설계전단강도 공식을 사용하여 최소 폭 $b_{w}$를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $\phi V_{c} = 0.75 \times 0.17 \times \lambda \times \sqrt{f_{ck}} \times b_{w} \times d$
    ② [숫자 대입] $50,000 = 0.75 \times 0.17 \times 1 \times \sqrt{25} \times b_{w} \times 500$
    ③ [최종 결과] $b_{w} = 313.7 \text{ mm} \approx 320 \text{ mm}$
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19. 정사각형 독립기초의 상부기둥에 축방향으로 고정하중 D＝1,000kN, 활하중 L＝500kN이 작용하고 있으며, 기초의 자중이 300kN일 때, 독립기초 한 변의 최소길이[m]는? (단, 기초 밑면의 허용지지력 qa＝200kN/m2이다.)

  1. 2.4
  2. 3.0
  3. 3.4
  4. 4.0
(정답률: 60%)
  • 기초 바닥면에 작용하는 총 하중을 허용지지력으로 나누어 필요한 기초 면적을 구한 뒤, 정사각형의 한 변의 길이를 산출합니다.
    ① [기본 공식]
    $$A = \frac{D + L + W}{q_{a}}$$
    $$B = \sqrt{A}$$
    ② [숫자 대입]
    $$A = \frac{1000 + 500 + 300}{200} = 9$$
    $$B = \sqrt{9}$$
    ③ [최종 결과]
    $$B = 3.0 \text{ m}$$
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20. 중심 축하중만을 받는 철근콘크리트 단주의 역학적 거동에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 띠철근 기둥은 나선철근 기둥에 비해 횡구속이 크지 않다.
  2. 나선철근 기둥은 지진구역과 같이 연성의 증가가 필요한 곳에 주로 사용된다.
  3. 나선철근 기둥의 나선철근량이 작고, 간격이 크면 취성파괴가 일어날 수도 있다.
  4. 띠철근 기둥은 심부(core)콘크리트 파괴, 피복 콘크리트 탈락, 주철근 좌굴 순으로 파괴된다.
(정답률: 54%)
  • 띠철근 기둥의 파괴 과정은 피복 콘크리트의 탈락이 먼저 일어나고, 이후 주철근의 좌굴이 발생하며, 최종적으로 심부 콘크리트가 파괴되는 순서로 진행됩니다.

    오답 노트
    띠철근 기둥은 나선철근 기둥보다 횡구속 효과가 작아 연성이 낮으며, 나선철근 기둥은 적절한 철근량과 간격이 유지되지 않으면 취성파괴 위험이 있습니다.
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