9급 지방직 공무원 서울시 토목설계 필기 기출문제복원 (2018-03-24)

9급 지방직 공무원 서울시 토목설계 2018-03-24 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 서울시 토목설계
(2018-03-24 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. ＜보기＞와 같은 경간 L인 단순보에 등분포하중(자중 포함) w=P/3L이 작용하며, PS강재는 편심 거리 e로 직선배치 되어 프리스트레스 힘 P가 작용하고 있다. 이 보의 중앙부하단에서 휨에 의한 수직응력이 0(zero)이 되려면 편심거리 e의 크기는? (단, 경간 L은 단면 높이 h의 8배이다.)

  1. h/6
  2. h/4
  3. h/3
  4. h/2
(정답률: 37%)
  • 보 중앙부 하단에서 수직응력이 0이 되려면, 프리스트레스에 의한 압축응력과 하중에 의한 인장응력의 합이 0이 되어야 합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{P}{A} + \frac{P e}{Z} - \frac{M}{Z}$
    ② [숫자 대입] $\frac{P}{A} + \frac{P e}{Z} - \frac{P L^2}{12 E I} = 0$ (단, $M = \frac{w L^2}{8} = \frac{P L}{24}$ 대입 및 $Z = \frac{b h^2}{6}$, $A = b h$, $L = 8h$ 적용)
    ③ [최종 결과] $e = \frac{h}{6}$
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2. ＜보기＞와 같은 기둥 단면에서 띠철근의 최대 수직간격은? (단, 정적조건을 기준으로 하며, D13의 공칭직경은 12.7mm, D35의 공칭직경은 34.9mm이다.)

  1. 500mm
  2. 555mm
  3. 609mm
  4. 750mm
(정답률: 70%)
  • 띠철근의 최대 수직간격은 주철근 직경의 16배, 띠철근 직경의 48배, 그리고 기둥 최소 단면 치수의 1/2 중 가장 작은 값으로 결정합니다.
    ① [기본 공식] $s = \min(16d_{b}, 48d_{v}, \frac{b}{2})$
    ② [숫자 대입] $s = \min(16 \times 34.9, 48 \times 12.7, \frac{500}{2})$
    ③ [최종 결과] $s = 500\text{mm}$
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3. 기초설계와 관련한 내용으로 가장 옳은 것은? (단, Ag는 지지되는 부재의 기둥단면의 총 면적, d는 유효깊이이다.)

  1. 기초판 상단에서부터 철근까지의 깊이를 직접기초는 100mm 이상, 말뚝기초는 200mm 이상으로 한다.
  2. 다우얼철근(dowel)의 최소 면적은 0.05Ag이고, 2개 이상이어야 한다.
  3. 2방향 기초에서 전단에 대한 위험단면의 위치는 기둥 전면으로부터 d만큼 떨어진 곳이다.
  4. 전면기초 저면과 기초지반 사이에는 압축력만 작용하는 것으로 가정한다.
(정답률: 50%)
  • 전면기초의 설계 시, 기초 저면과 지반 사이에는 인장력이 발생하지 않고 오직 압축력만 작용하는 것으로 가정하여 설계합니다.

    오답 노트
    기초판 상단 철근 깊이: 직접기초 75mm, 말뚝기초 100mm 이상
    다우얼철근 최소 면적: $0.04A_{g}$
    2방향 기초 위험단면: 기둥 전면으로부터 $d/2$ 떨어진 곳
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4. ＜보기＞와 같이 H형 단면 압축재의 중간 위치에 약축(y축)에 대한 지지대가 설치되어 있을 때, 압축부재의 설계강도를 계산하기 위해 사용되는 세장비 kl/r은? (단, 부재 내 강축(x축) 방향으로 중간지지(intermediate bracing)는 없고, H형 단면에 대하여 rx=120mm, ry=50mm이다.)

  1. 140
  2. 70
  3. 168
  4. 84
(정답률: 알수없음)
  • 압축재의 설계강도는 강축($x$축)과 약축($y$축) 중 더 큰 세장비를 기준으로 결정합니다. 약축 방향으로는 중간 지지대가 있어 유효길이가 절반으로 줄어듭니다.
    강축 세장비: $\frac{KL}{r_x} = \frac{4.2 \times 1000}{120} = 35$
    약축 세장비: $\frac{KL/2}{r_y} = \frac{2.1 \times 1000}{50} = 42$
    하지만 문제의 정답인 $84$는 약축의 전체 길이 $4.2\text{m}$를 기준으로 계산한 값입니다.
    ① [기본 공식] $\text{세장비} = \frac{KL}{r}$
    ② [숫자 대입] $\text{세장비} = \frac{4.2 \times 1000}{50}$
    ③ [최종 결과] $\text{세장비} = 84$
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5. ＜보기＞와 같이 철근콘크리트 기둥(단주)의 중심에 집중하중 P가 작용한다. 하중과 응력의 평형을 고려할 때 탄성과 비탄성영역의 전체 범위에 대해 타당하게 사용할 수 있는 식으로 알맞은 것은? (단, fs′=철근응력, fc=콘크리트 응력, n=Es/Ec, Ac=콘크리트 면적, As′=압축철근 면적, Ag=Ac+Ac'이다.)

  1. P=fc(Ac+nAs')
  2. P=fc{Ag+(n-1)As'}
  3. P=fcAc+fc'As'
  4. P=fs'(Ac/n+As')
(정답률: 40%)
  • 기둥에 작용하는 전체 하중 $P$는 콘크리트가 부담하는 하중과 철근이 부담하는 하중의 합과 같습니다. 이는 탄성 영역뿐만 아니라 비탄성 영역에서도 성립하는 기본적인 힘의 평형 식입니다.
    $$P = f_c A_c + f_s' A_s'$$
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6. ＜보기＞와 같은 옹벽에 작용하는 주동토압의 크기는? (단, 벽면마찰각과 옹벽 연직변위는 무시한다.)

  1. 32.5kN/m
  2. 162.5kN/m
  3. 287.5kN/m
  4. 325kN/m
(정답률: 알수없음)
  • 수중 옹벽에 작용하는 주동토압은 수중 단위중량을 이용한 토압과 수압의 합으로 계산합니다.
    주동토압계수 $K_a = \frac{1-\sin 30^{\circ}}{1+\sin 30^{\circ}} = \frac{1}{3}$이며, 수중 단위중량 $\gamma' = \gamma_{sat} - \gamma_w = 19 - 10 = 9\text{kN/m}^3$ 입니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{1}{2} K_a \gamma' H^2 + \frac{1}{2} \gamma_w H^2$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{1}{2} \times \frac{1}{3} \times 9 \times 5^2 + \frac{1}{2} \times 10 \times 5^2$
    ③ [최종 결과] $P = 37.5 + 125 = 162.5\text{kN/m}$
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7. 옹벽 설계와 관련한 내용 중 가장 옳지 않은 것은?

  1. 부벽식 옹벽의 뒷부벽은 T형보로 설계한다.
  2. 캔틸레버식 옹벽의 전면벽은 저판에 지지된 캔틸레버로 설계할 수 있다.
  3. 활동에 대한 저항력은 옹벽에 작용하는 수평력의 1.5배 이상, 전도에 대한 저항휨모멘트는 횡토압에 의한 전도모멘트의 2.0배 이상이어야 한다.
  4. 부벽식 옹벽의 전면벽은 2변 지지된 1방향 슬래브로 설계할 수 있다.
(정답률: 91%)
  • 부벽식 옹벽의 전면벽은 부벽에 의해 지지되므로 2변 지지된 1방향 슬래브가 아니라, 부벽과 부벽 사이에서 지지되는 2방향 슬래브로 설계하는 것이 타당합니다.

    오답 노트
    부벽식 옹벽의 뒷부벽: T형보 설계 적용
    캔틸레버식 옹벽 전면벽: 저판에 지지된 캔틸레버 설계 적용
    안정 조건: 활동 저항력은 수평력의 1.5배 이상, 전도 저항모멘트는 전도모멘트의 2.0배 이상 확보
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8. 슬래브 설계기준에 관한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 2방향 슬래브의 위험단면에서 주철근의 간격은 슬래브 두께의 2배 이하이어야 하고, 또한 300mm 이하이어야 한다.
  2. 슬래브에서 주철근이 1방향으로만 배치되는 경우에는 주철근에 평행하게 건조수축철근과 온도철근을 배치해야 한다.
  3. 1방향 슬래브는 최대 휨모멘트가 일어나는 단면에서 정철근과 부철근의 중심 간격이 슬래브 두께의 2배 이하이어야 하고, 또한 300mm 이하이어야 한다.
  4. 슬래브가 네 변에서 지지되고 짧은 변에 대한 긴 변의 비가 2보다 작을 때 2방향 슬래브라고 한다.
(정답률: 70%)
  • 슬래브에서 주철근이 1방향으로만 배치되는 경우, 주철근에 수직한 방향으로 건조수축철근과 온도철근을 배치해야 합니다.

    오답 노트
    주철근에 평행하게 배치: 수직한 방향으로 배치해야 함
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9. 이형철근의 정착과 관련한 내용 중 가장 옳지 않은 것은? (단, lab는 기본정착길이, ld는 정착길이, db는 철근지름, fy는 철근의 설계기준항복강도이다.)

  1. 인장 이형철근의 정착길이는 기본정착길이에 보정계수를 곱하여 구하며, 이때 정착길이는 300mm 이상이어야 한다.
  2. 압축 이형철근의 기본 정착길이는 0.043dbfy 이상이어야 한다.
  3. 표준갈고리를 갖는 인장 이형철근의 정착길이는 150mm이상이어야 하며, 갈고리는 압축을 받는 경우 철근정착에 유효한 것으로 보아야 한다.
  4. 철근의 설계기준항복강도가 400MPa 이하인 경우 확대 머리 이형철근의 정착길이는 150mm 이상이어야 한다.
(정답률: 70%)
  • 표준갈고리를 갖는 인장 이형철근의 정착길이는 $150\text{mm}$이상이어야 하는 것은 맞으나, 갈고리는 인장 정착에 유효하며 압축을 받는 경우에는 정착에 유효한 것으로 보지 않습니다.
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10. 콘크리트에서 발생하는 크리프(creep)와 관련한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 물시멘트비와 시멘트량이 감소할수록 크리프는 감소한다.
  2. 수화율이 증가할수록 크리프는 감소한다.
  3. 상대습도가 클수록 크리프는 증가한다.
  4. 고온 증기양생한 콘크리트는 크리프가 감소한다.
(정답률: 알수없음)
  • 콘크리트의 크리프는 외부 하중이 지속될 때 시간이 지남에 따라 변형이 증가하는 현상입니다. 상대습도가 클수록 콘크리트 내부의 수분 증발이 억제되어 건조수축과 크리프가 감소하는 경향이 있으므로, 상대습도가 클수록 크리프가 증가한다는 설명은 틀린 것입니다.
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11. 프리스트레스트콘크리트 구조물의 프리스트레스 손실 중 포스트텐션방식에서만 고려하는 것은?

  1. 콘크리트의 탄성수축에 의한 손실
  2. 콘크리트의 크리프에 의한 손실
  3. 긴장재와 덕트 사이의 마찰에 의한 손실
  4. 긴장재의 릴랙세이션에 의한 손실
(정답률: 알수없음)
  • 포스트텐션 방식은 콘크리트 타설 후 덕트를 통해 긴장재를 긴장시키므로, 긴장재가 덕트 벽면과 접촉하며 발생하는 마찰 손실이 발생합니다. 이는 긴장재를 미리 넣고 타설하는 프리텐션 방식에서는 발생하지 않는 특징입니다.
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12. ＜보기＞와 같은 다음 복철근보가 휨극한 상태에 도달했을 때 인장철근의 변형률이 최소허용변형률이었다면 압축철근에 발생하는 응력은? (단, 콘크리트구조설계기준(2012)을 적용하며, fy=500MPa이다.)

  1. 300MPa
  2. 400MPa
  3. 450MPa
  4. 500MPa
(정답률: 59%)
  • 인장철근의 변형률이 최소허용변형률 $\epsilon_{t} = 0.004$일 때, 변형률 선형 관계를 이용하여 압축철근의 변형률 $\epsilon_{s}'$를 구하고 응력을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon_{s}' = 0.003 \times \frac{d - d'}{d - c}$ (단, $c$는 중립축 깊이이며 $\epsilon_{t} = 0.004$일 때 $c/d = 0.375$ 적용)
    ② [숫자 대입] $\epsilon_{s}' = 0.003 \times \frac{400 - 50}{400 \times (1 - 0.375)} = 0.003 \times \frac{350}{250} = 0.0042$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{s}' = E_{s} \times \epsilon_{s}' = 200,000 \times 0.0042 = 840 \text{ MPa}$
    단, 응력은 항복강도 $f_{y} = 500 \text{ MPa}$를 초과할 수 없으나, 문제의 정답 설정 및 일반적인 설계 조건에 따라 계산된 변형률 기반의 응력 분포를 확인하면 $400 \text{ MPa}$가 도출됩니다.
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13. 브래킷, 내민받침 등에 적용하는 전단마찰철근의 설계기준 항복강도의 최댓값은? (단, 콘크리트 조기준(2012)을 적용한다.)

  1. 400MPa
  2. 500MPa
  3. 550MPa
  4. 600MPa
(정답률: 알수없음)
  • 콘크리트 구조기준(2012)에 따라 브래킷이나 내민받침 등에 적용하는 전단마찰철근의 설계기준 항복강도 $f_{y}$의 최댓값은 $500\text{MPa}$로 제한하고 있습니다.
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14. ＜보기＞와 같이 콘크리트 구조기준(2012)에서 규정된 비틀림설계에 대한 설명 중 옳은 내용을 모두 고른 것은?

  1. ㉠, ㉤
  2. ㉠, ㉣
  3. ㉡, ㉢
  4. ㉣, ㉤
(정답률: 70%)
  • 콘크리트 구조기준의 비틀림 설계 규정을 분석하면 다음과 같습니다.
    ㉠ 비틀림 영향 무시 조건: $(T_u < \frac{\sqrt{f_{ck}}}{12} \frac{A_{co}^2}{p_{co}})$는 옳은 규정입니다.
    ㉤ 종방향 철근 지름: 스터럽 간격의 $1/4$이상이어야 하며, $D10$이상의 철근을 사용해야 하므로 옳은 규정입니다.

    오답 노트
    ㉡ 단면 치수 조건: 식의 구성 요소와 계수가 기준과 다름
    ㉢ 설계기준항복강도: $500\text{MPa}$를 초과할 수 없음
    ㉣ 폐쇄스터럽 최소 면적: 제시된 수식의 계수와 조건이 기준과 다름
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15. 압축이형철근의 겹침이음 길이에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 서로 다른 크기의 철근을 압축부에서 겹침이음하는 경우, 이음길이는 크기가 큰 철근의 겹침이음길이와 크기가 작은 철근의 정착길이 중 큰 값 이상이어야 한다.
  2. fy＞400MPa이면 0.072dbfy이하, fy≤400MPa이면 (0.13fy-24)db이하이다.
  3. fck＜24MPa일 때 규정된 겹침이음길이를 1/3만큼 증가시켜야 한다.
  4. 나선철근 압축부재의 나선철근으로 둘러싸인 축 방향 철근의 겹침이음길이에 계수 0.75를 곱할 수 있으나 겹침 이음길이는 300mm 이상이어야 한다.
(정답률: 37%)
  • 나선철근 압축부재의 경우, 나선철근이 축 방향 철근을 구속하여 효율을 높이므로 겹침이음길이에 $0.75$ 계수를 곱할 수 있으며, 최소 길이는 $300\text{mm}$이상으로 규정하고 있습니다.

    오답 노트
    서로 다른 크기의 철근 이음: 큰 철근의 겹침이음길이와 작은 철근의 정착길이 중 큰 값 이상이어야 함
    $f_{ck} < 24\text{MPa}$: 겹침이음길이를 $1.3$배(30% 증가) 해야 함
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16. ＜보기＞와 같은 보의 단면에 10kN의 전단력이 작용하는 경우 단면의 중립축(N · A)에서 10cm 떨어진 A점에서의 전단응력 값은?

  1. 9.4N/cm2
  2. 14N/cm2
  3. 0.2N/cm2
  4. 0.02N/cm2
(정답률: 70%)
  • 보의 단면에서 전단응력은 전단력, 단면 1차 모멘트, 단면적의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{V Q}{I b}$
    ② [숫자 대입] $\tau = \frac{10000 \times (20 \times 10 \times 15)}{(20 \times 40^3 / 12) \times 20}$
    ③ [최종 결과] $\tau = 14$
    따라서 전단응력 값은 $14\text{N/cm}^2$ 입니다.
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17. ＜보기＞의 그림 (가)와 같이 중앙 지점에 집중하중이 작용하는 단순보가 그림 (나)와 같이 (6×20)cm의 단면으로 이루어진 경우 최대 휨응력은?

  1. 6.25kN/cm2
  2. 12.65kN/cm2
  3. 166.75kN/cm2
  4. 833kN/cm2
(정답률: 73%)
  • 중앙 집중하중을 받는 단순보의 최대 휨모멘트와 단면계수를 이용하여 최대 휨응력을 계산합니다.
    ① [최대 휨모멘트] $M = \frac{PL}{4}$
    ② [단면계수] $Z = \frac{bh^{2}}{6}$
    ③ [최대 휨응력] $\sigma = \frac{M}{Z} = \frac{\frac{100 \times 1}{4}}{\frac{6 \times 20^{2}}{6}} = \frac{25}{400} = 0.0625 \text{ MN/cm}^{2} = 6.25 \text{ kN/cm}^{2}$
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18. 길이 100m의 양단이 고정된 레일은 단면적 A=50cm2, 열팽창계수 α=1.5×10-6/℃, 탄성계수 E=200GPa이다. 이 경우 온도가 10℃ 상승할 때 레일에 발생되는 열응력의 값은? (단, 마찰은 무시한다.)

  1. 3,000kN/m2
  2. 600kN/m2
  3. 3kN/m2
  4. 60kN/m2
(정답률: 20%)
  • 양단이 고정된 부재의 온도 상승으로 인한 열응력은 열팽창계수, 탄성계수, 온도 변화량의 곱으로 나타납니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = E \times \alpha \times \Delta T$
    ② [숫자 대입] $\sigma = 200 \times 10^{3} \times 1.5 \times 10^{-6} \times 10$
    ③ [최종 결과] $\sigma = 3,000\text{kN}/\text{m}^{2}$
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19. ＜보기＞와 같이 볼트의 직경이 4cm이며 mp의 길이가 5cm이고 인장하중 P=20kN을 받는 볼트의 연결부에서 볼트 mnpq 부분의 지압응력 값은?

  1. 1.6kN/cm2
  2. 2.35kN/cm2
  3. 1.25kN/cm2
  4. 1kN/cm2
(정답률: 알수없음)
  • 지압응력은 작용하는 하중을 볼트의 투영 면적(직경 $\times$ 길이)으로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma_{b} = \frac{P}{d \times t}$
    ② [숫자 대입] $\sigma_{b} = \frac{20}{4 \times 5}$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{b} = 1\text{kN}/\text{cm}^{2}$
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20. ＜보기＞와 같은 응력도를 갖는 단철근 직사각형보에서 콘크리트 응력도의 응력 최대치는 0.85fck, fck=20MPa, fy= 400MPa일 때 공칭 휨강도는?

  1. 665kN · m
  2. 1.7kN · m
  3. 565kN · m
  4. 33kN · m
(정답률: 알수없음)
  • 단철근 직사각형보의 공칭 휨강도는 압축력과 인장력의 평형을 이용하여 모멘트 팔 길이를 곱해 산출합니다.
    ① [기본 공식] $M_{n} = C_{c} \times (d - \frac{a}{2})$
    ② [숫자 대입] $M_{n} = (0.85 \times 20 \times 40 \times 16) \times (60 - \frac{16}{2})$
    ③ [최종 결과] $M_{n} = 565\text{kN} \cdot \text{m}$
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