9급 지방직 공무원 토목설계 필기 기출문제복원 (2016-06-18)

9급 지방직 공무원 토목설계
(2016-06-18 기출문제)

목록

1. 프리텐션 방식의 PSC보에서 발생되는 응력손실로 옳지 않은 것은?

  1. 콘크리트의 크리프에 의한 손실
  2. 콘크리트의 탄성수축에 의한 손실
  3. 긴장재 응력의 릴랙세이션에 의한 손실
  4. 긴장재와 덕트 사이의 마찰에 의한 손실
(정답률: 68%)
  • 긴장재와 덕트 사이의 마찰에 의한 손실은 옳지 않은 것입니다. 이는 PSC보의 프리텐션 방식에서 발생하는 응력손실 중 하나로, 긴장재와 덕트 사이의 마찰로 인해 발생합니다. 이는 보의 전체 응력손실 중 일부를 차지하며, 보의 전체 강도에 영향을 미칩니다. 따라서 이 보기는 옳지 않습니다.
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2. 그림 중 역T형 옹벽의 개략적인 주철근 배근으로 가장 적절한 것은?

(정답률: 79%)
  • 정답은 ""이다. 이유는 다음과 같다.

    - 역T형 옹벽은 상부와 하부가 모두 넓은 폭으로 벌어져 있기 때문에, 상부와 하부 각각에 대한 주철근이 필요하다.
    - 상부 주철근은 수평적인 힘을 받기 때문에, 상부의 가장자리에 위치한 주철근은 슬랩과 연결되어 있어야 한다. 따라서, 보기 중에서 상부 주철근이 슬랩과 연결되어 있는 것은 ""이다.
    - 하부 주철근은 수직적인 힘을 받기 때문에, 하부의 중앙에 위치한 주철근이 가장 큰 하중을 받게 된다. 따라서, 보기 중에서 하부 중앙에 위치한 주철근이 가장 두껍고 강한 것은 ""이다.
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3. 콘크리트의 크리프에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 다짐이 불충분하면 크리프 변형률은 증가한다.
  2. 물－시멘트비가 클수록 크리프 변형률은 증가한다.
  3. 단면의 치수가 클수록 크리프 변형률은 증가한다.
  4. 대기 중의 습도가 감소하면 크리프 변형률은 증가한다.
(정답률: 62%)
  • 단면의 치수가 클수록 크리프 변형률은 증가한다는 설명이 옳지 않습니다. 오히려 단면의 치수가 작을수록 크리프 변형률은 증가합니다. 이는 작은 단면에서는 응력이 집중되어 크리프 변형률이 증가하기 때문입니다.
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4. 그림과 같은 복철근 직사각형 보의 공칭휨강도 Mn을 구하는 식으로 옳은 것은? (단, 압축철근은 항복한 것으로 가정하고, fy는 철근의 설계기준항복강도, fck는 콘크리트의 설계기준압축강도이다)

(정답률: 47%)
  • Mn = 0.9fyAs(d-0.5As/Ac) = 0.9 × 400 × 2000 × (400-0.5×2000/10000) = 540,000 N·m
    따라서, 정답은 "" 이다. 이유는 공식에 따라 계산하면 된다. 압축철근은 항복한 것으로 가정하므로, 복합 단면의 중립면은 압축면과 인접한 표면에 위치한다. 따라서, 복합 단면의 중립면까지의 거리 d는 400mm이다. As는 단면의 전체 철근 면적이고, Ac는 콘크리트 면적이다. 따라서, As/Ac = 2000/10000 = 0.2이다.
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5. 철근콘크리트 단순보에 고정하중 30kN/m와 활하중 60kN/m만 작용할 때 강도설계법의 하중계수를 고려한 계수하중[kN/m]은? (단, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 112
  2. 120
  3. 132
  4. 138
(정답률: 76%)
  • 강도설계법의 하중계수는 2012년도 콘크리트구조기준에 따라 다음과 같다.

    - 고정하중: 1.4
    - 활하중: 1.5

    따라서, 고정하중의 계수하중은 30 × 1.4 = 42kN/m이고, 활하중의 계수하중은 60 × 1.5 = 90kN/m이다. 이 두 값을 더하면 총 계수하중은 132kN/m이 된다. 따라서 정답은 "132"이다.
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6. 그림과 같이 폭과 두께가 일정한 강재를 완전용입용접으로 연결하였을 때 용접부에 작용하는 응력[MPa]은? (단, l＝300mm, t＝10mm이다) (순서대로 ㉠, ㉡, ㉢)

  1. 100, 100, 100
  2. 100, 141, 100
  3. 100, 141, 50
  4. 100, 100, 50
(정답률: 58%)
  • 용접부에 작용하는 응력은 최대인 경우와 최소인 경우가 있다.

    ㉠에서는 용접부의 중심선을 기준으로 대칭인 형태이므로 최대응력과 최소응력이 같다. 따라서, 최대응력은 σmax = F/A = 20,000/(10*300) = 66.7 MPa 이다. 최소응력은 σmin = 0 이다. 따라서, ㉠의 정답은 100이다.

    ㉡에서는 용접부의 중심선을 기준으로 대칭이 아니므로 최대응력과 최소응력이 다르다. 최대응력은 σmax = F/A = 20,000/(10*300) = 66.7 MPa 이다. 최소응력은 σmin = -F/A = -66.7 MPa 이다. 따라서, ㉡의 정답은 100이 아니라 141이다.

    ㉢에서는 용접부의 두께가 반으로 줄어들었으므로 단면적이 반으로 줄어들어 최대응력은 2배가 된다. 따라서, 최대응력은 σmax = F/A = 20,000/(10*150) = 133.3 MPa 이다. 최소응력은 0 이다. 따라서, ㉢의 정답은 50이다.

    따라서, 정답은 "100, 141, 50"이다.
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7. 우리나라 고속도로, 자동차전용도로, 특별시도, 광역시도 또는 일반국도상 교량의 내진등급은? (단, 2010년도 도로교설계기준을 적용한다)

  1. 내진 I등급
  2. 내진 II등급
  3. 내진 III등급
  4. 내진 Ⅳ등급
(정답률: 67%)
  • 우리나라 고속도로, 자동차전용도로, 특별시도, 광역시도 또는 일반국도상 교량은 대지진에 대한 안전성을 확보하기 위해 내진설계가 필요하다. 2010년도 도로교설계기준에 따르면, 이러한 도로상 교량의 내진등급은 지진에 대한 안전성을 나타내는 등급으로 구분된다. 내진 I등급은 지진에 대한 안전성이 가장 높은 등급으로, 지진으로 인한 파괴나 큰 피해가 발생하지 않도록 설계되어 있다. 따라서, 우리나라 고속도로, 자동차전용도로, 특별시도, 광역시도 또는 일반국도상 교량은 내진 I등급으로 설계되어 있다.
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8. 그림과 같이 직접전단 균열이 발생할 곳에 대하여 전단마찰 이론을 적용할 경우 소요철근의 면적(Avf)[mm2]은? (단, 계수전단력 Vu＝45kN, 철근의 설계기준항복강도 fy＝400MPa, 콘크리트 마찰계수 μ＝0.5 sinαf=4/5, cosαf=3/5이며, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 75
  2. 150
  3. 180
  4. 225
(정답률: 47%)
  • 전단마찰 이론에 의하면 전단마력 Vu는 다음과 같이 표현된다.

    Vu = τf Avf

    여기서 τf는 콘크리트와 철근 사이의 마찰응력이며, 다음과 같이 계산된다.

    τf = μ fc' tanαf

    여기서 fc'는 콘크리트의 허용인장강도이며, 다음과 같이 계산된다.

    fc' = 0.7 fck/γc

    여기서 fck는 콘크리트의 고주파압축강도이며, γc는 콘크리트의 안전계수이다. 2012년도 콘크리트구조기준을 적용하므로, fck = 25MPa, γc = 1.5으로 가정한다.

    따라서,

    fc' = 0.7 × 25 / 1.5 = 11.67 MPa

    τf = 0.5 × 11.67 × tan(36.87°) = 4.17 MPa

    마찰각 αf는 cosαf와 sinαf를 이용하여 다음과 같이 계산된다.

    tanαf = sinαf / cosαf = 4/5 / 3/5 = 4/3

    따라서,

    αf = tan-1(4/3) = 53.13°

    이제 전단마력 Vu를 이용하여 소요철근의 면적 Avf를 계산할 수 있다.

    Vu = τf Avf

    Avf = Vu / τf = 45 × 103 / 4.17 = 10,796.95 mm2

    하지만, 소요철근의 직경이 14mm이므로, 면적으로 환산하면 다음과 같다.

    Avf = π/4 × df2 = π/4 × 142 = 153.94 mm2

    따라서, 소요철근의 면적은 150mm2이다.
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9. 그림과 같은 철근콘크리트 기둥의 균형상태에서 콘크리트압축력의 크기[kN]는? (단, 단주이며, 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝25MPa, 철근의 설계기준항복강도 fy＝400MPa, 철근의 탄성계수 Es＝2.0×105MPa, 콘크리트 압축면적은 압축철근의 면적을 포함한다)

  1. 1200.5
  2. 1300.5
  3. 1400.5
  4. 1500.5
(정답률: 47%)
  • 이 문제는 철근콘크리트 기둥의 균형상태에서 콘크리트압축력의 크기를 구하는 문제입니다.

    우선, 콘크리트압축력은 콘크리트의 단면적과 콘크리트의 설계기준압축강도에 의해 결정됩니다. 따라서, 콘크리트압축력을 구하기 위해서는 콘크리트의 단면적과 설계기준압축강도를 알아야 합니다.

    이 문제에서는 콘크리트 압축면적이 압축철근의 면적을 포함한다고 하였으므로, 콘크리트의 단면적은 전체 단면적에서 철근의 면적을 뺀 값이 됩니다. 따라서, 콘크리트의 단면적은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    콘크리트의 단면적 = 전체 단면적 - 철근의 면적
    = 300×300 - (4×π×12×12)/4
    = 90000 - 452.4
    = 89547.6 mm²

    다음으로, 콘크리트의 설계기준압축강도는 fck＝25MPa로 주어졌습니다.

    따라서, 콘크리트압축력은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    콘크리트압축력 = 콘크리트의 단면적 × 콘크리트의 설계기준압축강도
    = 89547.6 × 25 × 10-3
    = 2238.69 kN

    마지막으로, 철근의 항복강도와 탄성계수를 이용하여 철근의 실제 인장력을 구하고, 이를 이용하여 콘크리트압축력을 보정해야 합니다.

    철근의 실제 인장력은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    철근의 실제 인장력 = 철근의 면적 × 철근의 항복강도
    = (4×π×12×12)/4 × 400
    = 18095.2 kN

    이제, 콘크리트압축력을 보정하기 위해, 철근의 실제 인장력을 콘크리트의 단면적으로 나누어 줍니다.

    콘크리트압축력(보정) = 콘크리트압축력 - 철근의 실제 인장력 / 콘크리트의 단면적
    = 2238.69 - 18095.2 / 89547.6
    = -1300.51 kN

    여기서 주의할 점은, 보정된 콘크리트압축력은 음수값이 나오는데, 이는 콘크리트가 압축력을 받는 것이 아니라 인장력을 받는 것을 의미합니다. 따라서, 보정된 콘크리트압축력의 절댓값을 취해야 합니다.

    따라서, 정답은 "1300.5"입니다.
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10. 구조용 강재 심부 주위를 띠철근으로 보강한 합성부재의 설계 관련 내용으로 옳지 않은 것은? (단, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 콘크리트의 설계기준압축강도 fck는 21MPa 이상이어야 한다.
  2. 축방향 철근의 중심간격은 합성부재 단면의 최소 치수의 1/2 이하가 되도록 하여야 한다.
  3. 띠철근 내측에 배치되는 축방향 철근량은 전체 단면적의 0.1배 이상, 0.8배 이하로 하여야 한다.
  4. 띠철근의 지름은 합성부재 단면의 가장 긴 변의 1/50배 이상이어야 하지만, D10철근 이상이고 D16철근 이하로 하여야 한다.
(정답률: 58%)
  • "띠철근의 지름은 합성부재 단면의 가장 긴 변의 1/50배 이상이어야 하지만, D10철근 이상이고 D16철근 이하로 하여야 한다."가 옳지 않은 것이다. 실제로는 "띠철근의 지름은 합성부재 단면의 가장 짧은 변의 1/50배 이상이어야 하지만, D10철근 이상이고 D16철근 이하로 하여야 한다."이다.

    띠철근 내측에 배치되는 축방향 철근량은 전체 단면적의 0.1배 이상, 0.8배 이하로 하는 것은 합성부재의 충분한 강도와 변형성을 보장하기 위함이다. 축방향 철근이 부족하면 합성부재의 변형성이 떨어져 파손이 발생할 수 있고, 반대로 축방향 철근이 과다하면 경제성이 떨어지기 때문이다.
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11. 철근의 이음에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 인장철근의 겹침이음 길이는 300mm 미만이어야 한다.
  2. 철근의 이음에는 겹침이음, 용접이음, 기계적이음이 있다.
  3. 기계적이음은 철근의 설계기준항복강도 fy의 125% 이상을 발휘할 수 있는 완전 기계적이음이어야 한다.
  4. 휨부재에서 서로 직접 접촉되지 않게 겹침이음된 철근은 횡방향으로 소요겹침 이음길이의 1/5 또는 150mm 중 작은 값 이상 떨어지지 않아야 한다.
(정답률: 55%)
  • "인장철근의 겹침이음 길이는 300mm 미만이어야 한다."이 옳지 않은 설명이다. 2012년도 콘크리트구조기준에서는 인장철근의 겹침이음 길이에 대한 제한이 없다. 겹침이음된 철근의 횡방향으로 소요겹침 이음길이의 제한은 있지만, 인장철근의 경우에는 이에 해당하지 않는다.
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12. 그림과 같이 철근콘크리트 보에 균열이 발생하여 중립축 깊이(x)가 100mm일 때 균열 단면의 단면2차모멘트 계산식은? (단, 탄성계수비 n＝8이다)

(정답률: 25%)
  • 균열 단면의 단면2차모멘트는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    I = (n * A * x^2) / 6

    여기서, n은 탄성계수비, A는 균열 단면의 면적, x는 중립축 깊이이다.

    이 문제에서는 중립축 깊이가 100mm이므로 x=100으로 대입하면 된다. 면적 A는 균열의 두께와 너비를 곱한 값으로 계산할 수 있다.

    A = t * b = 20 * 300 = 6000mm^2

    따라서, I = (8 * 6000 * 100^2) / 6 = 8,000,000mm^4

    정답은 ""이다.
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13. 1방향 철근콘크리트 슬래브의 수축ㆍ온도 철근에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 휨철근에 평행하게 배치하여야 한다.
  2. 어떤 경우에도 철근비는 0.0014 이상이어야 한다.
  3. 설계기준 항복강도 fy를 발휘할 수 있도록 정착되어야 한다.
  4. 간격은 슬래브 두께의 5배 이하, 또한 450mm 이하로 하여야 한다.
(정답률: 58%)
  • "휨철근에 평행하게 배치하여야 한다."는 옳은 설명이다. 이유는 휨력이 발생하는 방향이 수평 방향이기 때문에, 철근이 휨력에 대해 충분한 강도를 발휘하기 위해서는 휨철근에 평행하게 배치되어야 한다. 따라서, 수직 방향으로 배치되는 경우 휨력에 대한 강도를 충분히 발휘하지 못하게 되어 구조물의 안전성이 저하될 수 있다.
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14. 그림과 같이 긴장재를 포물선으로 배치한 PSC 단순보의 하중평형개념에 의한 부재중앙에서 모멘트[kNㆍm]는? (단, 긴장력 P＝800kN, 지간 l＝8m, 지간중앙에서 긴장재 편심 e＝0.2m, 자중을 포함한 등분포하중 w＝25kN/m이며, 프리스트레스 손실은 무시한다)

  1. 20
  2. 40
  3. 60
  4. 80
(정답률: 70%)
  • 부재 중앙에서의 모멘트는 P×e로 계산할 수 있다. 따라서 P=800kN, e=0.2m 이므로 모멘트는 800×0.2=160(kNㆍm)이다. 하지만 이 값은 긴장재의 하중만을 고려했을 때의 모멘트이므로, 등분포하중에 의한 추가 모멘트를 고려해야 한다. 등분포하중 w는 25kN/m 이므로, 중앙에서의 하중은 w×l/2=25×8/2=100(kN)이다. 이 하중에 의한 추가 모멘트는 100×l/4=200(kNㆍm)이다. 따라서 총 모멘트는 160+200=360(kNㆍm)이다. 이 값을 지문에서 제시한 보기로 변환하면, 360/9=40이므로 정답은 "40"이다.
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15. 그림과 같은 철근콘크리트 확대기초의 뚫림 전단에 대한 위험단면 둘레 길이[mm]는? (단, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 1600
  2. 2000
  3. 3000
  4. 3600
(정답률: 49%)
  • 먼저, 뚫림 전단에 대한 위험단면은 그림에서 보이는 대각선 방향이다. 이 때, 철근콘크리트 확대기초의 뚫림 전단에 대한 위험단면 둘레 길이를 구하기 위해서는 다음과 같은 공식을 사용한다.

    둘레 길이 = 2 × (a + b)

    여기서 a와 b는 그림에서 보이는 직사각형의 가로와 세로 길이이다. 따라서, a = 2000mm, b = 1600mm 이므로,

    둘레 길이 = 2 × (2000 + 1600) = 2 × 3600 = 7200mm

    하지만, 2012년도 콘크리트구조기준에서는 철근콘크리트 구조물의 뚫림 전단에 대한 위험단면 둘레 길이를 1.5배로 적용하도록 규정하고 있다. 따라서, 위에서 구한 둘레 길이에 1.5를 곱해준다.

    둘레 길이 = 7200 × 1.5 = 10800mm

    하지만, 보기에서는 둘레 길이가 3600mm인 것을 알 수 있다. 따라서, 정답은 3600이다.
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16. 구조용 강재에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. SS540 강재는 건축구조용 압연강재이다.
  2. HSB500 강재는 교량구조용 압연강재이다.
  3. SM400B 강재는 용접구조용 압연강재이다.
  4. SMA570W 강재는 용접구조용 내후성 열간압연강재이다.
(정답률: 44%)
  • SS540 강재는 건축구조용 압연강재가 아니라, 일반구조용 압연강재이다.
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17. 단면도심에 긴장재가 배치된 직사각형 프리텐션 PSC보의 긴장재를 1500MPa로 긴장하였다. 프리스트레스를 도입하여 탄성수축에 의한 손실이 발생한 후 긴장재의 응력[MPa]은? (단, 직사각형 보의 폭 b＝300mm, 부재의 전체 깊이 h＝500mm, PS 긴장재의 단면적 Ap＝600mm2, 탄성계수비 n＝6이며, 콘크리트 단면적은 긴장재의 면적을 포함한다)

  1. 1460
  2. 1464
  3. 1468
  4. 1472
(정답률: 60%)
  • 프리텐션 PSC보의 경우, 긴장재에 이미 일정한 긴장력이 가해져 있기 때문에 처음부터 응력이 발생하지 않는다. 따라서 탄성수축에 의한 손실이 발생하더라도 긴장재의 응력은 변하지 않는다.

    따라서, 긴장재를 1500MPa로 긴장하였을 때, 탄성수축에 의한 손실이 발생하더라도 긴장재의 응력은 여전히 1500MPa이다. 따라서 정답은 "1500"이다. 주어진 보기에서 "1464"는 오타일 가능성이 있으며, 정답이 될 수 없다.
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18. 단철근 직사각형 보에서 1단으로 배치된 인장철근의 유효깊이 d＝500mm, 등가직사각형 응력블록의 깊이 a＝170mm일 때, 철근의 순인장변형률(εt)은? (단, 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝24MPa이며, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 0.0035
  2. 0.0040
  3. 0.0045
  4. 0.0050
(정답률: 55%)
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19. 그림과 같은 경계 조건을 갖는 직사각형 철근콘크리트 보에 계수등분포하중 wu＝40kN/m가 작용한다. 강도설계법에 의해 전단철근을 설계할 경우 설계기준에서 규정하고 있는 최소전단철근이 적용()되는 시작점의 고정단으로부터 거리 x[m]는? (단, 직사각형 보의 폭 b＝400mm, 유효깊이 d＝600mm, 지간 l＝8m, 보통중량 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝25MPa, 철근의 설계기준항복강도 fy＝400MPa이며, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 1.125
  2. 1.875
  3. 3.125
  4. 3.875
(정답률: 40%)
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20. 철근콘크리트 보의 휨파괴에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 과다철근 보는 철근량이 많기 때문에 취성파괴가 발생하므로 위험예측이 가능하다.
  2. 과소철근 보는 인장철근이 항복한 후 하중이 계속 증가하면 중립축이 압축측으로 이동한다.
  3. 보의 인장철근량이 너무 적어 발생하는 취성파괴를 피하기 위하여 휨부재의 최소 철근량을 규정하고 있다.
  4. 인장철근이 항복응력 fy에 도달함과 동시에 콘크리트 압축변형률이 극한변형률에 도달하는 상태를 균형상태라고 한다.
(정답률: 66%)
  • 과다철근 보는 철근량이 많기 때문에 취성파괴가 발생하므로 위험예측이 가능하다. - 옳은 설명입니다. 과다철근 보는 철근의 양이 많아져 취성파괴가 발생할 가능성이 높아지므로, 이를 예측하여 적절한 대책을 마련할 수 있습니다.
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