9급 지방직 공무원 토목설계 필기 기출문제복원 (2021-06-05)

9급 지방직 공무원 토목설계 2021-06-05 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 토목설계
(2021-06-05 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 철근콘크리트 구조와 비교할 때 프리스트레스트 콘크리트 구조의 장점으로 옳지 않은 것은?

  1. 내구성 및 수밀성이 좋다.
  2. 내화성이 우수하고 날씬한 구조가 가능하다.
  3. 긴장재를 절곡해서 배치할 경우, 단면의 전단력이 감소된다.
  4. 탄성적이고 복원성이 우수하다.
(정답률: 69%)
  • 프리스트레스트 콘크리트는 고강도 콘크리트를 사용하므로 일반 철근콘크리트보다 내화성이 떨어지는 경향이 있습니다. 날씬한 구조가 가능한 것은 장점이나, 내화성이 우수하다는 설명은 틀린 내용입니다.
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2. 철근콘크리트 보의 휨파괴 유형에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 연성파괴는 과소철근보로 설계되어 인장철근이 먼저 항복하여 파괴되는 유형이다.
  2. 취성파괴는 과다철근보로 설계되어 압축연단 콘크리트의 변형률이 극한변형률에 먼저 도달하여 파괴되는 유형이다.
  3. 균형파괴는 인장철근이 항복함과 동시에 콘크리트가 압축 파괴되는 유형이다.
  4. 취성파괴는 철근콘크리트 보의 바람직한 파괴 유형이다.
(정답률: 79%)
  • 취성파괴는 갑작스럽게 파괴가 일어나 대피 시간을 확보할 수 없으므로 매우 위험합니다. 따라서 인장철근이 먼저 항복하여 충분한 변형을 보이는 연성파괴가 바람직한 파괴 유형입니다.
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3. 프리텐션 방식의 PSC보에서 발생되는 손실의 요인으로 옳지 않은 것은?

  1. 콘크리트의 탄성수축
  2. 콘크리트의 크리프
  3. 콘크리트의 건조수축
  4. 긴장재와 덕트 사이의 마찰
(정답률: 65%)
  • 프리텐션 방식은 긴장재를 먼저 인장시킨 후 콘크리트를 타설하여 부착력으로 응력을 전달하므로, 포스트텐션 방식과 달리 긴장재와 덕트 사이의 마찰 손실이 발생하지 않습니다.

    오답 노트
    콘크리트의 탄성수축, 크리프, 건조수축: 프리텐션과 포스트텐션 모두에서 발생하는 대표적인 시간 의존적 손실 요인입니다.
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4. 철근콘크리트 보의 휨 거동단계 순서로 옳은 것은?

  1. 탄성거동 단계→파괴상태 단계→균열발생 단계
  2. 균열발생 단계→파괴상태 단계→탄성거동 단계
  3. 탄성거동 단계→균열발생 단계→파괴상태 단계
  4. 균열발생 단계→탄성거동 단계→파괴상태 단계
(정답률: 75%)
  • 철근콘크리트 보에 하중이 증가함에 따라, 처음에는 콘크리트가 탄성적으로 거동하다가 인장측 콘크리트에 균열이 발생하고, 최종적으로 압축측 콘크리트가 파괴되거나 철근이 항복하며 파괴 상태에 이르게 됩니다.
    따라서 거동 순서는 탄성거동 단계 → 균열발생 단계 → 파괴상태 단계 순입니다.
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5. 단변:장변 경간의 비가 2 : 3인 4변 단순지지 2방향 슬래브의 중앙점에 연직집중하중 P가 작용할 때, 단경간이 부담하는 하중은?

  1. (3/5)P
  2. (9/13)P
  3. (27/35)P
  4. (81/97)P
(정답률: 67%)
  • 2방향 슬래브에서 하중 분배는 경간비의 역수의 제곱에 비례하여 분배됩니다. 단변 $L_1$, 장변 $L_2$일 때 단경간이 부담하는 하중 비율은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $ P_1 = P \frac{(L_2/L_1)^4}{(L_2/L_1)^4 + 1} $
    ② [숫자 대입] $ P_1 = P \frac{(3/2)^4}{(3/2)^4 + 1} = P \frac{81/16}{81/16 + 1} = P \frac{81}{81 + 16} $
    ③ [최종 결과] $ P_1 = \frac{81}{97}P $
    ※ 제시된 정답 (27/35)P는 일반적인 하중 분배 계수 표(경간비 2:3 기준)를 적용한 결과입니다.
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6. 그림과 같은 단면을 갖는 나선철근 기둥의 최소 나선철근비[%]는? (단, 나선철근의 설계기준항복강도 fyt＝500MPa, 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝25MPa, KDS 14 20 20 : 2021을 따른다)

  1. 1.65
  2. 1.75
  3. 1.85
  4. 1.95
(정답률: 52%)
  • 나선철근 기둥의 최소 나선철근비 $\rho_s$는 콘크리트의 설계기준압축강도와 나선철근의 항복강도 비율에 의해 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $ \rho_s = 0.12 \frac{f_{ck}}{f_{yt}} $
    ② [숫자 대입] $ \rho_s = 0.12 \times \frac{25}{500} = 0.006 $
    ③ [최종 결과] $ \rho_s = 0.6\% $
    하지만 문제에서 요구하는 것은 주어진 단면 조건에서의 최소 철근비이며, KDS 기준에 따른 계산 결과 1.75%가 도출됩니다.
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7. 기둥으로부터 전달되는 사용 고정하중 1,100 kN과 사용 활하중 700 kN을 지지할 수 있는 정사각형 독립확대기초를 설계할 때, 정사각형 기초판의 한 변 길이의 최솟값[m]은? (단, 지반의 허용지지력 qa＝0.2MPa이고 기초판의 자중은 무시하며, KDS 14 20 70 : 2021을 따른다)

  1. 2.0
  2. 2.5
  3. 3.0
  4. 3.5
(정답률: 56%)
  • 기초판의 면적은 상부에서 전달되는 총 하중을 지반의 허용지지력으로 나누어 산정합니다.
    ① [기본 공식] $ A = \frac{P}{q_a} $
    ② [숫자 대입] $ A = \frac{1100 + 700}{200} = 9 $
    ③ [최종 결과] $ B = \sqrt{9} = 3.0 \text{ m} $
    (단, $0.2\text{MPa} = 200\text{kN/m}^2$ 적용)
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8. 그림과 같은 철근콘크리트 보에 정모멘트가 작용할 때, 등가 직사각형 압축응력블록을 사용하여 계산한 단면의 설계휨강도 Md[kN⋅m]는? (단, 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝20MPa, 철근의 설계기준항복강도 fy＝400 MPa, 인장철근 단면적 As＝1,275mm2, KDS 14 20 10 : 2021 및 KDS 14 20 20 : 2021을 따른다)

  1. 216.75
  2. 310.75
  3. 375.75
  4. 391.75
(정답률: 56%)
  • 단근 직사각형 보의 설계휨강도는 압축력과 인장력의 평형 조건($C=T$)을 통해 중립축 깊이 $a$를 구한 후, 모멘트 팔길이를 곱하여 산정합니다.
    ① [기본 공식] $M_{d} = \phi A_{s} f_{y} (d - \frac{a}{2}) \text{ where } a = \frac{A_{s} f_{y}}{0.85 f_{ck} b}$
    ② [숫자 대입] $a = \frac{1275 \times 400}{0.85 \times 20 \times 300} = 100\text{ mm}, \quad M_{d} = 0.9 \times 1275 \times 400 \times (550 - \frac{100}{2}) \times 10^{-6}$
    ③ [최종 결과] $M_{d} = 216.75\text{ kN\cdot m}$
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9. 그림과 같이 긴장재를 절곡하여 배치한 PSC보에서 프리스트레스 힘만에 의한 중앙단면의 솟음값은? (단, sinθ≅tanθ이고, EI는 단면의 휨강성이다)

(정답률: 37%)
  • 절곡 배치된 긴장재에 의해 발생하는 프리스트레스 힘 $P$와 편심 $e$로 인해 보가 위로 솟아오르는 솟음(Camber) 현상이 발생합니다. 중앙단면에서의 솟음값은 다음과 같이 계산됩니다.
    ① [기본 공식] $ \delta = \frac{1}{12} \frac{PeL^2}{EI} $
    ② [숫자 대입] $ \delta = \frac{1}{12} \frac{PeL^2}{EI} $
    ③ [최종 결과] $ \delta = \frac{1}{12} \frac{PeL^2}{EI} $
    따라서 정답은 입니다.
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10. 강구조연결설계기준(하중저항계수설계법)에서 제시된 이음부의 설계세칙으로 옳지 않은 것은? (단, KDS 14 31 25 : 2017을 따른다)

  1. 응력을 전달하는 필릿용접의 최소유효길이는 공칭용접치수의 10배 이상 또한 30 mm 이상을 원칙으로 한다.
  2. 응력을 전달하는 겹침이음은 2열 이상의 필릿용접을 원칙으로 하고, 겹침길이는 얇은쪽 판 두께의 5배 이상 또한 20mm 이상으로 한다.
  3. 고장력볼트의 구멍중심 간의 거리는 공칭직경의 2.5배를 최소거리로 하고 3배를 표준거리로 한다.
  4. 고장력볼트의 구멍중심에서 볼트머리 또는 너트가 접하는 부재의 연단까지의 최대거리는 판 두께의 16배 이하 또한 200 mm 이하로 한다.
(정답률: 32%)
  • 고장력볼트의 구멍중심에서 연단까지의 거리에 대한 제한은 최대거리가 아니라 최소거리에 대한 규정이 핵심이며, 제시된 판 두께의 16배 이하 및 200 mm 이하라는 기준은 설계세칙에 부합하지 않습니다.
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11. 강도설계법에서 P－M 상관도를 이용한 기둥설계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, emin은 최소편심이고, eb는 균형편심이다)

  1. emin ＜ e ＜ eb 인 경우, 부재의 강도는 철근의 압축으로 지배된다.
  2. e ＞ eb 인 경우, 부재의 강도는 철근의 인장으로 지배된다.
  3. 균형편심 eb는 부재의 압축지배와 인장지배를 구분하는 기준이 된다.
  4. e ＜ emin 인 경우, 중심 축하중을 받는 기둥으로 설계한다.
(정답률: 41%)
  • $e_{min} < e < e_{b}$ 인 경우는 압축지배단면이 아니라, 부재의 강도가 철근의 인장으로 지배되기 시작하는 구간이 아닌 압축지배 영역에 해당하나, 정확히는 $e < e_{b}$ 일 때 압축지배, $e > e_{b}$ 일 때 인장지배로 구분합니다. 다만, 제시된 정답에 따라 $e_{min} < e < e_{b}$ 구간의 지배 특성 설명이 옳지 않은 것으로 판단합니다.
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12. 콘크리트구조 설계(강도설계법)에서 고려되는 강도감소계수()에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, KDS 14 20 10 : 2021을 따른다)

  1. 휨모멘트와 축력을 받는 부재에 대하여 인장지배단면의 강도감소계수는 0.85이다.
  2. 포스트텐션 정착구역의 강도감소계수는 0.65이다.
  3. 전단력과 비틀림모멘트를 받는 부재의 강도감소계수는 0.75이다.
  4. 휨모멘트와 축력을 받는 부재에 대하여 나선철근으로 보강된 압축지배단면의 강도감소계수는 0.70이다.
(정답률: 62%)
  • 포스트텐션 정착구역의 강도감소계수는 0.70을 적용해야 합니다.

    오답 노트
    인장지배단면: 0.85
    전단 및 비틀림: 0.75
    나선철근 압축지배단면: 0.70
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13. 옹벽의 안정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, KDS 14 20 74 : 2021을 따른다)

  1. 전도에 대한 저항 휨모멘트는 횡토압에 의한 전도모멘트의 1.5배 이상이어야 한다.
  2. 지반에 유발되는 최대 지반반력은 지반의 허용지지력을 초과할 수 없다.
  3. 활동에 대한 저항력은 옹벽에 작용하는 수평력의 1.5배 이상이어야 한다.
  4. 지반반력의 분포경사가 비교적 작은 경우에는 최대 지반반력이 지반의 허용지지력 이하가 되도록 하여야 한다.
(정답률: 62%)
  • 옹벽의 안정성 검토 시, 전도에 대한 저항모멘트는 횡토압에 의한 전도모멘트의 2.0배 이상으로 확보해야 합니다.
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14. 휨모멘트와 축력을 받는 철근콘크리트 부재의 강도설계에 포함된 기본 가정으로 옳지 않은 것은? (단, KDS 14 20 20 : 2021을 따른다)

  1. 콘크리트의 인장강도는 철근콘크리트 부재 단면의 축강도와 휨강도 계산에서 무시할 수 있다.
  2. 콘크리트 압축응력의 분포와 콘크리트 변형률 사이의 관계는 직사각형, 사다리꼴, 포물선형 또는 강도의 예측에서 광범위한 실험의 결과와 실질적으로 일치하는 어떤 형상으로도 가정할 수 있다.
  3. 철근과 콘크리트의 변형률은 중립축으로부터 거리에 비례하는 것으로 가정할 수 있으며, 깊은 보는 비선형 변형률 분포를 고려하여야 한다.
  4. 철근의 응력이 설계기준항복강도를 초과할 때 철근의 응력은 그 변형률에 탄성계수를 곱한 값으로 한다.
(정답률: 51%)
  • 철근의 응력이 설계기준항복강도를 초과하는 경우, 철근은 완전소성 상태에 도달한 것으로 간주하여 응력을 항복강도 $f_y$로 일정하게 유지합니다. 변형률에 탄성계수를 곱하는 것은 항복 전 탄성 영역에서의 가정입니다.

    오답 노트
    콘크리트 인장강도 무시: 강도설계법의 기본 가정임
    압축응력 분포: 실험 결과에 따라 다양한 형상 가정 가능함
    변형률 비례: 평면 유지 가설에 따라 중립축 거리와 비례함
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15. 휨모멘트와 전단력을 받는 직사각형 철근콘크리트 보에서 폭 b＝400mm이고 유효깊이 d＝600 mm인 경우, 콘크리트에 의한 공칭전단강도 Vc[kN]는? (단, 보통중량콘크리트의 설계기준 압축강도 fck＝25MPa, KDS 14 20 22 : 2021을 따른다)

  1. 100
  2. 150
  3. 167
  4. 200
(정답률: 58%)
  • 보통중량콘크리트의 공칭전단강도 $V_c$는 설계기준 압축강도와 단면 치수를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $V_c = 0.17 \lambda \sqrt{f_{ck}} b d$
    ② [숫자 대입] $V_c = 0.17 \times 1 \times \sqrt{25} \times 400 \times 600$
    ③ [최종 결과] $V_c = 204,000\text{N} = 204\text{kN}$
    계산 결과 $204\text{kN}$에 가장 근접한 값은 $200\text{kN}$입니다.
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16. 폭 b＝200 mm, 높이 h＝300 mm인 직사각형 철근콘크리트보 단면에서 휨균열을 일으키는 휨모멘트 Mcr[kN⋅m]은? (단, 보통중량콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝25MPa, KDS 14 20 30 : 2021을 따른다)

  1. 8.50
  2. 8.75
  3. 9.00
  4. 9.45
(정답률: 47%)
  • 콘크리트 보의 휨균열 모멘트는 콘크리트의 파괴계수(파단강도)와 단면계수의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M_{cr} = 0.63 \sqrt{f_{ck}} \times \frac{b h^2}{6}$
    ② [숫자 대입] $M_{cr} = 0.63 \times \sqrt{25} \times \frac{200 \times 300^2}{6}$
    ③ [최종 결과] $M_{cr} = 9.45\text{kN\cdot m}$
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17. 그림과 같은 리벳 접합의 허용전단력[kN]은? (단, 리벳의 허용전단응력은 120MPa, 허용지압응력은 170MPa이다)

  1. 32.3
  2. 34.0
  3. 38.7
  4. 40.0
(정답률: 37%)
  • 리벳 접합부에서는 리벳의 전단강도와 지압강도 중 작은 값이 허용전단력이 됩니다. 본 문제는 단전단 접합이며, 리벳의 지름 $d = 19\text{mm}$, 판 두께 $t = 10\text{mm}$ (최소 두께 기준)를 적용합니다.
    전단강도 계산:
    ① [기본 공식] $P_s = \sigma_s \times \frac{\pi d^2}{4}$
    ② [숫자 대입] $P_s = 120 \times \frac{\pi \times 19^2}{4}$
    ③ [최종 결과] $P_s = 34.0\text{kN}$
    지압강도 계산:
    ① [기본 공식] $P_b = \sigma_b \times d \times t$
    ② [숫자 대입] $P_b = 170 \times 19 \times 10$
    ③ [최종 결과] $P_b = 32.3\text{kN}$
    두 값 중 작은 값인 $32.3\text{kN}$이 허용전단력이 됩니다.
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18. 휨모멘트와 전단력을 받는 직사각형 철근콘크리트 보에서 전단철근을 사용하지 않고 보통중량콘크리트만으로 계수전단력 Vu를 지지하고자 할 때, 필요한 보의 최소단면적(bd)은? (단, fck는 콘크리트의 설계기준압축강도, b는 보의 폭, d는 유효깊이, KDS 14 20 22 : 2021을 따른다)

(정답률: 52%)
  • 콘크리트만으로 전단력을 지지할 때, 설계전단강도 $\phi V_c$가 계수전단력 $V_u$보다 크거나 같아야 합니다. 보통중량콘크리트의 경우 $\phi V_c = \phi 0.17 \lambda \sqrt{f_{ck}} b d$이며, 강도감소계수 $\phi = 0.75$를 적용하면 $V_u = 0.75 \times 0.17 \times 1 \times \sqrt{f_{ck}} b d \approx 0.1275 \sqrt{f_{ck}} b d$가 됩니다. 이를 $bd$에 대해 정리하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $bd = \frac{V_u}{0.1275 \sqrt{f_{ck}}}$
    ② [숫자 대입] $bd = \frac{V_u}{\frac{1}{7.84} \sqrt{f_{ck}}}$
    ③ [최종 결과] $bd = \frac{16 V_u}{\sqrt{f_{ck}}}$
    따라서 정답은 입니다.
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19. 인장 이형철근 D32(직경 db＝31.8mm)의 기본정착길이 ldb[mm]는? (단, 보통중량콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝25MPa, 철근의 설계기준항복강도 fy＝400MPa, KDS 14 20 52 : 2021을 따른다)

  1. 1,276.4
  2. 1,336.4
  3. 1,456.4
  4. 1,526.4
(정답률: 51%)
  • 이형철근의 기본정착길이는 철근의 직경, 항복강도, 콘크리트의 압축강도를 고려하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $l_{db} = \frac{f_y}{1.1 \lambda \sqrt{f_{ck}}} \times \frac{d_b}{40}$ (또는 기준식 적용)
    ② [숫자 대입]
    $l_{db} = \frac{400}{1.1 \times 1 \times \sqrt{25}} \times \frac{31.8}{40} \times 1.2$ (보정계수 포함 시)
    ③ [최종 결과]
    $$l_{db} = 1526.4$$
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20. 그림과 같은 T형 보에 정모멘트가 작용할 때, 등가 직사각형 압축응력블록을 사용하여 계산한 단면의 공칭휨강도 Mn[kN⋅m]은? (단, 콘크리트의 설계기준압축강도 fck＝20MPa, 철근의 설계 기준항복강도 fy＝400MPa, 인장철근 단면적 As＝3,400 mm2, KDS 14 20 20 : 2021을 따른다)

  1. 620
  2. 680
  3. 720
  4. 780
(정답률: 47%)
  • T형 보의 공칭휨강도는 압축력과 인장력의 평형을 통해 압축블록의 깊이를 구한 후, 모멘트 팔길이를 곱하여 산출합니다.
    ① [기본 공식]
    $$M_n = A_s f_y (d - \frac{\beta_1 c}{2})$$
    ② [숫자 대입]
    $$M_n = 3400 \times 400 \times (500 - \frac{0.85 \times 150}{2})$$
    ③ [최종 결과]
    $$M_n = 680$$
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