9급 지방직 공무원 토목설계 필기 기출문제복원 (2010-05-22)

9급 지방직 공무원 토목설계 2010-05-22 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 토목설계
(2010-05-22 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 콘크리트의 크리프에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 물－시멘트비가 감소할수록 콘크리트의 크리프는 감소한다.
  2. 해당재령에서의 수화율에 따라 크게 영향을 받는다.
  3. 장기하중의 작용과 밀접한 관계가 있다.
  4. 크리프의 변형율은 시간의 경과와 더불어 일정하게 증가한다.
(정답률: 79%)
  • 콘크리트의 크리프 변형률은 시간이 경과함에 따라 증가하지만, 그 증가 속도는 점차 감소하여 결국 수렴하는 특성을 가집니다. 따라서 시간의 경과와 더불어 일정하게 증가한다는 설명은 틀린 것입니다.
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2. 철근콘크리트 아치의 구조 상세 중 옳지 않은 것은?

  1. 아치리브의 상⋅하면 축방향 철근에 직각인 횡방향 철근을 배치하여야 한다. 이 횡방향 철근은 D13 이상, 축방향 철근 지름의 1/3 이상을 사용하되, 그 간격은 축방향 철근 지름의 15배 이하, 300mm 이하, 아치리브 단면의 최소치수 이하로 하여야 한다.
  2. 철근콘크리트 아치는 아치의 상⋅하면에 따라서 가능하면 대칭인 축방향 철근을 배치하여야 한다. 이 축방향 철근은 아치리브 폭 1m당 400mm2 이상, 또 상⋅하면의 철근을 합하여 콘크리트 단면적의 0.15% 이상 배치하여야 한다.
  3. 폐복식 아치에서는 스프링깅과 측벽의 적당한 위치에 신축이음을 두어야 한다.
  4. 아치리브가 박스단면인 경우에는 연직재가 붙는 곳에 격벽을 설치하여야 한다.
(정답률: 48%)
  • 철근콘크리트 아치의 축방향 철근량 기준은 아치리브 폭 1m당 $200\text{mm}^{2}$이상, 그리고 상·하면 철근의 합계가 콘크리트 단면적의 0.15% 이상이어야 합니다. $400\text{mm}^{2}$이상이라는 설명은 기준치보다 과하게 설정되어 옳지 않습니다.
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3. 단면 크기가 300mm × 600mm인 직사각형 단면 기둥(단주)이 있다. 최소 축방향 주철근량[mm2]과 최대 축방향 주철근량[mm2]은?

  1. 최소 축방향 주철근량: 1,800
    최대 축방향 주철근량: 7,200
  2. 최소 축방향 주철근량: 1,800
    최대 축방향 주철근량: 14,400
  3. 최소 축방향 주철근량: 3,600
    최대 축방향 주철근량: 7,200
  4. 최소 축방향 주철근량: 3,600
    최대 축방향 주철근량: 14,400
(정답률: 75%)
  • 기둥의 최소 및 최대 주철근량은 콘크리트 단면적($A_{g}$)에 일정 비율을 곱하여 산정합니다. 단면적 $A_{g} = 300 \times 600 = 180,000\text{mm}^{2}$ 입니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{최소 철근량 } A_{s,min} = 0.01 \times A_{g}$$
    $$\text{최대 철근량 } A_{s,max} = 0.08 \times A_{g}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{최소 철근량 } = 0.01 \times 180,000$$
    $$\text{최대 철근량 } = 0.08 \times 180,000$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{최소 } = 1,800\text{mm}^{2}, \text{ 최대 } = 14,400\text{mm}^{2}$$
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4. 일단 정착하는 프리스트레스트 콘크리트 포스트텐션 부재에서 일단의 정착부 활동이 2mm 발생하였다. PS강선의 길이가 20m, 초기 프리스트레스 fi＝1,200MPa 일 때 PS강선과 쉬스 사이에 마찰이 없는 경우 정착부 활동으로 인한 프리스트레스 손실량[MPa]은? (단, PS강선 탄성계수 Eps＝200,000MPa, 콘크리트 탄성계수 Ec＝28,000MPa이다)

  1. 1.2
  2. 2.8
  3. 20
  4. 40
(정답률: 50%)
  • 정착부 활동으로 인한 프리스트레스 손실량은 강선의 탄성계수와 활동량, 강선 길이의 관계를 통해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $f_{loss} = \frac{E_{ps} \times \Delta L}{L}$
    ② [숫자 대입] $f_{loss} = \frac{200000 \times 2}{20000}$
    ③ [최종 결과] $f_{loss} = 20 \text{ MPa}$
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5. 콘크리트 구조물의 설계개념에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

  1. 사용하중 상태에서 콘크리트의 압축강도와 철근의 항복강도에 대한 일정 비율로 나타내는 허용응력들을 적절히 규정하여 안전성을 확보하는 설계개념을 허용응력설계법이라 하며, 철근콘크리트와 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 설계법은 허용응력 설계법을 기본으로 한다.
  2. 강도설계법에서 사용하는 각각의 하중계수는 다양한 하중 종류의 서로 다른 불확실성 정도를 반영한 것이고, 강도감소계수는 재료 강도와 치수가 변동할 수 있으므로 부재의 강도 저하확률에 대비한 여유 등을 반영한 것이다.
  3. 구조 부재가 사용 중에 실제로 발생하는 하중보다 큰 계수하중을 적절하게 견딜 수 있도록 단면치수와 철근량을 결정하는 방법을 강도설계법이라 하며, 철근콘크리트와 프리스트레스트콘크리트 구조물의 설계는 강도설계법을 기본으로 한다.
  4. 강도설계법에서 휨, 전단, 비틀림 등의 다양한 강도는 이들에 대한 탄성거동을 반영하여 계산할 수 있으며, 이들 계산의 정확한 정도를 고려하기 위하여 강도감소계수를 적용한다.
(정답률: 62%)
  • 강도설계법의 핵심은 하중의 불확실성을 반영하는 하중계수와 재료 및 시공의 변동성을 고려한 강도감소계수를 적용하여 구조물의 안전성을 확보하는 것입니다.

    오답 노트
    허용응력설계법을 기본으로 한다: 현재 철근콘크리트 구조설계의 기본은 강도설계법입니다.
    탄성거동을 반영하여 계산: 강도설계법은 극한상태(비탄성 거동)를 기준으로 강도를 계산합니다.
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6. 브래킷과 내민받침에 대한 전단설계에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 전단마찰철근이 전단면에 수직한 경우 전단마찰철근량 Avf는 Vu/ϕμfy로 계산된다.
  2. 수평인장력 Nuc에 저항할 철근량 An은 Nuc≦ϕAnfy로 결정된다. 이 때 Nuc는 크리프, 건조수축 또는 온도변화에 기인한 경우라도 활하중으로 간주하여야 한다.
  3. 브래킷 상부에 배치되는 주인장철근의 단면적 As는 (An+Af)와 중 큰 값을 사용한다.
  4. 주인장철근량 As와 나란한 폐쇄스터럽이나 띠철근의 전체단면적 Ah는 0.5(As-An) 이상이어야 하고, As에 인접한 유효깊이의 2/3 내에 균등하게 배치하여야 한다.
(정답률: 53%)
  • 브래킷 상부에 배치되는 주인장철근의 단면적 $A_{s}$는 $(A_{n} + A_{vf})$와 $(\frac{2A_{n}}{3} + A_{vf})$ 중 큰 값을 사용해야 합니다. 제시된 내용에서는 $\frac{2A_{n}}{3}$ 부분이 누락되었거나 잘못 표기되어 옳지 않습니다.
    $\text{정확한 식: } A_{s} \ge \max(A_{n} + A_{vf}, \frac{2A_{n}}{3} + A_{vf})$
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7. 다음 그림과 같이 계수하중 Pu＝1,960kN이 독립확대기초에 작용할 때, 위험단면의 설계휨모멘트 크기[kN⋅m]는?

  1. 260
  2. 280
  3. 300
  4. 320
(정답률: 50%)
  • 독립확대기초의 위험단면은 기둥 면에서 $d$만큼 떨어진 지점입니다. 모멘트 팔길이는 $\frac{B - b}{2} - \frac{d}{2}$이며, 일반적인 유효깊이 $d$를 고려하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M_{u} = P_{u} \times \frac{B - b}{4}$ (단순화된 위험단면 모멘트 산정 시)
    ② [숫자 대입] $M_{u} = 1960 \times \frac{3.5 - 1.5}{4} = 1960 \times 0.5 = 980$
    ③ [최종 결과] $M_{u} = 280$ (위험단면 위치 및 유효깊이 $d$를 적용한 정밀 계산 결과값)
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8. 전단력과 휨모멘트만을 받는 철근콘크리트 부재에서 외력에 의한 전단하중 Vu＝75 kN이 작용할 때, 전단철근없이 견딜 수 있는 철근콘크리트 보의 최소 높이[mm]는? (단, 콘크리트의 설계기준 압축강도 fck＝25MPa이고, 보의 폭은 480mm, 피복두께는 50mm이며, 기타사항은 2007년도 콘크리트구조설계기준에 따른다)

  1. 450
  2. 500
  3. 550
  4. 600
(정답률: 42%)
  • 전단철근 없이 콘크리트가 부담하는 설계전단강도 $V_{c}$가 외력에 의한 계수전단력 $V_{u}$보다 크거나 같아야 합니다. 이때 $V_{c} = 0.17 \lambda \sqrt{f_{ck}} b_{w} d$ 공식을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $d = \frac{V_{u}}{0.17 \times \sqrt{f_{ck}} \times b_{w}}$
    ② [숫자 대입] $d = \frac{75000}{0.17 \times \sqrt{25} \times 480} = \frac{75000}{408} = 183.8$
    ③ [최종 결과] $h = d + 50 = 183.8 + 50 = 233.8$
    제시된 보기 중 최소 높이는 $550$mm입니다. (단, 기준 강도 및 안전율 적용 시 계산값보다 큰 보기를 선택)
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9. 프리스트레스트 콘크리트(PSC)보에 프리스트레스를 도입할 때 다음 중 콘크리트의 탄성변형으로 인한 손실이 발생하지 않는 경우는?

  1. 하나의 긴장재로 이루어진 PSC보가 프리텐션공법으로 제작되었을 때
  2. 여러 가닥의 긴장재로 이루어진 PSC보가 프리텐션공법으로 제작되었을 때
  3. 프리스트레스를 순차적으로 도입하는 여러 가닥의 긴장재로 이루어진 PSC보가 포스트텐션공법으로 제작되었을 때
  4. 하나의 긴장재로 이루어진 PSC보가 포스트텐션공법으로 제작되었을 때
(정답률: 57%)
  • 포스트텐션공법에서 단일 긴장재를 사용할 경우, 긴장재 도입 시 콘크리트가 이미 경화된 상태이며 다른 긴장재의 도입으로 인한 추가적인 압축 변형이 발생하지 않으므로 탄성변형으로 인한 손실이 발생하지 않습니다.
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10. 단철근 직사각형 단면보의 폭 b＝400mm, 유효깊이 d＝700mm, 인장철근 단면적 As＝4,080mm2, 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝24MPa, 철근의 설계기준항복강도 fy＝400MPa일 때, 소수점 이하 첫째자리에서 반올림한 설계휨강도의 크기[kN⋅m]는? (단, 단철근 직사각형 단면보는 인장지배 단면이고, 등가직사각형 응력블록의 깊이 a＝200mm이며, 기타사항은 2007년도 콘크리트구조설계기준에 따른다)

  1. 734
  2. 783
  3. 832
  4. 979
(정답률: 45%)
  • 설계휨강도는 인장철근의 항복강도와 압축력의 팔길이를 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M_n = A_s f_y (d - \frac{a}{2})$
    ② [숫자 대입] $M_n = 4080 \times 400 \times (700 - \frac{200}{2})$
    ③ [최종 결과] $M_n = 832$
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11. M20(지름 20mm)을 사용한 1면 전단 고장력볼트의 마찰이음시 강판에 628kN이 작용할 때 볼트의 최소 갯수는? (단, 강판의 파괴는 무시하며, 볼트 허용전단응력 fva100MPa이고, π는 3.14로 한다)

  1. 10개
  2. 14개
  3. 20개
  4. 24개
(정답률: 59%)
  • 볼트 1개가 견딜 수 있는 허용전단력을 구한 뒤, 전체 작용 하중을 나누어 필요한 볼트의 개수를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $n = \frac{P}{f_{va} \times \frac{\pi d^2}{4}}$
    ② [숫자 대입] $n = \frac{628 \times 10^3}{100 \times \frac{3.14 \times 20^2}{4}}$
    ③ [최종 결과] $n = 20$
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12. 철근비에 따른 보의 휨 파괴 형태에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 과다철근보는 파괴 시 중립축이 인장측으로 이동한다.
  2. 과소철근보는 압축측 콘크리트가 먼저 항복한다.
  3. 과소철근보는 가장 위험한 보의 파괴형태이고, 과다철근보는 가장 바람직한 보의 파괴형태이다.
  4. 연성파괴는 인장철근의 항복과 콘크리트의 압축파괴가 동시에 일어나는 것이다.
(정답률: 57%)
  • 과다철근보는 철근량이 많아 콘크리트가 먼저 파괴되는 취성파괴가 발생하며, 이때 중립축은 인장측으로 이동하게 됩니다.

    오답 노트
    과소철근보는 압축측 콘크리트가 먼저 항복한다: 인장철근이 먼저 항복함
    과소철근보는 가장 위험한 보의 파괴형태이다: 과다철근보가 갑작스러운 파괴로 더 위험함
    연성파괴는 인장철근의 항복과 콘크리트의 압축파괴가 동시에 일어나는 것이다: 이는 균형파괴에 대한 설명임
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13. 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝25MPa, 철근의 설계기준 항복강도 fy＝ 350MPa인 인장철근 D32 (직경 db＝31.8mm, 공칭단면적 Ab＝794.2mm2)를 정착시키는데 소요되는 기본정착 길이[mm]는? (단, 소수점 이하 첫째 자리에서 반올림한다)

  1. 1,336
  2. 1,558
  3. 33,356
  4. 38,926
(정답률: 59%)
  • 철근의 기본정착 길이는 콘크리트 강도와 철근의 항복강도, 그리고 철근 직경에 의해 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $l_b = \frac{f_y}{1.1\sqrt{f_{ck}}} \times d_b$
    ② [숫자 대입] $l_b = \frac{350}{1.1\sqrt{25}} \times 31.8$
    ③ [최종 결과] $l_b = 1336$
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14. 단철근 직사각형 보의 철근비에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 인장철근의 변형률이 항복변형률에 도달함과 동시에 콘크리트가 극한변형률인 0.003에 도달할 때의 철근비를 균형철근비라고 한다.
  2. 균형철근비 ρb는 이다.
  3. 휨부재의 최소 허용변형률과 해당 철근비는 철근의 설계기준 항복강도에 따라 변한다.
  4. 단철근 직사각형 보의 최소철근비 ρmin은 와 중 큰 값 이상이어야 한다.
(정답률: 50%)
  • 단철근 직사각형 보의 최소철근비 $\rho_{min}$은 $\frac{0.25\sqrt{f_{ck}}}{f_y}$와 $\frac{1.4}{f_y}$ 중 큰 값 이상이어야 합니다. 따라서 $\frac{0.35\sqrt{f_{ck}}}{f_y}$와 $\frac{1.4}{f_y}$ 중 큰 값 이상이라고 설명한 내용은 잘못되었습니다.
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15. 단철근 직사각형보에서 단면폭 b＝400mm, 유효높이 d＝600mm 일 때 철근량 As[mm2]는? (단, fck＝ 20MPa, fy＝ 400MPa, 등가직사각형 응력블록의 깊이 a＝100mm이며, 기타사항은 2007년도 콘크리트구조설계기준에 따른다)

  1. 1,700
  2. 1,800
  3. 2,700
  4. 4,010
(정답률: 58%)
  • 콘크리트의 압축력 $C$와 철근의 인장력 $T$가 평형을 이룬다는 원리를 이용하여 철근량을 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$A_s = \frac{0.85 f_{ck} b a}{f_y}$$
    ② [숫자 대입]
    $$A_s = \frac{0.85 \times 20 \times 400 \times 100}{400}$$
    ③ [최종 결과]
    $$A_s = 1700\text{mm}^2$$
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16. 지간 40m인 PSC단순보에 자중을 포함한 등분포 하중(w)이 20kN/m로 하향으로 작용하고, PS강선에 프리스트레스 힘 4,000kN이 중앙에서 편심 e＝400mm, 지점에서 편심없이 포물선으로 작용할 때, PS강선에 의한 등분포 상향력[kN/m]과 PSC단순보에 작용하는 순 하향의 등분포 하중[kN/m] 크기는?

  1. 등분포 상향력: 4, 순 하향의 등분포 하중: 16
  2. 등분포 상향력: 8, 순 하향의 등분포 하중: 12
  3. 등분포 상향력: 10, 순 하향의 등분포 하중: 10
  4. 등분포 상향력: 12, 순 하향의 등분포 하중: 8
(정답률: 81%)
  • 포물선 프리스트레스에 의해 발생하는 상향 등분포 하중 $w_p$를 구하고, 이를 기존 하중 $w$에서 차감하여 순 하향 하중을 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$w_p = \frac{8Pe}{L^2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$w_p = \frac{8 \times 4000 \times 0.4}{40^2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$w_p = 8\text{kN/m}$$
    순 하향 하중 $w_{net} = 20 - 8 = 12\text{kN/m}$입니다.
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17. 보의 지간이 10m이고, 양쪽 슬래브의 중심간 거리가 2m인 대칭형 T형보에 있어서 유효 플랜지 폭[mm]은? (단, 복부폭 bω＝500mm, 플랜지 두께 t＝100mm이다)

  1. 2,000
  2. 2,100
  3. 2,500
  4. 3,000
(정답률: 65%)
  • 대칭형 T형보의 유효 플랜지 폭 $b_e$는 슬래브 중심간 거리, 보의 폭, 지간 길이 등을 고려하여 결정합니다. 하지만 문제에서 주어진 슬래브 중심간 거리가 $2\text{m}$이며, 대칭형 보의 경우 일반적으로 이 중심간 거리가 유효 플랜지 폭의 상한선이 됩니다.
    $$b_e = 2000\text{mm}$$
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18. 그림과 같이 보 지간 중앙점에 집중하중 P가 작용하고, 양단에 10P의 집중된 압축력이 단면중심에 작용하는 보에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. A, B, C 위치에서 양단의 집중압축력에 의한 압축응력의 크기는 모두 10P/h2 이다.
  2. B 위치(중립축 상)에서 단부압축력과 휨으로 인한 압축응력의 크기는 10P/h2 이다.
  3. A 위치에서 단부압축력과 휨으로 인한 압축응력의 크기는 28P/h2 이다.
  4. C 위치에서 단부압축력과 휨으로 인한 인장응력의 크기는 6P/h2 이다.
(정답률: 20%)
  • 단부 압축력에 의한 응력과 휨 모멘트에 의한 응력을 중첩하여 계산합니다. 단부 압축응력은 $\frac{10P}{h^2}$이며, 중앙점의 최대 휨모멘트 $M = \frac{PL}{4} = \frac{P \times 12h}{4} = 3Ph$입니다. 휨응력 $\sigma_b = \frac{My}{I} = \frac{3Ph \times (h/2)}{(h^2 \times h/12)} = \frac{18P}{h^2}$입니다.

    오답 노트
    C 위치(하단)에서는 단부 압축응력 $\frac{10P}{h^2}$와 휨 인장응력 $\frac{18P}{h^2}$가 동시에 작용하여, 순 인장응력은 $\frac{18P}{h^2} - \frac{10P}{h^2} = \frac{8P}{h^2}$가 되어야 하므로 $\frac{6P}{h^2}$라는 설명은 틀렸습니다.
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19. 그림과 같은 T형 보에 정(+)의 휨모멘트가 작용할 때, 강도설계법에 의하여 이 보의 안전성을 검토한 사항으로 옳은 것은? (단, fck＝21MPa, fy＝280MPa이다)

  1. T형 보로 취급한다.
  2. b를 폭으로 하는 직사각형 보로 취급한다.
  3. bω를 폭으로 하는 직사각형 보로 취급한다.
  4. 중립축c를 tf로 보아서 극한 저항 모멘트를 계산한다.
(정답률: 55%)
  • T형 보에서 중립축의 위치에 따라 해석 방법이 달라집니다. 주어진 조건에서 중립축 $c$가 플랜지 두께 $t_f$보다 아래에 위치하는지 확인해야 합니다. 계산 결과 중립축이 플랜지 내에 있지 않고 복부까지 내려오므로, 플랜지의 폭 $b$ 전체가 압축대에 포함되는 T형 보로 취급하여 강도를 계산하는 것이 옳습니다.
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20. 직접설계법을 이용하여 슬래브 구조를 설계하려고 할 때 만족하여야 하는 사항이 아닌 것은?

  1. 슬래브판들은 단변 경간에 대한 장변 경간의 비가 2이하인 직사각형이어야 한다.
  2. 모든 하중은 연직하중으로서 슬래브판 전체에 걸쳐 등분포 되어야 한다.
  3. 각 방향으로 연속한 받침부 중심간 경간 길이의 차이는 긴 경간의 1/3 이하이어야 한다.
  4. 보가 모든 변에서 슬래브판을 지지할 경우, 직교하는 보의 상대강성이 0.1이하라야 한다.
(정답률: 57%)
  • 직접설계법 적용 시, 보가 모든 변에서 슬래브판을 지지하는 경우 직교하는 보의 상대강성 비는 0.1 이상이어야 합니다. 0.1 이하라는 설명은 잘못된 기준입니다.
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