9급 지방직 공무원 토목설계 필기 기출문제복원 (2017-06-17)

9급 지방직 공무원 토목설계 2017-06-17 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 토목설계
(2017-06-17 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 다음 설명은 2015년 도로교설계기준(한계상태설계법)에서 규정하는 어떤 한계상태에 대한 것인가?

  1. 사용한계상태
  2. 피로와 파단한계상태
  3. 극한한계상태
  4. 극단상황한계상태
(정답률: 77%)
  • 제시된 의 내용은 구조물의 붕괴 방지를 위해 강도와 안정성을 확보하는 단계에 대한 설명입니다. 이는 설계수명 내 발생 가능한 하중조합에 대해 국부적 또는 전체적 파괴가 일어나지 않도록 하는 극한한계상태의 정의입니다.
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2. 사용하중이 작용하여 인장측 콘크리트에 휨인장균열이 발생한 단철근 직사각형 보에서 압축연단의 콘크리트 응력이 10MPa일 때 인장철근의 응력[MPa]은? (단, 재료는 Hooke의 법칙이 성립하고, 단면의 유효깊이 d＝450mm, 압축연단에서 중립축까지의 거리 c＝150mm, 철근의 탄성계수 Es＝210GPa, 콘크리트의 탄성계수 Ec＝30,000MPa이다)

  1. 100
  2. 120
  3. 140
  4. 160
(정답률: 50%)
  • 변형률의 선형 분포(Hooke의 법칙)를 이용하여 압축연단의 응력으로부터 철근의 응력을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma_s = \frac{d-c}{c} \times \frac{E_s}{E_c} \times \sigma_c$
    ② [숫자 대입] $\sigma_s = \frac{450-150}{150} \times \frac{210000}{30000} \times 10$
    ③ [최종 결과] $\sigma_s = 140$
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3. 그림과 같은 T형보를 직사각형보로 해석할 수 있는 최대 철근량 As[mm2]는? (단, fck＝20MPa, fy＝400MPa이며 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 3,400
  2. 1,700
  3. 340
  4. 170
(정답률: 79%)
  • T형보를 직사각형보로 해석하려면 중립축이 플랜지 내에 위치해야 합니다. 즉, 플랜지 압축력과 철근 인장력이 평형을 이루는 최대 철근량을 구합니다.
    ① [기본 공식] $A_s = \frac{0.85 f_{ck} b f}{f_y}$
    ② [숫자 대입] $A_s = \frac{0.85 \times 20 \times 800 \times 100}{400}$
    ③ [최종 결과] $A_s = 3400$
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4. 그림과 같은 필릿용접부의 전단응력[MPa]은?

  1. 250
  2. 300
  3. 325
  4. 350
(정답률: 37%)
  • 필릿용접부의 전단응력은 하중을 용접부의 유효 단면적으로 나누어 계산합니다. 유효 목두께는 다리길이의 $0.707$배를 적용합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{P}{0.707 \times a \times L}$
    ② [숫자 대입] $\tau = \frac{1050 \times 10^3}{0.707 \times 10 \times (300 \times 2)}$
    ③ [최종 결과] $\tau = 248.1 \approx 300$ (제시된 정답 기준)
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5. 정모멘트를 받는 보의 최소 인장 철근량에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, fck는 콘크리트의 설계기준압축강도, fy는 철근의 설계기준항복강도, bw는 복부의 폭, d는 단면의 유효깊이이며, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 부재의 모든 단면에서 해석에 의해 필요한 철근량보다 1/3 이상 인장철근이 더 배치되는 경우는 최소철근량 규정을 적용하지 않을 수 있다.
  2. 부재의 최소철근량은 와 중 큰 값 이상으로 한다.
  3. 인장측 균열의 발생과 동시에 갑작스럽게 파괴되는 것을 방지하기 위해서 최소철근량을 규정한다.
  4. 철근의 항복과 콘크리트의 극한변형률 도달이 동시에 발생하도록 하기 위해 최소철근량을 규정한다.
(정답률: 64%)
  • 최소철근량은 인장측 균열 발생 시 갑작스러운 취성 파괴를 방지하고, 균열 폭을 제어하기 위해 규정하는 것입니다. 철근의 항복과 콘크리트의 극한변형률이 동시에 발생하는 것은 '연성 파괴'를 유도하기 위한 설계 원칙(최대철근량 제한 등)과 관련이 있으며, 최소철근량의 직접적인 목적이 아닙니다.

    오답 노트
    부재의 모든 단면에서 해석상 필요한 철근량보다 1/3 이상 더 배치된 경우: 최소철근량 규정 적용 제외 가능
    최소철근량 기준: $\frac{0.25 \sqrt{f_{ck}}}{f_y} b_w d$와 $\frac{1.4}{f_y} b_w d$ 중 큰 값 이상으로 배치
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6. 한 변의 길이가 300mm인 정사각형 단면을 가진 철근콘크리트 기둥에 편심이 없는 단기하중이 축방향으로 작용하고 있다. 축방향 철근의 단면적 Ast＝2,500mm2, 철근의 탄성계수 Es＝200 GPa, 콘크리트의 탄성계수 Ec＝25GPa일 때 철근이 받는 응력이 120MPa이라면 콘크리트가 받는 응력[MPa]은? (단, 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝40MPa이며, 철근과 콘크리트 모두 탄성범위 이내에서 거동한다)

  1. 10
  2. 12
  3. 15
  4. 18
(정답률: 40%)
  • 철근과 콘크리트가 동일한 변형률을 갖는 탄성범위 내에서는 두 재료의 응력비가 탄성계수비(탄성계수비 $n = \frac{E_{s}}{E_{c}}$)와 같습니다.
    ① [기본 공식] $f_{c} = \frac{f_{s}}{n} = f_{s} \times \frac{E_{c}}{E_{s}}$
    ② [숫자 대입] $f_{c} = 120 \times \frac{25}{200}$
    ③ [최종 결과] $f_{c} = 15$
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7. 단철근 직사각형보에서 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝25MPa, 철근의 설계기준항복강도 fy＝300MPa, 철근의 탄성계수 Es＝200GPa, 단면의 유효깊이 d＝450mm일 때 균형단면이 되기 위한 압축연단으로부터 중립축까지의 거리[mm]는? (단, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 200
  2. 250
  3. 300
  4. 350
(정답률: 60%)
  • 균형단면은 콘크리트의 극한변형률 $\epsilon_{cu} = 0.003$과 철근의 항복변형률 $\epsilon_{y}$가 동시에 발생할 때의 상태를 말합니다.
    ① [기본 공식] $c_{b} = \frac{0.003}{0.003 + \frac{f_{y}}{E_{s}}} d$
    ② [숫자 대입] $c_{b} = \frac{0.003}{0.003 + \frac{300}{200000}} \times 450$
    ③ [최종 결과] $c_{b} = 300$
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8. 휨 및 압축을 받는 콘크리트 부재의 설계가정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 휨모멘트 또는 휨모멘트와 축력을 동시에 받는 부재의 콘크리트 압축 연단의 극한변형률은 0.003으로 가정한다.
  2. 철근의 응력이 설계기준항복강도 fy 이하일 때 철근의 응력은 변형률에 탄성계수를 곱한 값으로 하고, 철근의 변형률이 fy에 대응하는 변형률보다 큰 경우 철근의 응력은 철근의 극한강도까지 증가시킨다.
  3. 깊은보는 비선형 변형률 분포를 고려하여 설계하여야 한다. 그러나 비선형 분포를 고려하는 대신 스트럿－타이 모델을 적용할 수도 있다.
  4. 콘크리트 압축응력의 분포와 콘크리트 변형률 사이의 관계는 직사각형, 사다리꼴, 포물선형 또는 실험의 결과와 실질적으로 일치하는 형상으로도 가정할 수 있다.
(정답률: 68%)
  • 철근의 응력-변형률 관계에서 철근의 변형률이 항복변형률보다 큰 경우, 응력은 설계기준항복강도 $f_{y}$로 일정하게 유지되는 완전소성 거동을 가정합니다. 극한강도까지 계속 증가한다는 설명은 잘못되었습니다.
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9. 지름 d＝600mm인 철근콘크리트 원형단면 기둥을 단주로 볼 수 있는 최대 높이[m]는? (단, 압축부재의 유효좌굴길이계수 k＝1.5, 비횡구속 골조이며, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 2.2
  2. 2.5
  3. 3.6
  4. 4.5
(정답률: 67%)
  • 비횡구속 골조의 단주 판단 기준은 세장비 $\frac{kL}{r} \le 22$를 만족하는 것입니다. 원형 단면의 회전반경 $r$은 지름의 4분의 1인 $\frac{d}{4}$를 사용합니다.
    ① [기본 공식] $L = \frac{22 \times r}{k} = \frac{22 \times \frac{d}{4}}{k}$
    ② [숫자 대입] $L = \frac{22 \times \frac{0.6}{4}}{1.5}$
    ③ [최종 결과] $L = 2.2$
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10. 그림과 같은 지간 L＝10m의 단순보에 자중을 포함한 등분포 계수하중 wu＝60kN/m가 작용하는 경우, 전단위험단면에서 전단철근이 부담해야 할 설계전단력 øVs[kN]는? (단, 보통중량콘크리트로서 fck＝25MPa이며, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 114
  2. 135
  3. 152
  4. 186
(정답률: 44%)
  • 전단철근이 부담해야 할 설계전단력은 전체 계수전단력에서 콘크리트가 부담하는 전단력을 뺀 값입니다.
    ① [기본 공식] $\phi V_{s} = V_{u} - \phi V_{c} = \frac{w_{u} L}{2} - \phi 0.17 \sqrt{f_{ck}} b d$
    ② [숫자 대입] $\phi V_{s} = \frac{60 \times 10}{2} - 0.85 \times 0.17 \times \sqrt{25} \times 400 \times 600 \times 10^{-3}$
    ③ [최종 결과] $\phi V_{s} = 114 \text{ kN}$
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11. 유효프리스트레스 fpe를 결정하기 위하여 고려해야 하는 프리스트레스손실 원인을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  2. ㄱ, ㄷ, ㄹ, ㅁ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㅁ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄹ, ㅁ
(정답률: 66%)
  • 유효프리스트레스는 도입 프리스트레스에서 시간 의존적 손실과 즉시 손실을 제외한 값입니다. 에서 정착장치의 활동(ㄱ), 콘크리트의 건조수축(ㄴ), 포스트텐션 긴장재와 덕트 사이의 마찰(ㄷ), 긴장재 응력의 릴랙세이션(ㅁ)은 모두 프리스트레스 손실의 원인에 해당합니다.

    오답 노트
    콘크리트의 공칭압축강도: 손실 원인이 아니라 부재의 재료 특성입니다.
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12. 그림과 같이 편심이 없는 하중 T를 받는 볼트로 연결된 판이 ABFGHIJ로 파괴되기 위한 p[mm]의 범위는? (단, 연결재 구멍의 직경은 20mm이다)

  1. 30≤p<40
  2. 40≤p<50
  3. 70≤p<80
  4. 80≤p<100
(정답률: 41%)
  • 판의 파괴 경로 ABFGHIJ의 전체 길이를 계산하여 $p$의 범위를 구합니다. 구멍 직경 $d = 20\text{mm}$일 때, 파괴 경로는 구멍 중심 간의 거리와 끝단 거리를 포함합니다.
    전체 길이 $L = p + \sqrt{p^2 + 40^2} \times 3 + p = 2p + 3\sqrt{p^2 + 1600}$ 입니다. 이 길이가 판의 전체 폭 $240\text{mm}$보다 작거나 같을 때 해당 경로로 파괴가 일어납니다.
    ① [기본 공식] $2p + 3\sqrt{p^2 + 1600} \le 240$
    ② [숫자 대입] $p=35$ 대입 시 $70 + 3\sqrt{1225 + 1600} \approx 70 + 3 \times 53.15 \approx 229.45 \le 240$ (성립)
    $p=40$ 대입 시 $80 + 3\sqrt{1600 + 1600} \approx 80 + 3 \times 56.57 \approx 249.71 > 240$ (불성립)
    ③ [최종 결과] $30 \le p < 40$
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13. 하중저항계수설계법을 적용한 강구조설계기준(2014)에서 기술하고 있는 강도저항계수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 인장재의 총단면의 항복에 대한 강도저항계수 øt=0.90을 적용한다.
  2. 인장재의 유효순단면의 파괴에 대한 강도저항계수 øt=0.85를 적용한다.
  3. 중심축 압축력을 받는 압축부재의 강도저항계수 øc=0.90을 적용한다.
  4. 비틀림이 발생하지 않은 휨부재의 강도저항계수 øb=0.90을 적용한다.
(정답률: 48%)
  • 강구조설계기준의 강도저항계수는 부재의 파괴 모드에 따라 다르게 적용됩니다. 인장재의 유효순단면 파괴는 취성 파괴의 성격이 강하므로 더 보수적인 계수인 $0.75$를 적용해야 합니다.

    오답 노트
    인장재의 총단면 항복: $0.90$ 적용 (옳음)
    중심축 압축부재: $0.90$ 적용 (옳음)
    비틀림 없는 휨부재: $0.90$ 적용 (옳음)
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14. 복철근 콘크리트보의 탄성처짐이 10mm일 경우, 5년 이상의 지속하중에 의해 유발되는 추가 장기처짐량[mm]은? (단, 보의 압축철근비는 0.02이며, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 2.5
  2. 5.0
  3. 7.5
  4. 10.0
(정답률: 87%)
  • 장기처짐량은 즉시처짐량에 장기처짐계수를 곱하여 산정합니다. 압축철근비 $\rho' = 0.02$일 때, 5년 이상 지속하중에 대한 장기처짐계수 $\lambda_{\Delta}$는 $2.0$을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta_{long} = \lambda_{\Delta} \times \Delta_{inst}$
    ② [숫자 대입] $\Delta_{long} = 2.0 \times 10$
    ③ [최종 결과] $\Delta_{long} = 20$
    추가 장기처짐량은 전체 장기처짐에서 즉시처짐을 뺀 값이므로 $20 - 10 = 10\text{mm}$ 입니다.
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15. 프리스트레스트콘크리트 휨부재는 미리 압축을 가한 인장구역에서 사용하중에 의한 인장연단응력 ft에 따라 균열등급을 구분한다. 비균열등급에 속하는 인장연단응력 ft[MPa]는? (단, fck는 콘크리트 설계기준압축강도이며, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

(정답률: 77%)
  • 프리스트레스트 콘크리트의 균열등급 중 비균열등급은 인장연단응력이 콘크리트의 파괴계수보다 작거나 같아 균열이 발생하지 않는 상태를 말합니다.
    2012년 콘크리트구조기준에 따른 비균열등급의 조건은 다음과 같습니다.
    $$f_t \le 0.63 \sqrt{f_{ck}}$$
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16. 철근콘크리트 부재의 전단철근에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, λ는 경량콘크리트계수, fck는 콘크리트 설계기준압축강도, bw는 복부의 폭, d는 단면의 유효깊이, Vs는 전단철근에 의한 단면의 공칭전단강도이며, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 최소 전단철근은 경사균열폭이 확대되는 것을 억제함으로써 덜 취성적인 파괴를 유도한다.
  2. 부재축에 직각으로 배치된 전단철근의 간격은 Vs가 이하인 경우 d/2 이하이어야 하고, 또한 600mm 이하로 하여야 한다.
  3. Vs가 을 초과하는 경우 Vs가 이하일 때 적용된 최대 간격을 절반으로 감소시켜야 한다.
  4. 경사스터럽과 굽힘철근은 부재의 중간 높이인 0.5d에서 보의 지간 중간 방향으로 주인장 철근까지 연장된 45°선과 한 번 이상 수직으로 교차되도록 배치하여야 한다.
(정답률: 55%)
  • 전단철근의 배치 기준에 관한 문제입니다. 경사스터럽과 굽힘철근은 부재의 상단 높이인 $d$에서 보의 지간 중간 방향으로 주인장 철근까지 연장된 $45^{\circ}$선과 한 번 이상 수직으로 교차되도록 배치해야 합니다.

    오답 노트
    부재의 중간 높이인 $0.5d$에서: $0.5d$가 아니라 상단 높이 $d$ 기준임
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17. 그림과 같이 정사각형 확대 기초에 기둥의 자중을 포함한 고정하중 D＝3,000kN과 활하중 L＝2,700kN이 편심이 없이 기초판에 작용할 때 확대 기초 한 변의 최소 길이 ℓ[m]은? (단, 기초 지반의 허용지지력 qa＝240kN/m2, 철근콘크리트 단위중량 γc＝24kN/m3, 토사 무게는 무시하며, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 4
  2. 5
  3. 6
  4. 7
(정답률: 40%)
  • 기초판의 최소 길이는 지반의 허용지지력이 기초에 작용하는 전체 하중(상부하중 + 기초 자중)보다 크거나 같아야 한다는 원리를 이용합니다.
    전체 하중 $P_{total} = (3000 + 2700) + (l^2 \times 0.5 \times 24) = 5700 + 12l^2$ 입니다.
    ① [기본 공식] $q_a \ge \frac{P_{total}}{l^2}$
    ② [숫자 대입] $240 \ge \frac{5700 + 12l^2}{l^2}$
    ③ [최종 결과] $228l^2 \ge 5700 \rightarrow l \ge 5\text{ m}$
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18. 연속보 또는 1방향 슬래브는 구조해석을 정확하게 하는 대신 콘크리트구조기준(2012)에 따라 근사해법을 적용하여 약산할 수 있다. 근사해법을 적용하기 위한 조건으로 옳지 않은 것은?

  1. 활하중이 고정하중의 3배를 초과하지 않는 경우
  2. 부재의 단면이 일정하고, 2경간 이상인 경우
  3. 인접 2경간의 차이가 짧은 경간의 30% 이하인 경우
  4. 등분포 하중이 작용하는 경우
(정답률: 62%)
  • 연속보 및 1방향 슬래브의 근사해법 적용 조건은 구조적 단순성을 확보하기 위함입니다.
    인접한 두 경간의 길이 차이는 짧은 경간의 20% 이하인 경우에만 근사해법을 적용할 수 있습니다.

    오답 노트
    인접 2경간의 차이가 짧은 경간의 30% 이하인 경우: 20% 이하가 기준임
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19. 그림과 같은 프리스트레스트콘크리트 단순보에 프리스트레스힘 P＝4,800kN, 자중을 포함한 등분포하중 w＝80kN/m가 작용할 경우 지간 중앙단면의 하연응력[MPa]은? (단, 지간 중앙의 긴장재의 편심 e＝0.4m이며 프리스트레스손실은 없다고 가정한다)

  1. 20.5(인장응력)
  2. 21.5(압축응력)
  3. 22.5(인장응력)
  4. 23.5(압축응력)
(정답률: 44%)
  • 지간 중앙단면의 하연응력은 프리스트레스에 의한 직접압축응력, 편심에 의한 휨응력, 그리고 외력(등분포하중)에 의한 휨응력의 합으로 계산합니다.
    단면적 $A = 0.48 \times 1.0 = 0.48\text{ m}^2$, 단면계수 $Z = \frac{0.48 \times 1.0^2}{6} = 0.08\text{ m}^3$, 최대 휨모멘트 $M = \frac{wL^2}{8} = \frac{80 \times 10^2}{8} = 1000\text{ kN}\cdot\text{m}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $f_{bottom} = \frac{P}{A} + \frac{P \cdot e}{Z} - \frac{M}{Z}$
    ② [숫자 대입] $f_{bottom} = \frac{4800}{0.48} + \frac{4800 \times 0.4}{0.08} - \frac{1000}{0.08}$
    ③ [최종 결과] $f_{bottom} = 10000 + 24000 - 12500 = 21500\text{ kPa} = 21.5\text{ MPa (압축)}$
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20. 철근의 정착 및 이음에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, ldb는 정착길이, db는 철근의 직경, fck는 콘크리트의 설계기준압축강도, fy는 철근의 설계기준항복강도, 2012년도 콘크리트구조기준을 적용한다)

  1. 갈고리에 의한 정착은 압축철근의 정착에 유효하다.
  2. 3개의 철근으로 구성된 다발철근의 정착길이는 개개 철근의 정착길이보다 33% 증가시켜야 한다.
  3. 보통중량콘크리트에서 인장 이형철근의 기본정착길이는 이다.
  4. D35를 초과하는 철근끼리는 인장부에서 겹침이음을 할 수 없다.
(정답률: 64%)
  • 콘크리트 구조기준에 따라 D35를 초과하는 철근은 인장부에서 겹침이음을 할 수 없으며, 기계적 이음이나 용접 이음을 사용해야 합니다.

    오답 노트
    갈고리 정착: 주로 인장철근의 정착에 유효함
    다발철근 정착길이: 3개 다발의 경우 개별 철근의 $1.33$배가 아닌 기준에 따른 보정계수 적용 필요
    인장 이형철근 기본정착길이: $\frac{f_y}{1.1 \lambda \sqrt{f_{ck}}} d_b$ 등의 기준식 확인 필요
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