9급 지방직 공무원 토목설계 필기 기출문제복원 (2020-06-13)

9급 지방직 공무원 토목설계 2020-06-13 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 토목설계
(2020-06-13 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 그림과 같이 높이(h)가 800mm이고, 길이(L)가 20m인 PSC 단순보에서, 긴장력(P) 8,000kN을 작용시켰을 때, 긴장력에 의한 등가등분포 상향력 U[kN/m]는? (단, 중앙부 편심(e) 300mm, 양 단부 편심(e) 0mm로 2차 포물선으로 긴장재가 배치되어 있으며, 자중 및 긴장력 손실은 무시한다)

  1. 48
  2. 34
  3. 20
  4. 16
(정답률: 66%)
  • 2차 포물선으로 배치된 PSC 보에서 긴장력에 의해 발생하는 등가등분포 상향력 $U$를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $U = \frac{8 \cdot P \cdot e}{L^2}$
    ② [숫자 대입] $U = \frac{8 \cdot 8000 \cdot 0.3}{20^2}$
    ③ [최종 결과] $U = 48\text{kN/m}$
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2. 그림과 같이 기둥의 단부 조건이 양단 힌지이며, 비지지길이가 ℓu인 기둥의 좌굴하중은? (단, E는 탄성계수, I는 단면2차모멘트이며, 탄성 좌굴로 거동한다.)

(정답률: 71%)
  • 양단 힌지(Pinned-Pinned) 조건인 기둥의 탄성 좌굴하중은 오일러의 좌굴 공식을 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $P_{cr} = \frac{\pi^{2}EI}{(L_{u})^{2}}$ 좌굴하중
    ② [숫자 대입]
    양단 힌지 조건에서는 유효길이계수 $K=1$이므로 $L_{e} = L_{u}$가 적용됩니다.
    $$P_{cr} = \frac{\pi^{2}EI}{(L_{u})^{2}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\frac{\pi^{2}EI}{(L_{u})^{2}}$$
    따라서 정답은 입니다.
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3. 그림과 같은 복철근 직사각형보의 공칭휨강도 Mn및 등가직사각형 응력블록의 깊이 a를 구하는 식은? (단, 인장철근 및 압축철근은 항복하였고, 콘크리트 설계기준압축강도는 fck, 철근의 설계기준항복강도는 fy이며, 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준(KDS 14 20 20: 2016)을 따른다) (순서대로 Mn, a)

(정답률: 63%)
  • 복철근 직사각형보에서 인장철근과 압축철근이 모두 항복했을 때, 힘의 평형 조건($$C = T$$)과 모멘트 평형을 이용하여 공칭휨강도와 응력블록 깊이를 산출합니다.
    등가직사각형 응력블록의 깊이 $a$는 콘크리트 압축력과 압축철근의 추가 압축력이 인장철근의 인장력과 평형을 이룰 때 결정되며, 공칭휨강도 $M_{n}$은 각 힘의 모멘트 팔길이를 곱하여 합산합니다.
    따라서 정답은 입니다.
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4. 포스트텐션에 의한 프리스트레스를 도입할 때 발생 가능한 즉시 손실의 원인만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ, ㅁ
  2. ㄱ, ㄷ, ㅂ
  3. ㄴ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄷ, ㅂ
(정답률: 73%)
  • 포스트텐션 방식에서 즉시 손실은 긴장 직후 즉각적으로 발생하는 손실을 의미합니다.
    ㄱ. 정착장치의 활동: 정착 시 미끄러짐으로 인해 즉시 발생
    ㄷ. 콘크리트 탄성변형: 프리스트레스 도입 시 콘크리트가 압축되며 즉시 발생
    ㅂ. PS강재와 쉬스 사이의 마찰: 긴장력 전달 과정에서 마찰로 인해 즉시 발생

    오답 노트
    ㄴ. 콘크리트 크리프: 시간에 따라 발생하는 시간 의존적 손실
    ㄹ. 콘크리트 건조수축: 시간에 따라 발생하는 시간 의존적 손실
    ㅁ. PS강재의 릴렉세이션: 시간에 따라 발생하는 시간 의존적 손실
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5. 편심이 없는 중심 축하중만을 받는 I형 단면을 가진 강재 기둥 설계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 자중 및 국부좌굴은 고려하지 않는다)

  1. 하중이 임계좌굴하중에 도달하면 기둥은 세장비가 가장 작은 주축에 대해 좌굴이 발생한다.
  2. 지점조건, 비지지길이, 단면적이 모두 일정할 때 단면의 회전반경이 증가하면 좌굴하중은 증가한다.
  3. 탄성좌굴을 유발하는 평균압축응력은 세장비의 제곱에 반비례한다.
  4. 좌굴응력이 비례한계보다 작은 경우, 탄성상태에서 좌굴이 발생한다.
(정답률: 32%)
  • 기둥의 좌굴은 강성이 가장 약한 방향, 즉 세장비가 가장 큰 주축에 대해 발생합니다. 세장비가 작을수록 좌굴에 저항하는 능력이 크기 때문에 세장비가 가장 작은 축으로 좌굴된다는 설명은 틀렸습니다.
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6. 그림과 같이 슬래브와 보를 일체로 타설한 경간이 20m인 단순지지된 철근콘크리트 보가 있다. 빗금친 T형 단면에 대한 내용으로 옳은 것은? (단, 콘크리트구조 해석과 설계 원칙(KDS 14 20 10: 2016)을 따른다)

  1. tf를 180mm로 증가시키면 빗금친 T형 단면의 유효폭(b)은 증가한다.
  2. 경간 중앙의 T형 단면에서 종방향 휨모멘트에 의해 슬래브 콘크리트 전체 단면이 종방향 인장응력을 받는다.
  3. 등가직사각형 응력블록 깊이(a)가 tf보다 크면 직사각형 단면으로 간주하여 해석한다.
  4. 빗금친 T형 단면의 유효폭(b)은 3,000mm이다.
(정답률: 50%)
  • T형 보의 유효폭 $b$는 슬래브 두께 $t_{f}$에 비례하여 결정됩니다. 따라서 $t_{f}$를 180mm로 증가시키면 유효폭 $b$ 또한 증가하게 됩니다.

    오답 노트
    경간 중앙의 T형 단면: 상부는 압축, 하부는 인장을 받으므로 슬래브 전체가 인장응력을 받는다는 설명은 틀림
    응력블록 깊이 $a$: $a \le t_{f}$이면 T형 단면으로, $a > t_{f}$이면 직사각형 단면으로 해석함
    유효폭 $b$: 단순지지보의 유효폭은 $\frac{L}{4}$ 또는 보의 중심선에서 $\frac{L}{12}$ 거리 중 작은 값 등을 고려하여 산정하며, 단순히 3,000mm가 됨은 틀림
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7. 단면이 두꺼운 매스콘크리트 교량 확대기초 시공 시 온도균열의 방지나 제어를 위해 고려하는 방안으로 적절하지 않은 것은?

  1. 프리쿨링 또는 파이프쿨링을 적절히 적용한다.
  2. 1종 시멘트를 조강 시멘트로 대체하여 사용한다.
  3. 1회당 콘크리트 타설 높이를 적절하게 나누어 시공한다.
  4. 1종 시멘트 대신 중용열 시멘트 또는 저발열 시멘트를 사용한다.
(정답률: 64%)
  • 매스콘크리트는 수화열로 인한 온도균열 방지가 핵심입니다. 조강 시멘트는 일반 시멘트보다 초기 수화반응이 빨라 발열량이 더 많으므로, 온도균열을 심화시켜 부적절한 선택입니다.

    오답 노트
    프리쿨링/파이프쿨링: 냉각을 통해 온도 상승을 억제함
    타설 높이 분할: 열 방출을 돕고 수축을 제어함
    중용열/저발열 시멘트: 수화열 자체를 낮추어 균열을 방지함
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8. 암거와 라멘 구조물의 설계에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 토압이 작용하는 경우 측벽에 작용하는 토압은 깊이에 따라 일정한 직사각형 분포로 고려한다.
  2. 상자암거 설계에서 활하중을 고려하지 않는다.
  3. 매설된 경우에 매설깊이는 고려할 필요가 없다.
  4. 라멘 구조물의 경우 일반적으로 수평부재와 연직부재가 만나는 절점부에서 모멘트에 대한 수평부재의 위험단면은 연직부재의 전면으로 볼 수 있다.
(정답률: 37%)
  • 라멘 구조물에서 수평부재와 연직부재가 만나는 절점부는 강결합되어 있으며, 모멘트 영향으로 인한 최대 응력이 발생하는 위험단면은 일반적으로 연직부재의 전면(Face)으로 간주하여 설계합니다.

    오답 노트
    토압: 깊이에 따라 증가하는 삼각형 분포로 고려함
    활하중: 상자암거 설계 시 반드시 고려해야 함
    매설깊이: 토압 및 하중 전달에 직접적인 영향을 주므로 반드시 고려함
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9. 휨모멘트와 축력을 받는 철근콘크리트 부재의 설계를 위한 일반 가정으로 옳지 않은 것은? (단, 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준(KDS 14 20 20: 2016)을 따른다)

  1. 인장철근이 설계기준항복강도 fy에 대응하는 변형률에 도달하고 동시에 압축연단 콘크리트가 가정된 극한변형률인 0.003에 도달할 때, 그 단면이 균형변형률 상태에 있다고 본다.
  2. 압축연단 콘크리트가 가정된 극한변형률인 0.003에 도달할 때 최외단 인장철근의 순인장변형률 εt가 압축지배변형률 한계 이하인 단면을 압축지배단면이라고 한다.
  3. 휨부재의 강도를 증가시키기 위하여 추가 인장철근과 이에 대응하는 압축철근을 사용할 수 있다.
  4. 압축연단 콘크리트가 가정된 극한변형률인 0.003에 도달할 때 최외단 인장철근의 순인장변형률 εt가 0.003인 단면은 인장지배단면으로 분류된다.
(정답률: 54%)
  • 인장지배단면이 되기 위해서는 압축연단 콘크리트가 극한변형률 $0.003$에 도달했을 때, 최외단 인장철근의 순인장변형률 $\epsilon_{t}$가 $\epsilon_{ty}$ (항복변형률)의 $0.005$배 이상이어야 합니다. 단순히 $0.003$인 상태는 인장지배단면의 기준을 충족하지 못합니다.
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10. 그림과 같은 단면을 가진 T형보에 정모멘트가 작용할 때 극한상태에서의 등가직사각형 응력블록의 깊이 a가 200mm라면 콘크리트에 작용하는 압축력의 크기[kN]는? (단, fck＝24MPa, fy＝400MPa이며, 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준(KDS 14 20 20: 2016)을 따른다)

  1. 2,142
  2. 2,448
  3. 2,520
  4. 2,880
(정답률: 28%)
  • T형보에서 압축응력블록의 깊이 $a$가 플랜지 두께 $h_f$보다 작을 경우, 압축력은 플랜지 부분에서만 발생하며 직사각형 단면으로 계산합니다.
    본 문제에서 $a = 200\text{mm}$이고 플랜지 두께 $h_f = 150\text{mm}$이므로, 압축력은 플랜지 전체와 복부의 일부를 포함합니다. 하지만 설계기준에 따라 압축력 $C = 0.85 \cdot f_{ck} \cdot a \cdot b$ 공식을 적용합니다. (단, $b$는 플랜지 폭 $600\text{mm}$ 적용)
    ① [기본 공식] $C = 0.85 \cdot f_{ck} \cdot a \cdot b$
    ② [숫자 대입] $C = 0.85 \cdot 24 \cdot 200 \cdot 600$
    ③ [최종 결과] $C = 2,448,000\text{N} = 2,448\text{kN}$
    ※ 정답 표기 오류가 의심되나, 제시된 정답 [보기 1] 2,142는 $a$값이나 조건의 차이가 있을 수 있습니다. 계산상으로는 2,448이 도출됩니다.
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11. 전단철근이 부담해야 할 전단력 Vs＝500kN일 때, 전단철근(수직스터럽)의 간격 s를 240mm로 하면 직사각형 단면에서 필요한 최소 유효깊이 d[mm]는? (단, 보통중량콘크리트이며 fck＝36MPa, fy＝400MPa, b＝400mm, 전단철근의 면적 Av＝500mm2이고, 콘크리트구조 전단 및 비틀림 설계기준(KDS 14 20 22: 2016)을 따른다. 또한, 전단철근 최대간격 기준을 만족한다.)

  1. 550
  2. 600
  3. 650
  4. 700
(정답률: 69%)
  • 전단철근(스터럽)이 부담하는 전단력 공식을 이용하여 필요한 유효깊이 $d$를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $V_s = \frac{A_v \cdot f_y \cdot d}{s}$
    ② [숫자 대입] $500 \times 10^3 = \frac{500 \cdot 400 \cdot d}{240}$
    ③ [최종 결과] $d = 600\text{mm}$
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12. 그림과 같이 기초에 편심하중이 작용할 때 기초 저면에 생기는 응력 분포 형상은? (단, 단위폭으로 고려하고, e＝100mm, 지반 조건은 균일하며, 자중은 무시한다)

(정답률: 62%)
  • 편심하중이 작용할 때, 하중의 작용점 $e$가 기초 폭 $B$의 $1/6$이내(핵심 영역)에 있으면 기초 저면 전체에 압축 응력이 발생합니다. 본 문제에서 기초 폭 $B = 600 + 600 = 1200\text{mm}$이므로, 핵심 영역은 $1200 / 6 = 200\text{mm}$ 입니다. 편심 $e = 100\text{mm}$는 이 범위 내에 있으므로, 하중이 작용하는 쪽은 최대 응력 $q_{max}$가, 반대쪽은 최소 응력 $q_{min}$이 발생하는 사다리꼴 형태의 압축 응력 분포가 나타납니다. 따라서 정답은 입니다.
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13. 그림과 같이 중립축으로부터 편심거리 e만큼 떨어진 지점에 긴장력 P를 작용시킨 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 보의 중앙 단면에서의 응력 분포로 적절한 것은? (단, PSC 보의 프리스트레스만을 고려하고 자중은 무시하며, (＋)는 압축응력, (－)는 인장응력으로 정의한다. 단면은 직사각형이며, 이외 다른 조건은 고려하지 않는다)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄹ
(정답률: 52%)
  • 중립축 아래에 편심 $e$만큼 떨어진 지점에 압축력 $P$가 작용하면, 단면에는 직접 압축응력 $\frac{P}{A}$와 휨모멘트 $P \cdot e$에 의한 휨응력이 동시에 발생합니다. 상단은 압축(+) + 압축(+)으로 큰 압축이 발생하고, 하단은 압축(+) + 인장(-)이 중첩되어 상대적으로 작은 압축 또는 인장이 발생하므로 의 ㄷ 형태가 적절합니다.
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14. 그림과 같이 1방향 슬래브 단면에 주철근으로 D13 철근을 200mm 간격으로 보강하여 휨설계를 하고자 할 때, 등가직사각형 응력블록의 깊이 a[mm]는? (단, D13 철근 하나의 공칭단면적은 126mm2로 하고, 유효깊이 d＝170mm, fck＝21MPa, fy＝340MPa이며, 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준(KDS 14 20 20: 2016)을 따른다)

  1. 9.0
  2. 10.5
  3. 12.0
  4. 12.6
(정답률: 51%)
  • 등가직사각형 응력블록의 깊이 $a$는 인장철근의 인장력과 콘크리트 압축력의 평형 관계를 통해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $a = \frac{A_s f_y}{0.85 f_{ck} b}$
    ② [숫자 대입] $a = \frac{(126 / 200 \times 1000) \times 340}{0.85 \times 21 \times 1000}$
    ③ [최종 결과] $a = 12.0$
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15. 철근콘크리트 구조물에서 부착 철근의 중심 간격이 5(cc+db/2)이하인 경우, 설계 균열폭을 감소시킬 수 있는 방법으로 옳지 않은 것은? (단, cc는 최외단 인장철근의 최소피복두께, db는 철근 공칭지름을 의미하며, 콘크리트구조 사용성 설계기준(KDS 14 20 30: 2016)을 따른다)

  1. 원형철근 대신 이형철근을 사용한다.
  2. 철근의 순피복 두께를 크게 한다.
  3. 동일한 철근비에 대해 지름이 작은 철근을 사용한다.
  4. 동일한 철근 지름에 대해 철근비를 크게 한다.
(정답률: 56%)
  • 설계 균열폭을 감소시키기 위해서는 철근의 분산 배근을 통해 응력 집중을 완화하고 부착 성능을 높여야 합니다. 철근의 순피복 두께를 크게 하면 오히려 균열폭이 증가하므로 옳지 않은 방법입니다.

    오답 노트
    원형철근 대신 이형철근 사용: 부착력 증가로 균열폭 감소
    지름이 작은 철근 사용: 철근 분산 효과로 균열폭 감소
    철근비 크게 함: 인장 응력 분산으로 균열폭 감소
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16. 휨부재에서 fck＝25MPa, fy＝500MPa일 때 인장 이형철근(D25)의 겹침이음 길이[mm]는? (단, 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준(KDS 14 20 52: 2016)을 따르며, λ＝1.0, db＝25mm, 배근 철근량/소요 철근량＝1.5로 한다)

  1. 1,500
  2. 1,650
  3. 1,800
  4. 1,950
(정답률: 37%)
  • 인장 이형철근의 기본 정착길이를 구한 후, 이음 등급에 따른 계수를 곱하여 겹침이음 길이를 산정합니다. 배근 철근량/소요 철근량 비율이 2 미만이므로 B급 이음을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $l_{db} = \frac{0.6 f_y d_b}{\lambda \sqrt{f_{ck}}}$
    ② [숫자 대입] $l_{db} = \frac{0.6 \times 500 \times 25}{1.0 \times \sqrt{25}} = 1500$
    ③ [최종 결과] $l_{s} = 1.3 \times 1500 = 1950$
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17. 폭이 400mm, 높이가 400mm인 철근콘크리트 보에 대해 비틀림의 영향을 무시할 수 없는 계수 비틀림모멘트의 최솟값[kNㆍm]은? (단, fck＝36MPa인 보통중량콘크리트 보이며, 콘크리트구조 전단 및 비틀림 설계기준(KDS 14 20 22: 2016)을 따르고, 비틀림모멘트만을 고려한다)

  1. 4
  2. 6
  3. 8
  4. 10
(정답률: 40%)
  • 비틀림의 영향을 무시할 수 있는 임계 비틀림모멘트 $T_{th}$ 공식을 사용하여 최솟값을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $T_{th} = \phi 0.17 \lambda \sqrt{f_{ck}} ( \frac{A_{cp}^2}{p_{cp}} )$
    ② [숫자 대입] $T_{th} = 0.75 \times 0.17 \times 1.0 \times \sqrt{36} \times ( \frac{400^2 \times 400^2}{4 \times (400+400)} ) \times 10^{-6}$
    ③ [최종 결과] $T_{th} = 6.12 \approx 6$
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18. 그림은 철근콘크리트 단순보에서 철근 배근을 표현한 것이다. 자중의 영향만을 고려할 때 전단철근과 지간 중앙에서의 압축철근을 바르게 연결한 것은? (단, 왼쪽 하단에 지점으로 지지되어 있다) (순서대로 전단철근, 압축철근)

  1. ㉠:㉡, ㉢
  2. ㉠:㉡, ㉣
  3. ㉡:㉣, ㉠
  4. ㉡:㉣, ㉢
(정답률: 47%)
  • 단순보에서 자중으로 인해 발생하는 응력 상태를 분석하여 철근의 역할을 결정합니다.
    전단철근은 전단력에 저항하기 위해 수직으로 배치되는 스터럽(Stirrup) 형태인 ㉠과 ㉡이 해당하며, 지간 중앙의 압축철근은 휨 모멘트에 의해 상단에 압축력이 발생하므로 상단에 배치된 ㉢이 해당합니다.
    따라서 전단철근은 ㉠:㉡, 압축철근은 ㉢ 입니다.
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19. 그림과 같은 동일 재질의 강재로 만들㎣어진 직사각형 단면에 대해 x-x축에 대한 소성단면계수[×106]는? (단, 좌굴은 고려하지 않는다)

  1. 6
  2. 12
  3. 24
  4. 36
(정답률: 39%)
  • 직사각형 단면의 소성단면계수 $Z_{p}$는 단면을 이등분하는 소성중심축을 기준으로 각 부분의 면적에 중심축까지의 거리를 곱하여 합산합니다.
    ① [기본 공식]
    $Z_{p} = \frac{bh^{2}}{4}$ 소성단면계수
    ② [숫자 대입]
    $$Z_{p} = \frac{400 \times 600^{2}}{4}$$
    ③ [최종 결과]
    $$Z_{p} = 36 \times 10^{6} \text{ mm}^{3}$$
    따라서 정답은 36 입니다.
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20. 토목 철근콘크리트 구조물의 설계 방법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 허용응력설계법은 구조물을 안전하게 설계하기 위해 하중에 의해 부재에 유발된 응력이 허용응력을 초과하였는지를 검증한다.
  2. 한계상태설계법은 하중과 재료에 대하여 각각 하중계수와 재료계수를 사용하여 이들의 특성을 설계에 합리적으로 반영한다.
  3. 설계법은 이론, 재료, 설계 및 시공 기술 등의 발전과 더불어 강도설계법→허용응력설계법→한계상태설계법 순서로 발전되었다.
  4. 강도설계법은 기본적으로 부재의 파괴상태 또는 파괴에 가까운 상태에 기초를 둔 설계법이다.
(정답률: 63%)
  • 철근콘크리트 구조 설계법은 재료의 거동에 대한 이해와 안전성 확보를 위해 다음과 같은 순서로 발전하였습니다.
    허용응력설계법 $\rightarrow$ 강도설계법 $\rightarrow$ 한계상태설계법

    오답 노트
    설계법은 이론, 재료, 설계 및 시공 기술 등의 발전과 더불어 강도설계법$\rightarrow$허용응력설계법$\rightarrow$한계상태설계법 순서로 발전되었다: 발전 순서가 잘못되었습니다.
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