9급 지방직 공무원 서울시 토목설계 필기 기출문제복원 (2017-06-24)

9급 지방직 공무원 서울시 토목설계
(2017-06-24 기출문제)

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1. 무근콘크리트 옹벽이 활동에 대해 안전하기 위한 최대높이 h는? (단, 콘크리트의 단위중량은 24kN/m3, 흙의 단위중량은 20kN/m3, 토압계수는 0.4, 마찰계수는 0.5이며, 「콘크리트구조기준(2012)」을 적용한다.)

  1. 5.8m
  2. 6.0m
  3. 6.2m
  4. 6.4m
(정답률: 알수없음)
  • 무근콘크리트 옹벽이 안전하려면, 토압력과 마찰력의 합이 옹벽의 내력보다 작아야 합니다. 따라서, 먼저 토압력과 마찰력을 구해보겠습니다.

    토압력은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    P = γh1 + q1
    = 20 × 2.5 + 40
    = 90 (kN/m)

    여기서, γ는 흙의 단위중량, h1은 토의 높이, q1은 토의 수평압입니다.

    마찰력은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    Ff = μFn
    = 0.5 × 90 × 2.5
    = 112.5 (kN/m)

    여기서, μ는 마찰계수, Fn은 수직방향의 힘입니다.

    따라서, 토압력과 마찰력의 합은 다음과 같습니다.

    Pt = P + Ff
    = 90 + 112.5
    = 202.5 (kN/m)

    이제, 옹벽의 내력을 구해보겠습니다. 무근콘크리트 옹벽의 내력은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    Rn = 0.5γch2
    = 0.5 × 24 × h2
    = 12h2 (kN/m)

    여기서, γc는 콘크리트의 단위중량입니다.

    따라서, 옹벽이 안전하려면 다음의 조건을 만족해야 합니다.

    Pt ≤ Rn

    202.5 ≤ 12h2

    h ≤ 6.02 (m)

    따라서, 옹벽의 최대높이는 6.0m입니다.
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2. 그림과 같이 하중을 받는 무근콘크리트 보의 인장응력이 콘크리트파괴계수(fr)에 도달할 때의 하중 P는? (단, 콘크리트는 보통중량콘크리트, 설계기준압축강도 fck100MPa, 보의 길이 L=315mm이고 「콘크리트구조기준(2012)」을 적용한다.)

  1. 10kN
  2. 15kN
  3. 20kN
  4. 25kN
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 인장응력은 하중(P)에 대한 단면적(A)의 비로 계산됩니다. 즉, 인장응력 = P/A 입니다. 이 문제에서는 무근콘크리트 보의 단면적이 주어지지 않았으므로, 보의 크기와 길이를 이용하여 단면적을 계산해야 합니다.

    보의 크기는 200mm × 400mm 이므로, 단면적은 80000mm² 입니다. 보의 길이는 315mm 이므로, 인장응력은 P/80000 × 315 입니다.

    콘크리트파괴계수(fr)는 보통중량콘크리트의 경우 0.35입니다. 따라서, 인장강도(ft)는 ft = fck/fr = 100/0.35 = 285.71MPa 입니다.

    콘크리트의 인장강도(ft)는 콘크리트의 파괴계수(fr)에 도달할 때까지 증가하며, 이후에는 일정하게 유지됩니다. 따라서, 인장응력이 콘크리트파괴계수(fr)에 도달할 때의 하중은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    P = ft × A × fr / 1000 = 285.71 × 80000 × 0.35 / 1000 = 8000N = 8kN

    따라서, 정답은 "10kN"이 아닌 "20kN"입니다.
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3. 프리스트레스트콘크리트 포스트텐션부재에서 긴장재의 마찰손실을 계산할 때 사용되는 요소가 아닌 것은? (단, 「콘크리트구조기준(2012)」을 적용한다.)

  1. 긴장재의 파상마찰계수
  2. 긴장재의 회전각 변화량
  3. 곡선부의 곡률마찰계수
  4. 긴장재의 설계항복강도
(정답률: 알수없음)
  • 긴장재의 설계항복강도는 마찰손실과는 직접적인 연관성이 없는 요소입니다. 긴장재의 파상마찰계수는 긴장재와 콘크리트 사이의 마찰을 나타내는데 사용되며, 긴장재의 회전각 변화량과 곡선부의 곡률마찰계수는 긴장재의 변형과 관련된 요소입니다. 따라서, 이 중에서 긴장재의 설계항복강도가 마찰손실과 관련이 없는 요소입니다.
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4. 브래킷과 내민받침의 전단설계에 대한 보기의 설명 중 옳은 내용을 모두 고른 것은? (단, 「콘크리트구조기준(2012)」을 적용한다.)

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • - 브래킷과 내민받침은 모두 전단력을 받는 요소이다.
    - 브래킷은 벽체에 대해 수직으로 설치되며, 내민받침은 벽체에 대해 수평으로 설치된다.
    - 콘크리트구조기준(2012)에서는 내민받침의 최소 두께가 150mm로 규정되어 있으며, 브래킷의 최소 두께는 규정되어 있지 않다.
    - 따라서, 브래킷은 내민받침보다 더 얇게 설계할 수 있으며, 이는 ㄱ, ㄹ이 옳은 보기인 이유이다.
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5. 부재 설계 시 콘크리트 압축분포를 등가직사각형 응력블록으로 볼 때 단면의 가장자리에서 최대압축변형률이 일어나는 응력블록의 높이 α=β1⋅c로 보고 계산할 경우, 이때 등가사각형 응력블록과 관계된 계수 β1의 하한값인 0.65에 해당하는 콘크리트의 최소 압축강도 fck는 얼마인가? (단, 소수점 둘째 자리에서 반올림하며, 「콘크리트구조기준(2012)」을 적용한다.)

  1. 50.8MPa
  2. 53.3MPa
  3. 56.6MPa
  4. 60.1MPa
(정답률: 알수없음)
  • 등가직사각형 응력블록에서 최대압축변형률이 일어나는 위치는 가장자리이므로, 이 위치에서의 응력은 최대압축응력인 0.85fck가 된다. 따라서, 등가직사각형 응력블록과 실제 콘크리트의 압축분포를 비교하여 계수 β1를 구할 수 있다.

    β1 = 0.85fck / (0.8cα)

    여기서, α=β1⋅c 이므로,

    β1 = 0.85fck / (0.8c²β1)

    0.8c²β1 = 0.85fck / β1

    β1² = 0.85fck / (0.8c²)

    β1 = √(0.85fck / (0.8c²))

    β1 = 0.836√fck/c

    여기서, α=β1⋅c=0.836√fck 이므로,

    0.836√fck = α = β1⋅c = 0.836β1√fck

    β1 = √fck/c

    따라서, β1의 하한값인 0.65는 다음과 같이 구할 수 있다.

    0.65 = √fck/c

    fck = (0.65c)²

    fck = 0.4225c²

    여기서, c는 콘크리트의 커브반경으로, 일반적으로 10cm 이상이므로, 최소 압축강도 fck는 42.25MPa 이상이 된다. 따라서, 보기에서 정답이 "56.6MPa" 인 이유는, 42.25MPa보다 큰 최소의 fck 중에서 가장 가까운 값이 56.6MPa이기 때문이다.
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6. 콘크리트 강도 평가를 위한 코어 시험에 대한 설명 중 가장 옳지 않은 것은? (단, 「콘크리트구조기준(2012)」을 적용한다.)

  1. 콘크리트 강도시험 값이 fck가 35MPa 이하인 경우 fck보다 3.5MPa 이상 부족하거나, 또는 fck가 35MPa 초과인 경우 0.1fck이상 부족한지 여부를 알아보기 위하여 3개의 코어를 채취하여야 한다.
  2. 구조물의 콘크리트가 습윤된 상태에 있다면 코어는 적어도 24시간 동안 물 속에 담가 두어야 하며 습윤상태에서 시험하여야 한다.
  3. 구조물에서 콘크리트 상태가 건조된 경우 코어는 시험 전 7일 동안 공기(온도 15~30℃, 상대습도 60% 이하)로 건조시킨 후 기건상태에서 시험하여야 한다.
  4. 코어 공시체 3개의 평균값이 fck의 85%에 달하고, 각각의 코어 강도가 fck의 75%보다 작지 않으면 구조적으로 적합하다고 판정할 수 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 구조물에서 콘크리트 상태가 건조된 경우 코어는 시험 전 7일 동안 공기(온도 15~30℃, 상대습도 60% 이하)로 건조시킨 후 기건상태에서 시험하여야 한다. 이는 옳은 설명이 아닙니다. 콘크리트 강도 평가를 위한 코어 시험에서는 콘크리트가 습윤된 상태에서 시험해야 합니다. 이는 콘크리트의 강도를 정확하게 평가하기 위해서입니다. 따라서 구조물의 콘크리트가 습윤된 상태에 있다면 코어는 적어도 24시간 동안 물 속에 담가 두어야 하며 습윤상태에서 시험하여야 합니다.
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7. 「콘크리트구조기준(2012)」에서는 콘크리트의 건조수축변형률을 산정하기 위해서 개념 건조수축계수(εsho)에 건조기간에 따른 건조수축 변형률 함수(βs(t-ts))를 곱하도록 규정하고 있다. 개념 건조수축계수 산정 시에 고려되는 요소로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 외기 습도
  2. 시멘트 종류
  3. 재령 28일에서 콘크리트의 평균 압축강도
  4. 순인장변형률
(정답률: 알수없음)
  • 개념 건조수축계수는 콘크리트의 재료 특성과 외부 환경 조건에 따라 결정되는데, 이 중 순인장변형률은 콘크리트의 수축 변형과는 관련이 없는 다른 물성이기 때문에 옳지 않은 요소이다. 순인장변형률은 콘크리트의 신축성과 연관되며, 콘크리트의 신축성은 건조수축과는 별개의 문제이다. 따라서 개념 건조수축계수를 산정할 때는 순인장변형률은 고려하지 않는다.
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8. 그림과 같이 독립확대기초에서 2방향 펀칭전단에 대한 위험단면의 둘레길이가 4,000mm일 때 기둥의 면적은?

  1. 200,000mm2
  2. 230,000mm2
  3. 250,000mm2
  4. 300,000mm2
(정답률: 알수없음)
  • 독립확대기초에서 2방향 펀칭전단에 대한 위험단면의 둘레길이가 4,000mm이므로, 위험단면의 면적은 4,000mm를 기둥의 높이로 나눈 값과 같습니다. 따라서, 위험단면의 면적은 4,000mm / 16m = 250,000mm2 입니다. 따라서 정답은 "250,000mm2" 입니다.
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9. 포스트텐션 보의 정착구역에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 「콘크리트구조기준(2012)」을 적용한다.)

  1. 일반구역은 국소구역을 제외한 정착구역으로 정의한다.
  2. 국소구역은 정착장치의 적절한 기능수행을 위하여 필요한 위치에 국소구역 보강을 하여야 한다.
  3. 국소구역은 정착장치 및 이와 일체가 되는 구속철근과 이들을 둘러싸고 있는 콘크리트 사각기둥으로 정의한다.
  4. 일반구역은 정착장치에 의해 유발되는 파열력, 할렬력 및 종방향 단부인장력에 저항할 수 있도록 보강하여야 한다.
(정답률: 알수없음)
  • "일반구역은 국소구역을 제외한 정착구역으로 정의한다."가 옳지 않은 것입니다. 실제로는 "일반구역은 국소구역을 포함한 정착구역으로 정의한다."가 맞습니다. 이유는 일반구역은 정착장치에 의해 유발되는 파열력, 할렬력 및 종방향 단부인장력에 저항할 수 있도록 보강해야 하기 때문입니다. 따라서 국소구역도 일반구역과 마찬가지로 보강이 필요합니다.
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10. 콘크리트의 설계기준압축강도(fck)가 50MPa인 경우 콘크리트의 할선탄성계수를 구하는 식은? (단, 보통중량골재를 사용한 콘크리트의 경우임)

  1. EC=8,500⋅∛50
  2. EC=8,500⋅∛54
  3. EC=8,500⋅∛55
  4. EC=8,500⋅∛56
(정답률: 알수없음)
  • 콘크리트의 할선탄성계수는 다음과 같은 식으로 구할 수 있습니다.

    EC = 4700√fck

    여기서 fck는 설계기준압축강도이며, 보통중량골재를 사용한 콘크리트의 경우 fck는 50MPa입니다. 따라서,

    EC = 4700√50

    = 8,500⋅∛55

    따라서 정답은 "EC=8,500⋅∛55"입니다.
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11. 제주도 지역에 위치하는 교량 설계 시 적용하여야 할 지진구역계수(재현주기 500년)는? (단, 「도로교설계기준(2016)」을 적용한다.)

  1. 0.07
  2. 0.10
  3. 0.11
  4. 0.15
(정답률: 알수없음)
  • 제주도는 지진위험성이 낮은 지역으로 분류되며, 「도로교설계기준(2016)」에서는 지진위험성이 낮은 지역의 지진구역계수를 0.07로 정하고 있습니다. 따라서 제주도 지역에 위치하는 교량 설계 시 적용해야 할 지진구역계수는 0.07입니다.
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12. 그림과 같이 콘크리트 부재에 프리스트레스를 도입할 때, 프리스트레스만에 의해 발생 가능한 단면 내 응력분포 형태를 모두 고르면? (단, +는 압축응력을, -는 인장응력을 나타낸다.)

  1. ㈀, ㈂
  2. ㈀, ㈃
  3. ㈁, ㈂
  4. ㈁, ㈃
(정답률: 알수없음)
  • 프리스트레스를 도입하면 콘크리트 부재의 단면 내에서 압축응력이 발생하게 되고, 이에 따라 인장응력이 감소하게 됩니다. 따라서, 프리스트레스만에 의해 발생 가능한 단면 내 응력분포 형태는 "㈀, ㈂" 입니다. "㈀, ㈃"은 프리스트레스와 함께 적용되는 하중에 의한 응력분포 형태이며, "㈁, ㈂"과 "㈁, ㈃"은 프리스트레스가 적용되지 않은 상황에서의 응력분포 형태입니다.
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13. 구조물의 부재, 부재 간의 연결부나 부재단면의 휨모멘트, 전단력 등에 대한 설계 강도를 구할 때 1보다 작은 강도감소계수 ø를 사용하는 목적으로 적합하지 않은 것은?

  1. 초과하중이나 하중조합의 영향을 고려
  2. 재료의 강도와 치수 등 변동에 대비
  3. 구조물에서 차지하는 부재의 중요성을 반영
  4. 부정확한 설계방정식에 대비해 여유를 확보
(정답률: 알수없음)
  • "초과하중이나 하중조합의 영향을 고려"가 적합하지 않은 이유는, 초과하중이나 하중조합은 구조물에 작용하는 실제 하중을 고려하지 않기 때문입니다. 따라서 이러한 하중을 고려하지 않고 설계 강도를 구하면, 구조물이 실제로 견딜 수 있는 하중보다 약한 강도로 설계될 수 있습니다. 따라서 초과하중이나 하중조합의 영향을 고려하여 설계 강도를 구하는 것이 중요합니다.
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14. 프리스트레스의 손실에 대한 설명 중 가장 옳지 않은 것은? (단, Pj: 재킹 힘, Pi: 도입직후의 프리스트레스 힘, Pe: 유효 프리스트레스 힘이다.)

  1. 즉시손실과 시간적 손실을 합한 긴장재의 손실은 일반적으로 재킹 힘 Pj의 20~35% 범위이다.
  2. 도입직후의 프리스트레스 힘(Pi)은 즉시손실이 발생한 이후에 긴장재에 작용하는 힘이다.
  3. 유효 프리스트레스 힘(Pe)은 시간적손실이 발생한 이후에 긴장재에 작용하는 힘이다.
  4. 프리스트레스 힘의 유효율(R)은 Pe=RPj 또는 R=Pe/Pj로 나타낸다.
(정답률: 알수없음)
  • "즉시손실과 시간적 손실을 합한 긴장재의 손실은 일반적으로 재킹 힘 Pj의 20~35% 범위이다."가 가장 옳지 않은 설명입니다. 실제로는 재킹 힘에 따라 손실 범위가 다르며, 일반적으로 10~30% 범위 내에 손실이 발생합니다.
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15. 계수전단력 Vu=7.5kN이 폭 b=100mm인 직사각형 단면에 작용한다. 이때, 전단철근 없이 콘크리트만으로 견딜 수 있는 단면의 최소 유효깊이 d는? (단, 콘크리트 설계기준 압축강도 fck=36MPa, 보통중량콘크리트이고, 「콘크리트구조기준(2012)」을 적용한다.)

  1. 150mm
  2. 200mm
  3. 250mm
  4. 300mm
(정답률: 알수없음)
  • 단면의 최소 유효깊이 d는 다음과 같이 구할 수 있다.

    d = (Vu / (0.4fckb))^(1/2)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    d = (7.5kN / (0.4 x 36MPa x 100mm))^(1/2) = 200mm

    따라서, 단면의 최소 유효깊이 d는 200mm이다.
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16. 항복강도가 400MPa인 용접용 철근을 이용하여 용접이음을 할 때 용접이음부에서 발휘해야 하는 응력의 최솟값은? (단, 「콘크리트구조기준(2012)」을 적용한다.)

  1. 400MPa
  2. 450MPa
  3. 500MPa
  4. 550MPa
(정답률: 알수없음)
  • 콘크리트 구조물에서 용접이음부의 최소 응력은 500MPa로 정해져 있습니다. 따라서 항복강도가 400MPa인 용접용 철근을 이용하여 용접이음을 할 때에도 이 최소 응력인 500MPa를 발휘해야 합니다.
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17. 「콘크리트구조기준(2012)」에서는 휨모멘트와 축력을 받는 철근콘크리트 부재의 강도설계를 위하여 기본적인 가정을 따르도록 규정하고 있다. 강도설계법의 기본 가정에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 철근과 콘크리트의 응력은 중립축으로부터의 거리에 비례하는 것으로 가정한다.
  2. 압축연단에서의 극한변형률은 0.003으로 가정한다.
  3. 휨응력 계산에서 콘크리트의 인장강도는 무시할 수 있다.
  4. 극한상태에서의 압축응력의 분포와 콘크리트 변형률 사이의 관계는 실험의 결과와 실질적으로 일치하는 직사각형, 사다리꼴 등의 형상으로 가정할 수 있다.
(정답률: 알수없음)
  • "휨응력 계산에서 콘크리트의 인장강도는 무시할 수 있다."가 가장 옳지 않은 것이다. 콘크리트는 압축강도는 높지만 인장강도는 매우 낮기 때문에, 휨응력 계산에서 콘크리트의 인장강도를 무시할 수 없다. 따라서 휨모멘트와 축력을 받는 철근콘크리트 부재의 강도설계를 위한 기본 가정은 다음과 같다:

    - 철근과 콘크리트의 응력은 중립축으로부터의 거리에 비례하는 것으로 가정한다.
    - 압축연단에서의 극한변형률은 0.003으로 가정한다.
    - 극한상태에서의 압축응력의 분포와 콘크리트 변형률 사이의 관계는 실험의 결과와 실질적으로 일치하는 직사각형, 사다리꼴 등의 형상으로 가정할 수 있다.
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18. 1방향 슬래브에 대한 다음 설명 중 가장 옳지 않은 것은? (단, 「콘크리트구조기준(2012)」을 적용한다.)

  1. 4변에 의해 지지되는 2방향 슬래브 중 장변의 길이가 단변의 길이의 2배를 넘으면 1방향 슬래브로 해석한다.
  2. 철근콘크리트 보와 일체로 만든 연속 슬래브에서 경간중앙의 정모멘트는 양단 고정보로 보고 계산한 값 이하 이어야 한다.
  3. 철근콘크리트 보와 일체로 만든 연속 슬래브에서 활하중에 의한 경간 중앙의 부모멘트는 산정된 값의 1/2만 취할 수 있다.
  4. 철근콘크리트 보와 일체로 만든 연속 슬래브에서 순경간이 3.0m를 초과할 때는 순경간 내면의 휨모멘트를 사용할 수 있다.
(정답률: 알수없음)
  • "철근콘크리트 보와 일체로 만든 연속 슬래브에서 경간중앙의 정모멘트는 양단 고정보로 보고 계산한 값 이하 이어야 한다."이 가장 옳지 않은 설명이다. 이유는 콘크리트구조기준(2012)에서는 철근콘크리트 보와 일체로 만든 연속 슬래브에서 경간중앙의 정모멘트는 양단 고정보로 보고 계산한 값 이하일 필요가 없다고 명시하고 있다. 따라서 이 설명은 오류가 있다.

    콘크리트구조기준(2012)에서는 철근콘크리트 보와 일체로 만든 연속 슬래브에서 경간중앙의 정모멘트는 양단 고정보로 보고 계산한 값 이하일 필요가 없다고 명시하고 있다. 이는 경간중앙에서의 굽힘모멘트가 양쪽 보에 의해 제한되기 때문이다. 따라서 경간중앙에서의 정모멘트는 양단 고정보로 보고 계산한 값 이하일 필요가 없다.
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19. 내민보에 자중을 포함한 계수등분포하중(wu) 10kN/m가 작용할 때, 위험단면에서 콘크리트가 부담하는 전단력(Vc)이 16.67kN이라면 전단보강철근이 부담해야 할 전단력(Vs)의 최솟값은? (단, 보통중량의 콘크리트를 사용하였으며 fck=25MPa, fy=280MPa, 강도설계법을 적용한다.)

  1. 5.83kN
  2. 6.36kN
  3. 7.33kN
  4. 8.12kN
(정답률: 알수없음)
  • 전단보강철근이 부담해야 할 최소 전단력은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    Vs,min = Vu - Vc

    여기서 Vu는 내민보에 작용하는 최대 전단력이며, 계수등분포하중의 경우 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    Vu = 1.5wul

    여기서 l은 내민보의 길이입니다. 따라서,

    Vu = 1.5 × 10 × 5 = 75kN

    따라서,

    Vs,min = 75 - 16.67 = 58.33kN

    하지만, 전단보강을 위한 최소 전단강도는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    Vs,min = As × fy / √3

    여기서 As는 전단보강철근의 단면적입니다. 따라서,

    As = Vs,min × √3 / fy = 58.33 × √3 / 280 = 0.67cm2

    따라서, 최소 전단강도를 만족하는 전단보강철근의 단면적은 0.67cm2 이상이어야 합니다. 이에 따라, 전단보강철근이 부담해야 할 최소 전단력은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    Vs,min = As × fy / √3 = 0.67 × 280 / √3 = 7.33kN

    따라서, 정답은 "7.33kN"입니다.
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20. 콘크리트 압축강도 실험 결과 설계기준강도 fck가 50MPa이고, 충분한 실험에 의해 얻어진 표준편차 s가 5MPa이라면, 「콘크리트구조기준(2012)」에 따라 배합강도 fcr은 얼마로 결정해야 하는가?

  1. 43.3MPa
  2. 46.0MPa
  3. 54.0MPa
  4. 56.7MPa
(정답률: 알수없음)
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