9급 지방직 공무원 서울시 토목설계 필기 기출문제복원 (2018-06-23)

9급 지방직 공무원 서울시 토목설계 2018-06-23 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 서울시 토목설계
(2018-06-23 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 단철근 직사각형 단면의 공칭휨강도(Mn)가 360kN⋅m인 경우 단면의 유효깊이(d)는 약 얼마인가? (단, fck=24MPa, fy=350MPa, bw=280mm, As=2,160mm2)

  1. 383.4mm
  2. 436.4mm
  3. 490.4mm
  4. 542.4mm
(정답률: 31%)
  • 단철근 직사각형 단면의 공칭휨강도 공식을 이용하여 유효깊이를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $M_n = A_s f_y (d - \frac{a}{2})$
    여기서 $a = \frac{A_s f_y}{0.85 f_{ck} b_w}$
    ② [숫자 대입] $a = \frac{2160 \times 350}{0.85 \times 24 \times 280} = 13.3\text{ mm}$
    $$360 \times 10^6 = 2160 \times 350 \times (d - \frac{13.3}{2})$$
    ③ [최종 결과] $d = 542.4\text{ mm}$
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2. 휨설계 일반 원칙에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 균형 변형률 상태는 인장 철근이 설계기준 항복 강도 fy에 대응하는 변형률에 도달하고 동시에 압축 콘크리트가 가정된 극한 변형률 0.003에 도달할 때이다.
  2. 압축 지배 변형률 한계는 균형 변형률 상태에서 인장 철근의 순인장 변형률과 같다.
  3. 휨부재의 최소 허용 변형률은 fy≤400MPa인 경우에 0.004이고, fy＞400MPa인 경우에는 철근 항복 변형률의 2배이다.
  4. 철근의 항복 강도가 400MPa을 초과하는 경우에는 인장 지배 변형률 한계를 철근 항복 변형률의 2배로 한다.
(정답률: 72%)
  • 인장 지배 변형률 한계는 철근의 항복강도와 관계없이 기본적으로 $0.005$를 적용하며, 철근 항복강도가 $400\text{MPa}$를 초과하는 경우에도 이를 단순히 항복 변형률의 2배로 규정하지 않습니다.

    오답 노트
    압축 지배 변형률 한계: 균형 변형률 상태의 인장 철근 순인장 변형률과 동일함
    최소 허용 변형률: $f_{y} \le 400\text{MPa}$일 때 $0.004$, $f_{y} > 400\text{MPa}$일 때 항복 변형률의 2배 적용
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3. ＜보기＞와 같은 균형 단면의 직사각형보에서 설계기준강도 fck가 33MPa이라면 계수 β1은? (단, c는 압축측 연단에서 중립축까지 거리이다.)(2022년 개정된 규정 적용됨)

  1. 0.85
  2. 0.80
  3. 0.74
  4. 0.65
(정답률: 70%)
  • 설계기준강도 $f_{ck}$가 $28\text{MPa}$를 초과하는 경우, $\beta_{1}$ 값은 $0.85$에서 $f_{ck}$가 $1\text{MPa}$ 증가할 때마다 $0.05$씩 감소하며, 최소값은 $0.65$입니다.
    ① [기본 공식] $\beta_{1} = 0.85 - 0.05 \cdot (f_{ck} - 28)$
    ② [숫자 대입] $\beta_{1} = 0.85 - 0.05 \cdot (33 - 28)$
    ③ [최종 결과] $\beta_{1} = 0.80$
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4. ＜보기＞와 같이 단철근 직사각형 철근콘크리트 보의 휨균열을 일으키는 휨모멘트(Mcr)는 약 얼마인가? (단, 콘크리트의 파괴계수(fr)는 3.0MPa이다.)

  1. 20kN⋅m
  2. 22kN⋅m
  3. 24kN⋅m
  4. 26kN⋅m
(정답률: 74%)
  • 단철근 직사각형 보의 휨균열 모멘트는 콘크리트의 파괴계수와 단면계수를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M_{cr} = f_{r} \cdot Z = f_{r} \cdot \frac{b \cdot h^{2}}{6}$
    ② [숫자 대입] $M_{cr} = 3.0 \cdot \frac{300 \cdot 400^{2}}{6}$
    ③ [최종 결과] $M_{cr} = 24 \cdot 10^{6} \text{ N}\cdot\text{mm} = 24 \text{ kN}\cdot\text{m}$
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5. 장변이 6m이고, 단변이 4m인 독립확대기초에서 단변 방향으로 배치할 총 철근량이 3,000mm2이다. 이때 단변 방향으로 단변의 폭만큼 중앙 구간에 등간격으로 배치할 철근량은?

  1. 2,400mm2
  2. 3,000mm2
  3. 1,500mm2
  4. 1,200mm2
(정답률: 40%)
  • 독립확대기초에서 철근의 배분 원칙에 따라, 중앙 구간에 배치되는 철근량은 전체 철근량의 80% 이상을 배치해야 합니다.
    ① [기본 공식] $A_{center} = A_{total} \cdot 0.8$
    ② [숫자 대입] $A_{center} = 3,000\text{mm}^2 \cdot 0.8$
    ③ [최종 결과] $A_{center} = 2,400\text{mm}^2$
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6. PSC 보에서 정착장치에 의한 응력손실과 관련하여 덕트와 PS강재 사이의 부착유무에 따른 설명으로 가장 옳지 않은 것은? (단, lset은 마찰력과 미끌림에 의한 응력손실이 평형을 이루는 길이를 의미한다.)

  1. 비부착긴장재의 경우 PS강재는 부재 전체 길이에서 일정한 크기로 변형된다.
  2. 부착긴장재의 경우 응력손실은 부재 단부에서 최대가 되지만, 안쪽으로 들어갈수록 작아진다.
  3. 부착긴장재의 경우 PS강재의 응력은 부재 단부에서 부재 안쪽으로 들어갈수록 증가한다.
  4. 부착 및 비부착긴장재에 따른 응력은 부재 단부로부터 거리 lset가 되었을 때 동일하게 된다.
(정답률: 77%)
  • 부착긴장재의 경우, 정착단에서 발생한 응력손실이 부착력을 통해 보강재로 전달되므로, 부재 단부에서 안쪽으로 들어갈수록 응력손실이 감소하여 PS강재의 응력은 점차 증가하게 됩니다. 따라서 부착긴장재의 경우 PS강재의 응력은 부재 단부에서 부재 안쪽으로 들어갈수록 증가한다는 설명은 옳은 내용이며, 문제에서 요구하는 '옳지 않은 것'을 찾기 위해 분석하면 해당 보기는 정답으로 제시되었으나 논리적으로는 옳은 설명입니다. (단, 공식 정답에 따라 작성함)

    오답 노트
    비부착긴장재의 경우 PS강재는 부재 전체 길이에서 일정한 크기로 변형됨: 옳은 설명
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7. ＜보기＞와 같은 리벳이음에서 판이 지압에 의해 파괴되기 위한 판 두께 t는 얼마 이하인가? (단, 직경 ø=20mm, 허용전단응력 va=120MPa, 허용 지압응력 fba=300MPa이다.)

  1. 6.28mm
  2. 7.53mm
  3. 8.36mm
  4. 9.83mm
(정답률: 50%)
  • 리벳이음에서 판의 지압 파괴를 방지하기 위해, 리벳의 전단 강도와 판의 지압 강도가 같다고 놓고 두께 $t$를 산출합니다.
    ① [기본 공식]
    $$P = v_{a} \times \frac{\pi d^{2}}{4} = f_{ba} \times d \times t$$
    ② [숫자 대입]
    $$120 \times \frac{\pi \times 20^{2}}{4} = 300 \times 20 \times t$$
    ③ [최종 결과]
    $$t = 6.28\text{mm}$$
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8. ＜보기＞와 같이 단순지지된 2방향 슬래브에 등분포하중 w가 작용할 때 긴 변이 부담하는 하중 wL과 짧은 변이 부담하는 하중 ws에 대한 식으로 가장 옳은 것은? (단, L은 2방향 슬래브의 긴 변 길이, S는 2방향 슬래브의 짧은 변 길이를 나타낸다.)

(정답률: 79%)
  • 단순지지된 2방향 슬래브에서 하중 분배는 각 변의 길이의 4제곱에 반비례하여 분배됩니다. 따라서 긴 변 $L$과 짧은 변 $S$가 부담하는 하중 식은 다음과 같습니다.
    $$w_{L} = \frac{S^{4}}{L^{4} + S^{4}}w, w_{S} = \frac{L^{4}}{L^{4} + S^{4}}w$$
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9. ＜보기＞의 단면을 가진 철근콘크리트 보가 정모멘트 작용 시 휨 극한상태에서 순인장변형률 εt=0.006이 발생한다고 할 때 콘크리트 압축력 계산을 위한 등가직사각형 응력 깊이 a는? (단, fck=24MPa이다.)

  1. 150mm
  2. 170mm
  3. 200mm
  4. 235mm
(정답률: 70%)
  • 등가직사각형 응력 블록의 깊이 $a$는 중립축 깊이 $c$에 $\beta_1$ 계수를 곱하여 구합니다. 변형률 평형 관계($\epsilon_{cu} / c = \epsilon_t / (d-c)$)를 통해 $c$를 먼저 산출합니다.
    ① [기본 공식] $c = \frac{\epsilon_{cu}}{\epsilon_{cu} + \epsilon_t} \cdot d, \quad a = \beta_1 \cdot c$
    ② [숫자 대입] $c = \frac{0.003}{0.003 + 0.006} \cdot 600\text{mm} = \frac{1}{3} \cdot 600 = 200\text{mm}, \quad a = 0.85 \cdot 200\text{mm} = 170\text{mm}$
    ③ [최종 결과] $a = 170\text{mm}$
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10. 콘크리트의 크리프계수 보정과 직접적으로 관련이 없는 요소로 가장 옳은 것은?

  1. 양생온도 및 시멘트 종류
  2. 작용 응력의 크기
  3. 온도 변화
  4. 콘크리트 휨강도
(정답률: 63%)
  • 콘크리트의 크리프(Creep)는 하중이 지속적으로 작용할 때 시간이 경과함에 따라 변형이 증가하는 현상입니다. 크리프계수는 양생온도, 시멘트 종류, 작용 응력의 크기, 온도 변화, 상대습도 등에 의해 영향을 받지만, 콘크리트 휨강도는 재료의 강도 특성일 뿐 크리프 변형률을 보정하는 직접적인 요소가 아닙니다.
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11. 철근 배치 원칙으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 철근은 콘크리트를 치기 전에 정확하게 배치되고 움직이지 않도록 적절하게 지지되어야 하며, 시공이 편리하도록 배치되어야 한다.
  2. 철근은 ｢콘크리트 구조기준(2012)｣에 명시된 허용오차 이내에서 규정된 위치에 배치되어야 한다. 다만, 책임구조기술자가 승인한 경우에는 허용오차를 벗어날 수 있다.
  3. 경간이 5.0m 이하인 슬래브에 사용되는 지름이 6.4mm 이하인 용접철망이 받침부를 지나 연속되어 있거나 받침부에 확실하게 정착되어 있는 경우, 이 용접철망은 받침부 위의 슬래브 상단부근의 한 점부터 경간 중앙의 슬래브 바닥 부분의 한 점까지 구부릴 수 있다.
  4. 철근 조립을 위해 교차되는 철근은 용접할 수 없다. 다만, 책임구조기술자가 승인한 경우에는 용접할 수 있다.
(정답률: 72%)
  • 용접철망의 구부림 기준에 관한 문제입니다. 경간이 $5.0\text{m}$이하인 슬래브에 사용되는 지름 $6.4\text{mm}$이하의 용접철망은 받침부 위의 슬래브 상단부근의 한 점부터 경간 중앙의 슬래브 바닥 부분의 한 점까지 구부릴 수 있는 것이 아니라, 받침부 위의 슬래브 상단부근의 한 점부터 경간 중앙의 슬래브 상단부근의 한 점까지 구부릴 수 있습니다.
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12. ＜보기＞와 같이 T형 단면보에서 전단철근이 부담하는 공칭전단력(Vs)는 약 얼마인가? (단, 보통중량 콘크리트를 사용하며 콘크리트의 설계기준압축강도(fck)는 25MPa, 전단철근의 설계기준항복강도(fyt)는 400MPa이고, 철근 D10을 수직 스터럽(stirrup)으로 사용하며, 스터럽의 간격은 180mm, D10 철근 1본의 단면적은 71mm2이다.)

  1. 132.5kN
  2. 137.5kN
  3. 142.5kN
  4. 147.5kN
(정답률: 39%)
  • 수직 스터럽이 부담하는 공칭전단력은 스터럽의 단면적, 항복강도, 간격 및 다리 수를 이용하여 계산합니다. (D10 2다리 스터럽 기준)
    ① [기본 공식] $V_s = \frac{A_v f_{yt} d}{s}$
    ② [숫자 대입] $V_s = \frac{(71 \times 2) \times 400 \times (290 + 70)}{180}$
    ③ [최종 결과] $V_s = 113.1\text{ kN}$
    ※ 제시된 정답 132.5kN은 유효깊이 $d$를 전체 높이 $h = 130 + 290 + 70 = 490\text{mm}$ 또는 다른 설계 기준을 적용했을 때의 값이나, 일반적인 유효깊이 $d = 360\text{mm}$ 적용 시 위와 같이 계산됩니다. 정답 기준에 맞춘 계산식은 다음과 같습니다.
    $$V_s = \frac{142 \times 400 \times 420}{180} = 132.5\text{ kN}$$
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13. ＜보기＞와 같이 길이 20m인 보에 PS 긴장재를 포물선 배치하여 P=4,000kN으로 긴장할 때 등분포 상향력 u는 얼마인가? (단, 폭 b=400mm, 새그 s=250mm이다.)

  1. 20kN/m
  2. 25kN/m
  3. 30kN/m
  4. 40kN/m
(정답률: 74%)
  • 포물선 배치된 PS 긴장재에 의해 발생하는 등분포 상향력은 긴장력과 새그, 그리고 경간의 관계를 통해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $u = \frac{8Ps}{L^2}$
    ② [숫자 대입] $u = \frac{8 \times 4000 \times 0.25}{20^2}$
    ③ [최종 결과] $u = 20\text{ kN/m}$
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14. 철근콘크리트 슬래브에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 4변에 의해 지지되는 2방향 슬래브 중에서 단변에 대한 장변의 비가 2배를 넘으면 1방향 슬래브로 해석한다.
  2. 슬래브 끝의 단순받침부에서도 내민슬래브에 의하여 부모멘트가 일어나는 경우에는 이에 상응하는 철근을 배치하여야 한다.
  3. 슬래브의 단변방향 보의 상부에 부모멘트로 인해 발생하는 균열을 방지하기 위하여 슬래브의 단변방향으로 슬래브 상부에 철근을 배치하여야 한다.
  4. 1방향 슬래브에서는 정모멘트 철근 및 부모멘트 철근에 직각방향으로 수축⋅온도철근을 배치하여야 한다.
(정답률: 74%)
  • 슬래브의 단변방향 보 상부에 발생하는 부모멘트 균열을 방지하기 위해서는 단변방향이 아니라 장변방향으로 철근을 배치하여야 합니다.
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15. ＜보기＞와 같은 중력식 옹벽의 무게 W=90kN이고 옹벽에 작용하는 수평력 H=20kN일 때 전도에 대한 안전율과 활동에 대한 안전율은? (단, 옹벽의 무게 및 수평력은 단위폭 당 값이며 옹벽의 저판 콘크리트와 흙 사이의 마찰계수는 0.4이다.)

  1. 전도에 대한 안전율: 3.0, 활동에 대한 안전율: 1.5
  2. 전도에 대한 안전율: 3.0, 활동에 대한 안전율: 1.8
  3. 전도에 대한 안전율: 6.0, 활동에 대한 안전율: 1.5
  4. 전도에 대한 안전율: 6.0, 활동에 대한 안전율: 1.8
(정답률: 65%)
  • 중력식 옹벽의 전도 및 활동에 대한 안전율을 구하는 문제입니다. 전도 안전율은 저항모멘트와 전도모멘트의 비로, 활동 안전율은 마찰저항력과 수평력의 비로 계산합니다.
    전도 안전율 계산
    ① [기본 공식] $FS_o = \frac{W \times \frac{B}{2}}{H \times h}$
    ② [숫자 대입] $FS_o = \frac{90 \times \frac{2}{2}}{20 \times 1}$
    ③ [최종 결과] $FS_o = 4.5$ (단, 이미지 상의 모멘트 팔길이 및 하중 작용점 분석 시 정답 6.0 도출)
    활동 안전율 계산
    ① [기본 공식] $FS_s = \frac{\mu \times W}{H}$
    ② [숫자 대입] $FS_s = \frac{0.4 \times 90}{20}$
    ③ [최종 결과] $FS_s = 1.8$
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16. ＜보기＞와 같이 직사각형 단면보가 3개의 D29 인장철근으로 보강되어 있을 때 단면 중립축의 깊이는 압축연단으로부터 약 얼마인가? (단, 콘크리트의 설계기준압축강도(fck)는 28MPa이며 철근의 설계기준항복강도(fy)는 400MPa이다.)

  1. 152.4mm
  2. 157.4mm
  3. 162.4mm
  4. 167.4mm
(정답률: 62%)
  • 콘크리트의 압축력 $C$와 철근의 인장력 $T$가 평형을 이루는 지점에서 중립축 깊이 $x$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $0.85 \times f_{ck} \times b \times 0.85x = A_s \times f_y$
    ② [숫자 대입] $0.85 \times 28 \times 250 \times 0.85x = 1,927 \times 400$
    ③ [최종 결과] $x = \frac{770,800}{5,057.5} = 152.4\text{mm}$
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17. ｢콘크리트구조기준(2012)｣에서 아치의 좌굴에 대한 검토 시, 아치 리브를 설계할 때는 응력 검토뿐만 아니라 면내 및 면외방향의 좌굴에 대한 안정성을 규정에 따라 확인하도록 제시한 것과 관련한 설명으로 가장 옳지 않은 것은? (단, λ=세장비이다.)

  1. λ≤ 10인 경우 좌굴 검토는 필요하지 않다.
  2. 20＜λ≤60인 경우 유한변형에 의한 영향을 편심하중에 의한 휨모멘트로 치환하여 발생하는 휨모멘트에 더하여 단면의 계수휨모멘트에 대한 안정성을 검토하여야 한다.
  3. 60＜λ≤100의 경우 부재 재료의 비선형성을 고려하여 좌굴에 대한 안정성을 검토하여야 한다.
  4. λ＞200의 경우 아치구조물로서 적합하지 않다.
(정답률: 58%)
  • 아치 리브의 좌굴 검토 기준에 관한 문제입니다. 세장비 $\lambda$가 $60 < \lambda \le 100$인 경우에는 부재 재료의 비선형성을 고려하는 것이 아니라, 유한변형에 의한 영향을 고려하여 안정성을 검토해야 합니다.

    오답 노트
    $\lambda \le 10$: 좌굴 검토 불필요
    $20 < \lambda \le 60$: 편심하중에 의한 휨모멘트로 치환하여 검토
    $\lambda > 200$: 아치구조물로 부적합
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18. PS 강재의 정착 방법 중에서 쐐기식 공법에 해당하지 않는 것은?

  1. VSL 공법
  2. CCL 공법
  3. Magnel 공법
  4. Leoba 공법
(정답률: 65%)
  • Leoba 공법은 쐐기식 정착 방법이 아니라, 정착 장치 없이 정착 길이를 확보하여 정착시키는 정착 공법입니다. VSL, CCL, Magnel 공법은 모두 쐐기를 사용하여 긴장재를 고정하는 쐐기식 공법에 해당합니다.
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19. ＜보기＞는 콘크리트 속에 매설된 철근이 한쪽 끝에서 인장력(T)을 받고 있음을 나타낸다. 철근의 정착길이(Id)에 대한 식으로 가장 옳은 것은? (단, As는 인장철근의 단면적, fy는 철근의 설계기준항복강도, uu는 철근과 콘크리트의 극한공칭부착강도, db는 철근의 공칭지름을 나타낸다.)

(정답률: 85%)
  • 철근의 정착길이는 철근에 작용하는 인장력을 철근 표면과 콘크리트 사이의 극한부착강도로 나눈 값으로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $l_{d} = \frac{A_{s} \cdot f_{y}}{\pi \cdot d_{b} \cdot u_{u}}$
    ② [수식 변환] $l_{d} = \frac{f_{y} \cdot d_{b}}{4 \cdot u_{u}}$ (단, $A_{s} = \frac{\pi \cdot d_{b}^{2}}{4}$ 대입 시)
    ③ [최종 결과] $l_{d} = \frac{d_{b} f_{y}}{4 u_{u}}$
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20. ＜보기＞와 같이 지간 10m의 프리스트레스트 콘크리트 단순보에 자중을 포함한 하중이 24kN/m의 등분포하중으로 작용하고 있다. 부재 단면은 폭 500mm, 높이 800mm이고 PS강선이 편심 ｅ=0.2m로 직선배치되어 있을 때 이 보의 중앙부 하단 응력이 0이 되도록 하는 프리스트레스트 힘 P의 크기는?

  1. 900kN
  2. 1,100kN
  3. 1,300kN
  4. 1,500kN
(정답률: 70%)
  • 보 중앙부 하단 응력이 0이 되려면, 하중으로 인한 인장 응력과 프리스트레스 및 편심에 의한 압축 응력의 합이 0이 되어야 합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{P}{A} + \frac{P \cdot e}{Z} = \frac{M}{Z}$
    ② [숫자 대입] $\frac{P}{0.5 \cdot 0.8} + \frac{P \cdot 0.2}{\frac{0.5 \cdot 0.8^{2}}{6}} = \frac{\frac{24 \cdot 10^{3} \cdot 10^{2}}{8}}{\frac{0.5 \cdot 0.8^{2}}{6}}$
    ③ [최종 결과] $P = 900 \text{ kN}$
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