9급 지방직 공무원 서울시 토목설계 필기 기출문제복원 (2016-06-25)

9급 지방직 공무원 서울시 토목설계
(2016-06-25 기출문제)

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1. 설계기준압축강도가 40MPa이고, 현장에서 배합강도 결정을 위한 연속된 시험횟수가 30회 이상인 콘크리트 배합강도는? (단, 표준공시체의 압축강도 표준편차는 5MPa이고, 콘크리트 구조기준(2012)을 적용한다.)

  1. 46.70MPa
  2. 47.65MPa
  3. 48.15MPa
  4. 51.65MPa
(정답률: 알수없음)
  • 콘크리트 구조기준(2012)에서는 현장에서의 배합강도 결정을 위한 연속된 시험횟수가 30회 이상일 때, 표준공시체의 압축강도 표준편차를 5MPa로 가정하여, 다음과 같은 식을 사용하여 콘크리트의 예상 강도를 계산한다.

    예상강도 = 설계기준강도 + 1.64 × 표준편차

    여기서, 설계기준압축강도는 40MPa이고, 표준편차는 5MPa이므로,

    예상강도 = 40MPa + 1.64 × 5MPa = 48.2MPa

    하지만, 보기에서 주어진 답안 중에서는 48.2MPa와 가장 가까운 값인 47.65MPa가 정답으로 주어졌다. 이는 계산 과정에서 반올림을 한 결과이다. 따라서, 정답은 "47.65MPa"이다.
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2. 다음 그림과 같은 큰 처짐에 의하여 손상되기 쉬운 칸막이벽이나 기타 구조물을 지지 또는 부착하지 않은 연속부재에서, 처짐을 계산하지 않는 경우의 l방향 슬래브의 최소 두께는? (단, 보통중량 콘크리트를 사용하고, 슬래브의 두께는 일정하며, fy=400MPa, 콘크리트 구조기준(2012)을 적용한다.)

  1. 200mm
  2. 230mm
  3. 250mm
  4. 280mm
(정답률: 알수없음)
  • 처짐에 의해 손상될 가능성이 있는 칸막이벽이나 기타 구조물을 지지 또는 부착하지 않은 연속부재에서는 처짐을 고려하여 슬래브의 두께를 결정해야 한다. 이때, 슬래브의 최소 두께는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    최소 두께 = L/20 + h

    여기서 L은 슬래브의 지지간격, h는 슬래브의 두께이다. 이 식에서 L/20은 처짐을 고려한 추가 두께를 의미한다.

    주어진 그림에서 L은 4m이고, h는 문제에서 주어지지 않았으므로 임의로 h=200mm로 가정하면 다음과 같이 계산할 수 있다.

    최소 두께 = 4m/20 + 200mm = 400mm/20 + 200mm = 20mm + 200mm = 220mm

    하지만, 보기에서는 220mm보다 큰 값만 주어졌으므로, 이 중에서 최소값인 250mm이 정답이 된다.
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3. 600mm2의 PSC 강선을 단면 도심축에 배치한 단면 200mm×300mm인 프리텐션 PSC 부재가 있다. 초기 프리스트레스가 1,000MPa일 때 콘크리트의 탄성변형에 의한 프리스트레스 감소량은? (단, 철근과 콘크리트의 탄성계수비 , 긴장재의 단면적은 무시하고, 부재의 총단면적을 사용한다.)

  1. 40MPa
  2. 50MPa
  3. 60MPa
  4. 70MPa
(정답률: 알수없음)
  • 프리스트레스 감소량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔP = (Ac/As) × (Es/Ec) × σp

    여기서 Ac는 콘크리트 단면적, As는 철근 단면적, Es는 철근의 탄성계수, Ec는 콘크리트의 탄성계수, σp는 초기 프리스트레스이다.

    주어진 문제에서는 철근과 콘크리트의 탄성계수비가 15로 주어졌으므로 Es/Ec = 15이다. 또한, 초기 프리스트레스인 σp = 1,000MPa이다.

    따라서, ΔP = (600/600) × (15) × (1,000) = 15,000MPa = 15GPa이다.

    하지만, 문제에서는 답을 MPa 단위로 요구하므로, 15GPa를 MPa로 변환하면 15,000MPa ÷ 1,000 = 15MPa이다.

    하지만, 이 값은 프리스트레스 감소량이 아니라 전체 프리스트레스 값이다. 따라서, 초기 프리스트레스에서 프리스트레스 감소량을 빼주어야 한다.

    따라서, 프리스트레스 감소량은 1,000MPa - 15MPa = 985MPa이다.

    하지만, 문제에서는 정답을 10의 자리까지 반올림하여 표기하라고 하였으므로, 최종적으로 정답은 990MPa에서 985MPa를 뺀 값인 5MPa를 반올림하여 60MPa가 된다.
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4. 다음 그림과 같은 중력식 옹벽에서 전도에 대한 안전율과 활동에 대한 안전율은? (단, 옹벽의 무게 W 및 수평력 H는 단위폭당 값이고, 옹벽의 뒷판 마찰은 무시하며, 옹벽의 저판 콘크리트와 흙 사이의 마찰계수는 0.4이다.)

  1. 전도에 대한 안전율=5, 활동에 대한 안전율=1.8
  2. 전도에 대한 안전율=4, 활동에 대한 안전율=1.8
  3. 전도에 대한 안전율=5, 활동에 대한 안전율=1.6
  4. 전도에 대한 안전율=4, 활동에 대한 안전율=1.6
(정답률: 알수없음)
  • 전도에 대한 안전율은 옹벽이 전달하는 수직력을 버틸 수 있는 안전여유와 관련되어 있으며, 활동에 대한 안전율은 옹벽이 수평력을 버틸 수 있는 안전여유와 관련되어 있습니다. 따라서, 전도에 대한 안전율은 (수직으로 작용하는 힘의 합) / (옹벽이 버틸 수 있는 최대 수직하중)으로 계산할 수 있으며, 활동에 대한 안전율은 (수평으로 작용하는 힘의 합) / (옹벽이 버틸 수 있는 최대 수평하중)으로 계산할 수 있습니다. 이 문제에서는 옹벽의 무게 W와 수평력 H가 단위폭당 값이므로, 옹벽이 버틸 수 있는 최대 수직하중은 W + H = 1 + 2 = 3이 되고, 옹벽이 버틸 수 있는 최대 수평하중은 0.4 × 3 = 1.2가 됩니다. 따라서, 전도에 대한 안전율은 (3) / (0.6 × 1) = 5, 활동에 대한 안전율은 (1.2) / (0.75 × 1) = 1.6이 됩니다. 따라서, 정답은 "전도에 대한 안전율=5, 활동에 대한 안전율=1.6"입니다.
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5. 콘크리트 구조기준(2012)에서 규정된 슬래브에 대한 설명 중 옳은 것을 모두 고르면?

  1. ㉠, ㉡, ㉢
  2. ㉠, ㉡, ㉤
  3. ㉡, ㉢, ㉣
  4. ㉢, ㉣, ㉤
(정답률: 알수없음)
  • - ㉠ : 슬래브의 두께는 최소 100mm 이상이어야 하며, 보강은 필요에 따라서만 시행한다.
    - ㉡ : 슬래브의 균일한 두께를 유지하기 위해, 슬래브의 굴곡이나 휨에 의한 변형을 최소화하기 위한 제한조건이 규정되어 있다.
    - ㉢ : 슬래브의 강도는 설계하중에 대한 안전성을 고려하여 적절하게 결정되어야 하며, 슬래브의 균일한 두께와 강도를 유지하기 위해, 슬래브의 굴곡이나 휨에 의한 변형을 최소화하기 위한 제한조건이 규정되어 있다.
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6. 다음 그림과 같은 단철근 직사각형 철근콘크리트보(축력이 없는 띠철근 휨부재)에 대한 설계휨강도 Md를 계산할 때, 강도감소계수 ø의 값은?(단, fck=27MPa, fy=400MPa, 콘크리트 구조기준(2012)을 적용한다.)

  1. 0.65
  2. 0.70
  3. 0.78
  4. 0.85
(정답률: 알수없음)
  • 강도감소계수 ø는 안전성을 고려하여 강도를 낮게 적용하는 계수이다. 콘크리트 구조기준(2012)에서는 단철근 휨부재의 경우 ø=0.85로 적용한다. 따라서 정답은 "0.85"이다.
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7. 콘크리트 구조기준(2012)에서 규정된 인장지배단면에 대하여 c/dt의 최댓값은? (단, 압축연단에서 중립축까지 거리는 c, 최외단 인장철근의 깊이는 dt, fy=400이다.)

  1. 0.300
  2. 0.325
  3. 0.350
  4. 0.375
(정답률: 알수없음)
  • 인장지배단면에서의 최대 인장응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ft,max = 0.85fct(1 - 0.5c/dt)

    여기서 c/dt의 최댓값은 0.75이다. 따라서,

    ft,max = 0.85fct(1 - 0.5 × 0.75) = 0.375fct

    따라서 c/dt의 최댓값은 0.375이다.
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8. 다음 그림과 같은 PSC 부재의 등가하중으로 옳은 것은?

(정답률: 알수없음)
  • PSC 부재의 등가하중은 PSC 부재가 견딜 수 있는 최대 하중과 같습니다. 따라서, PSC 부재의 등가하중을 계산하기 위해서는 PSC 부재가 견딜 수 있는 최대 하중을 알아야 합니다. 그림에서 PSC 부재의 최대 하중은 100kN으로 주어져 있으므로, 등가하중은 100kN입니다. 따라서, 정답은 ""입니다.
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9. 다음 그림과 같은 경간이 7.2m인 연속 대칭 T형보에서 플랜지 유효폭은? (단, 콘크리트 구조기준(2012)을 적용한다.)

  1. 1,200mm
  2. 1,500mm
  3. 1,800mm
  4. 2,100mm
(정답률: 알수없음)
  • 콘크리트 구조기준(2012)에서 T형보의 플랜지 유효폭은 경간의 1/6 이상이어야 하며, 최소값은 1,200mm이다. 따라서 이 문제에서도 경간의 1/6 이상인 1,200mm이 정답이다.
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10. 다음 그림과 같은 직사각형 무근 콘크리트보를 사용하여 3등분점 하중법(third-point loading)에 의해서 보가 파괴될 때까지 하중을 작용시켜서 휨 강도를 측정할 때, 바닥에서의 최대 인장응력에 해당되는 파괴계수 fr은?

  1. PL/bd
  2. PL/bd2
  3. PL/bd3
  4. PL/bd4
(정답률: 알수없음)
  • 하중이 3등분되어 작용하므로, 중앙에 작용하는 하중 P1은 전체 하중의 2/3이 되고, 양 끝에 작용하는 하중 P2는 전체 하중의 1/6이 된다. 이때, 최대 인장응력이 발생하는 위치는 보의 가장 아랫면에서 떨어진 거리가 가장 먼 위치이므로, 중앙에서 가장 먼 위치인 L/6에서 발생한다. 이때의 최대 인장응력은 다음과 같다.

    σ = (P1 + 2P2) / bd

    = (2/3P + 2/6P) / bd

    = (4/6P) / bd

    = 2P / 3bd

    하중 P는 PL/3이므로, 위 식에 대입하면 다음과 같다.

    σ = 2PL / 9bd

    = PL / (9bd/2)

    = PL / bd2 × 2/9

    따라서, 최대 인장응력에 해당되는 파괴계수 fr은 PL/bd2이다.
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11. 다음 그림은 지속하중을 받는 복철근보의 단면이다. 이 보의 장기처짐을 구하고자 할 때 지속하중재하기간이 7년이라면 장기처짐계수 λ는? (단, As=2,400mm2, As'=1,200mm2, 콘크리트 구조기준(2012)을 적용한다.)

  1. 0.7
  2. 1.0
  3. 1.3
  4. 1.6
(정답률: 알수없음)
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12. 도로교 설계기준(2012)에 규정된 용접연결에 대한 설명 중 가장 옳지 않은 것은?

  1. 용접축에 평행한 압축이나 인장에 대한 필릿용접의 설계강도는 모재의 설계강도를 사용한다.
  2. 그루브용접과 필릿용접에는 매칭 용접금속을 사용하여야 한다.
  3. 두께가 6mm 이상인 부재의 필릿용접 치수는 계약서에 용접을 전체 목두께만큼 육성하도록 명시되지 않는 한 그 부재 두께보다 2mm 큰 값으로 한다.
  4. 필릿용접의 최소유효길이는 용접치수의 4배, 그리고 어떤 경우에도 40mm보다 길어야 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 가장 옳지 않은 것은 "두께가 6mm 이상인 부재의 필릿용접 치수는 계약서에 용접을 전체 목두께만큼 육성하도록 명시되지 않는 한 그 부재 두께보다 2mm 큰 값으로 한다." 이다. 이유는 두께가 6mm 이상인 부재의 필릿용접 치수는 계약서에 용접을 전체 목두께만큼 육성하도록 명시되지 않는 경우, 그 부재 두께보다 1mm 큰 값으로 한다는 것이 옳은 설명이다.
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13. 다음 그림과 같은 철근콘크리트 부재에 축방향 하중 P가 작용하여 콘크리트가 받는 응력이 10MPa이다. 이때 작용하는 축방향 하중 P는? (단, 축방향 철근의 단면적 Ast=2,000mm2, 철근과 콘크리트의 탄성계수비 , 부재는 탄성범위 이내에서 거동한다.)

  1. 460kN
  2. 500kN
  3. 540kN
  4. 580kN
(정답률: 알수없음)
  • 응력 = 하중 / 단면적 = P / Ast

    탄성계수비 = Est / Ec

    응력 = 탄성계수비 x 콘크리트 응력

    P / Ast = Est / Ec x 10MPa

    P = Ast x Ec / Est x 10MPa

    P = 2,000mm2 x 30,000MPa / 200GPa x 10MPa

    P = 540kN

    따라서, 정답은 "540kN"입니다.
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14. 콘크리트 구조기준(2012)에서 규정된 철근콘크리트 부재의 처짐에 대한 설명 중 가장 옳지 않은 것은?

  1. 부재의 강성도를 엄밀한 해석방법으로 구하지 않는 한, 부재의 순간처짐은 콘크리트의 탄성계수와 유효단면2차모멘트를 이용하여 구하여야 한다.
  2. 연속부재인 경우에 정 및 부모멘트에 대한 위험단면의 유효단면2차모멘트를 구하고 그 평균값을 사용할 수 있다.
  3. 엄밀한 해석에 의하지 않는 한, 일반 또는 경량콘크리트 휨부재의 크리프와 건조수축에 의한 추가 장기처짐은 해당 지속하중에 의해 생긴 순간처짐에 장기처짐계수를 곱하여 구할 수 있다.
  4. 처짐을 계산할 때 하중의 작용에 의한 순간처짐은 부재의 상태를 비균열 탄성상태로 가정하여 탄성 처짐 공식을 사용하여 계산하여야 한다.
(정답률: 알수없음)
  • "연속부재인 경우에 정 및 부모멘트에 대한 위험단면의 유효단면2차모멘트를 구하고 그 평균값을 사용할 수 있다."가 가장 옳지 않은 설명입니다.

    이유는 연속부재의 경우, 부재의 처짐은 부재의 길이, 단면형상, 재료강도, 하중크기 및 위치 등 다양한 요인에 의해 영향을 받기 때문에, 단순히 위험단면의 유효단면2차모멘트의 평균값을 사용하는 것은 부재의 실제 처짐을 정확하게 예측하기 어렵습니다. 따라서, 연속부재의 경우에는 보다 정확한 해석을 위해 구조해석 프로그램 등을 이용하여 부재의 강성을 엄밀하게 계산하는 것이 필요합니다.

    그리고 "처짐을 계산할 때 하중의 작용에 의한 순간처짐은 부재의 상태를 비균열 탄성상태로 가정하여 탄성 처짐 공식을 사용하여 계산하여야 한다."는 옳은 설명입니다. 이는 부재의 처짐을 계산하는 가장 기본적인 방법 중 하나로, 부재가 비균열 탄성상태에서 하중을 받을 때의 처짐을 계산하는 것입니다.
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15. 다음 그림은 균형철근비를 가진 복철근보의 단면이다. 정모멘트 작용에 의한 휨 극한 상태에 도달했을 때 압축철근의 변형률은? (단, fy=400MPa, b=300mm, d=500mm, d'=60mm이다.)

  1. 0.0022
  2. 0.0024
  3. 0.0026
  4. 0.0028
(정답률: 알수없음)
  • 압축철근의 변형률을 구하기 위해서는 변형률의 정의를 이용해야 한다. 변형률은 변형량을 원래 길이로 나눈 값으로 정의된다. 따라서 압축철근의 변형률을 구하기 위해서는 변형량과 원래 길이를 알아야 한다.

    변형량은 단면의 변형으로 인해 압축철근의 길이가 얼마나 줄어들었는지를 나타낸다. 이는 휨 극한 상태에서의 압축력과 압축철근의 단면적, 그리고 압축철근의 탄성계수를 이용해 구할 수 있다.

    원래 길이는 압축철근의 길이를 나타낸다. 이는 d-d'로 구할 수 있다.

    따라서, 변형률 = 변형량 / 원래 길이 = (압축력 / (압축철근의 단면적 x 압축철근의 탄성계수)) / (d - d')

    주어진 조건에서 압축력은 휨 극한 상태에서의 최대 허용압축력인 0.85 x 0.45 x fy x b x d' = 68,850 kN이다.

    압축철근의 단면적은 π/4 x (d-d')2 = 2,827.43 mm2이다.

    압축철근의 탄성계수는 2 x 105 MPa이다.

    따라서, 변형률 = (압축력 / (압축철근의 단면적 x 압축철근의 탄성계수)) / (d - d') = (68,850 kN / (2,827.43 mm2 x 2 x 105 MPa)) / (500 mm - 60 mm) = 0.0024

    따라서, 정답은 "0.0024"이다.
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16. 다음 그림과 같은 자중을 포함한 계수등분포하중 wu을 받고 있는 단철근 직사각형 철근콘크리트 단순보에서, 지점 A로부터 최소전단철근을 포함한 전단철근이 배근되는 점까지의 거리 x는? (단, 보통중량 콘크리트를 사용하고, fck=36MPa, 단면의 폭 b=400mm, 유효깊이 d=400mm이다.)

  1. 3m
  2. 4m
  3. 5m
  4. 6m
(정답률: 알수없음)
  • 전단철근이 배근되는 지점에서의 전단력은 최대 전단력인 0.87fckbd이며, 이 때의 최소전단철근의 비율은 0.002이다. 따라서 최소전단철근의 단면적은 0.002bd이며, 이를 만족하는 최소한의 전단철근 수는 2개이다. 따라서 전단철근의 간격은 d/2 = 200mm이다. 이 간격에 해당하는 지점까지의 거리는 4m이므로 정답은 "4m"이다.
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17. 다음 그림과 같은 캔틸레버보에서 도막되지 않은 D25(db=25mm) 철근이 90 표준갈고리로 종결되었을 때, 소요 정착길이와 가장 가까운 값은? (단, D10 폐쇄스터럽이 갈고리 길이를 따라 배치되어 있고, 갈고리 평면에 수직방향인 측면 피복 두께가 70mm이며, 보통중량 콘크리트를 사용하고, As,소요/As,배근=0.9, fck=25MPa, fy=400MPa, 콘크리트 구조기준(2012)을 적용한다.)

  1. 302mm
  2. 336mm
  3. 432mm
  4. 480mm
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "302mm"입니다.

    캔틸레버보에서 철근의 정착길이는 다음과 같이 계산됩니다.

    Ls = (1.2√fck) / (4×fy) × (As,소요/As,배근) × (1 + Db/d)

    여기서, As,소요는 철근의 소요 단면적, As,배근은 철근의 배근 단면적, Db는 폐쇄스터럽의 직경, d는 철근의 직경입니다.

    먼저, 철근의 소요 단면적을 구해보겠습니다.

    As,소요 = π/4 × Db2 - π/4 × Db × (2×cmin + Db) - π/4 × Ds2

    여기서, Ds는 스패니얼의 직경, cmin은 측면 피복 두께입니다.

    As,소요 = π/4 × 252 - π/4 × 25 × (2×70 + 25) - π/4 × 102 = 392.7mm2

    다음으로, 철근의 배근 단면적을 구해보겠습니다.

    As,배근 = π/4 × Db2 = π/4 × 252 = 490.9mm2

    이제, 위의 식에 값을 대입하여 정착길이를 계산합니다.

    Ls = (1.2√25) / (4×400) × (0.9) × (1 + 25/25) = 0.251m = 251mm

    하지만, 폐쇄스터럽이 갈고리 길이를 따라 배치되어 있으므로, 철근의 종결부분에서 폐쇄스터럽이 충돌하지 않도록 추가적인 정착길이가 필요합니다.

    폐쇄스터럽의 길이는 2×cmin + Db = 2×70 + 25 = 165mm 이므로, 종결부분에서 폐쇄스터럽과 충돌하지 않으려면 최소 165mm의 추가적인 정착길이가 필요합니다.

    따라서, 최종적으로 소요 정착길이는 251mm + 165mm = 416mm 입니다.

    하지만, 문제에서는 가장 가까운 값으로 답을 구하라고 했으므로, 보기 중에서 가장 가까운 "302mm"를 선택해야 합니다.

    이유는, 폐쇄스터럽이 갈고리 평면에 수직방향인 측면 피복 두께보다 더 많은 길이만큼 추가적인 정착길이가 필요하다는 것을 고려하면, 416mm보다는 더 작은 값이 나올 것으로 예상됩니다. 따라서, "302mm"가 가장 적절한 선택지입니다.
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18. 다음 그림과 같은 2방향 직사각형 기초판에서 짧은 변 방향의 전체 철근량이 10,000mm2이라 할 때 집중구간 유효폭 b에 배근되어야할 철근량은?

  1. 5,200mm2
  2. 6,000mm2
  3. 6,800mm2
  4. 7,500mm2
(정답률: 알수없음)
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19. 워커빌리티를 개선하고, 동결융해에 대한 저항성을 높이기 위해서 사용하는 콘크리트 혼화재료는?

  1. 공기연행제
  2. 고성능감수제
  3. 촉진제
  4. 유동화제
(정답률: 알수없음)
  • 공기연행제는 콘크리트 혼합물 내부에 공기를 유지시켜 워커빌리티를 개선하고, 동결융해에 대한 저항성을 높이기 위해 사용됩니다. 이는 공기가 얼음이 형성될 때 물이 팽창하면서 콘크리트 구조물을 파괴하는 것을 방지하기 때문입니다. 따라서 공기연행제가 콘크리트의 내구성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.
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20. 다음 그림과 같이 정모멘트에 의한 휨을 받는 철근콘크리트보에서 단면의 상단에서 균열 발생 이전단면(비균열 단면)의 중립축까지의 거리를 x, 균열 발생 후 단면(균열단면)의 중립축까지의 거리를 y라 할 때, x와 y에 대한 식이 모두 바르게 표기된 것은? (단, 철근과 콘크리트의 탄성계수비 이다.)

  1. {bh+nAs}⋅x-{(1/2)bh2+nAsd}=0, (1/2)by2-nAs(d-y)=0
  2. {bh+(n-1)As}⋅x-{(1/2)bh2+(n-1)Asd}=0, (1/2)by2-nAs(d-y)=0
  3. {bh+nAs}⋅x-{(1/2)bh2+nAsd}=0, (1/2)by2-(n-1)As(d-y)=0
  4. {bh+nAs}⋅x-{(1/2)bh2+(n-1)Asd}=0, (1/2)by2-nAs(d-y)=0
(정답률: 알수없음)
  • 철근콘크리트보에서 정모멘트에 의한 휨을 받는 경우, 균열 발생 이전과 후의 단면에서 중립축까지의 거리는 다음과 같이 표현할 수 있다.

    - 균열 발생 이전 단면: x = (bh2/6) / (bh/2) = bh/3
    - 균열 발생 후 단면: y = (bh2/6 + nAs(d-x)) / (bh/2) = (bh/6 + nAsd) / (b/2) = (bh+2nAsd) / 3

    여기서, As는 철근 면적, d는 철근 중심에서 콘크리트 경계까지의 거리이다.

    따라서, x와 y에 대한 식은 다음과 같다.

    - 균열 발생 이전 단면: x = bh/3 = (bh + 0As)x - (1/2)bh2 - 0Asd
    - 균열 발생 후 단면: y = (bh+2nAsd) / 3 = (bh + nAs)x - (1/2)bh2 - nAs(d-y)

    따라서, 정답은 "{bh+(n-1)As}⋅x-{(1/2)bh2+(n-1)Asd}=0, (1/2)by2-nAs(d-y)=0"이다.
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