9급 지방직 토목설계 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

20년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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9급 지방직 토목설계 기출문제모두CBT · moducbt.com

20년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

그림과 같이 높이(h)가 800mm이고, 길이(L)가 20m인 PSC 단순보에서, 긴장력(P) 8,000kN을 작용시켰을 때, 긴장력에 의한 등가등분포 상향력 U[kN/m]는? (단, 중앙부 편심(e) 300mm, 양 단부 편심(e) 0mm로 2차 포물선으로 긴장재가 배치되어 있으며, 자중 및 긴장력 손실은 무시한다)

148

234

320

416

정답 및 해설

긴장력에 의한 등가등분포 상향력은 48 kN/m이다.

포물선 긴장재의 등가하중은 $u=\dfrac{8Pe}{L^2}$ 이다. 편심은 중앙 300 mm, 단부 0 mm이므로 새그는 0.3 m이다.

$u=\dfrac{8\times8000\times0.3}{20^2}=\dfrac{19200}{400}=48\,\mathrm{kN/m}$

34 kN/m, 20 kN/m는 등가하중 식에 대입한 결과와 맞지 않는다.
16 kN/m 역시 포물선 배치의 등가하중 식에 대입한 결과와 맞지 않는다.

문제 2

그림과 같이 기둥의 단부 조건이 양단 힌지이며, 비지지길이가 ℓ_u인 기둥의 좌굴하중은? (단, E는 탄성계수, I는 단면2차모멘트이며, 탄성 좌굴로 거동한다.)

정답 및 해설

양단 힌지 기둥의 탄성 좌굴하중은 $P_{cr}=\dfrac{\pi^2EI}{l_u^2}$ 이다.

오일러 좌굴하중은 $P_{cr}=\dfrac{\pi^2EI}{(Kl_u)^2}$ 이며, 양단 힌지의 유효길이계수는 K=1이다.

$0.25\pi^2EI/l_u^2$ 은 K=2인 1단 고정·1단 자유 기둥의 값이다.
$2.04\pi^2EI/l_u^2$ 은 K≈0.7인 1단 고정·1단 힌지 기둥의 값이다.
$4\pi^2EI/l_u^2$ 은 K=0.5인 양단 고정 기둥의 값이다.

문제 3

그림과 같은 복철근 직사각형보의 공칭휨강도 M_n및 등가직사각형 응력블록의 깊이 a를 구하는 식은? (단, 인장철근 및 압축철근은 항복하였고, 콘크리트 설계기준압축강도는 f_ck, 철근의 설계기준항복강도는 f_y이며, 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준(KDS 14 20 20: 2016)을 따른다) (순서대로 M_n, a)

정답 및 해설

공칭휨강도는 $M_n=A_s'f_y(d-d')+(A_s-A_s')f_y\left(d-\dfrac{a}{2}\right)$ , 응력블록 깊이는 $a=\dfrac{(A_s-A_s')f_y}{0.85f_{ck}b}$ 이다.

두 철근이 모두 항복하면 압축철근 힘 $A_s'f_y$ 과 인장철근 일부가 짝을 이루고, 나머지 $(A_s-A_s')f_y$ 를 콘크리트 압축력 $0.85f_{ck}ab$ 가 받는다. 이 힘의 평형에서 a가 나온다.

a의 분모에 폭 b가 빠진 식은 힘의 평형 차원이 맞지 않는다.
a의 분자·분모에서 $f_{ck}$ 와 $f_y$ 의 자리가 바뀐 식은 평형식이 아니다.
첫 항이 $A_sf_y(d-c)$ 인 식은 압축철근 힘 $A_s'f_y$ 와 우력의 팔길이 $d-d'$ 를 쓰지 않아 틀린다.

문제 4

포스트텐션에 의한 프리스트레스를 도입할 때 발생 가능한 즉시 손실의 원인만을 모두 고르면?

ㄱ. 정착장치의 활동
ㄴ. 콘크리트 크리프
ㄷ. 콘크리트 탄성변형
ㄹ. 콘크리트 건조수축
ㅁ. PS강재의 릴렉세이션
ㅂ. PS강재와 쉬스 사이의 마찰

1ㄱ, ㄴ, ㅁ

2ㄱ, ㄷ, ㅂ

3ㄴ, ㄷ, ㄹ

4ㄴ, ㄷ, ㅂ

정답 및 해설

포스트텐션 프리스트레스 도입 시의 즉시 손실 원인은 정착장치의 활동, 콘크리트 탄성변형, PS강재와 쉬스 사이의 마찰이다.

즉시 손실은 긴장·정착 순간에 생기고, 크리프·건조수축·릴렉세이션은 시간이 지나며 생기는 시간적 손실이다.

콘크리트 크리프는 지속하중 아래 시간에 따라 진행되는 시간적 손실이다.
콘크리트 건조수축은 수분 증발로 서서히 생기는 시간적 손실이다.
PS강재의 릴렉세이션은 일정 변형 상태에서 응력이 점차 줄어드는 시간적 손실이다.

문제 5

편심이 없는 중심 축하중만을 받는 I형 단면을 가진 강재 기둥 설계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 자중 및 국부좌굴은 고려하지 않는다)

1하중이 임계좌굴하중에 도달하면 기둥은 세장비가 가장 작은 주축에 대해 좌굴이 발생한다.

2지점조건, 비지지길이, 단면적이 모두 일정할 때 단면의 회전반경이 증가하면 좌굴하중은 증가한다.

3탄성좌굴을 유발하는 평균압축응력은 세장비의 제곱에 반비례한다.

4좌굴응력이 비례한계보다 작은 경우, 탄성상태에서 좌굴이 발생한다.

정답 및 해설

중심 축하중을 받는 기둥은 세장비가 가장 큰 주축(회전반경이 가장 작은 축)에 대해 좌굴하므로, 세장비가 가장 작은 축에서 좌굴한다는 설명이 옳지 않다.

오일러 좌굴하중은 $P_{cr}=\dfrac{\pi^2EI}{(KL)^2}=\dfrac{\pi^2EA}{(KL/r)^2}$ 이므로 세장비 $KL/r$ 이 클수록 작아지고, 기둥은 가장 약한 축에서 먼저 좌굴한다.

회전반경이 커지면 세장비가 줄어 좌굴하중이 증가하므로 옳다.
탄성좌굴응력 $\sigma_{cr}=\dfrac{\pi^2E}{(KL/r)^2}$ 은 세장비의 제곱에 반비례하므로 옳다.
좌굴응력이 비례한계보다 작으면 재료가 탄성 범위에 있는 상태에서 좌굴하는 탄성좌굴이므로 옳다.

문제 6

그림과 같이 슬래브와 보를 일체로 타설한 경간이 20m인 단순지지된 철근콘크리트 보가 있다. 빗금친 T형 단면에 대한 내용으로 옳은 것은? (단, 콘크리트구조 해석과 설계 원칙(KDS 14 20 10: 2016)을 따른다)

1t_f를 180mm로 증가시키면 빗금친 T형 단면의 유효폭(b)은 증가한다.

2경간 중앙의 T형 단면에서 종방향 휨모멘트에 의해 슬래브 콘크리트 전체 단면이 종방향 인장응력을 받는다.

3등가직사각형 응력블록 깊이(a)가 t_f보다 크면 직사각형 단면으로 간주하여 해석한다.

4빗금친 T형 단면의 유효폭(b)은 3,000mm이다.

정답 및 해설

플랜지 두께를 180 mm로 늘리면 유효폭이 증가한다는 설명이 옳다.

대칭 T형보 유효폭은 16t $_f$ +b $_w$ , 양쪽 슬래브 중심 간 거리, 경간의 1/4 중 최솟값이다.

$16\times150+400=2800,\;3000+400=3400,\;20000/4=5000$ → 유효폭 2,800 mm
t $_f$ =180 mm이면 $16\times180+400=3280$ 으로 최솟값이 되어 유효폭이 커진다.

유효폭이 3,000 mm라는 설명은 틀리다. 지배값은 2,800 mm이다.
경간 중앙은 정모멘트 구간이므로 슬래브는 압축을 받으며, 전체 단면이 인장을 받는다는 설명은 틀리다.
응력블록 깊이가 플랜지 두께보다 크면 T형 단면으로 해석해야 하므로, 직사각형으로 간주한다는 설명은 틀리다.

문제 7

단면이 두꺼운 매스콘크리트 교량 확대기초 시공 시 온도균열의 방지나 제어를 위해 고려하는 방안으로 적절하지 않은 것은?

1프리쿨링 또는 파이프쿨링을 적절히 적용한다.

21종 시멘트를 조강 시멘트로 대체하여 사용한다.

31회당 콘크리트 타설 높이를 적절하게 나누어 시공한다.

41종 시멘트 대신 중용열 시멘트 또는 저발열 시멘트를 사용한다.

정답 및 해설

조강 시멘트는 초기 수화열이 커서 매스콘크리트의 내외부 온도차를 키우므로 온도균열 제어 방안으로 적절하지 않다.

매스콘크리트 온도균열은 수화열에 의한 내부 온도 상승과 표면 냉각의 차이로 생기므로, 발열량을 줄이고 온도 상승을 억제하는 대책을 쓴다.

프리쿨링·파이프쿨링은 재료 온도나 타설 후 내부 온도를 낮추는 대책이다.
타설 높이를 나누어 시공하면 1회 타설량이 줄어 수화열 축적이 감소한다.
중용열·저발열 시멘트는 수화열이 작아 온도균열 제어에 효과적이다.

문제 8

암거와 라멘 구조물의 설계에 대한 설명으로 옳은 것은?

1토압이 작용하는 경우 측벽에 작용하는 토압은 깊이에 따라 일정한 직사각형 분포로 고려한다.

2상자암거 설계에서 활하중을 고려하지 않는다.

3매설된 경우에 매설깊이는 고려할 필요가 없다.

4라멘 구조물의 경우 일반적으로 수평부재와 연직부재가 만나는 절점부에서 모멘트에 대한 수평부재의 위험단면은 연직부재의 전면으로 볼 수 있다.

정답 및 해설

라멘 구조물의 절점부에서 수평부재의 휨모멘트 위험단면은 연직부재의 전면으로 볼 수 있다는 설명이 옳다.

절점부는 단면이 커서 강성이 크므로, 지점 중심이 아니라 받침 부재의 면에서 설계 모멘트를 검토한다.

측벽 토압은 깊이에 따라 증가하는 삼각형(상재하중이 있으면 사다리꼴) 분포로 고려하므로 직사각형 분포는 틀리다.
상자암거 설계에서도 차량 등 활하중을 고려해야 한다.
매설된 경우 흙덮기 깊이에 따라 연직토압과 활하중 분포가 달라지므로 매설깊이를 고려해야 한다.

문제 9

휨모멘트와 축력을 받는 철근콘크리트 부재의 설계를 위한 일반 가정으로 옳지 않은 것은? (단, 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준(KDS 14 20 20: 2016)을 따른다)

1인장철근이 설계기준항복강도 f_y에 대응하는 변형률에 도달하고 동시에 압축연단 콘크리트가 가정된 극한변형률인 0.003에 도달할 때, 그 단면이 균형변형률 상태에 있다고 본다.

2압축연단 콘크리트가 가정된 극한변형률인 0.003에 도달할 때 최외단 인장철근의 순인장변형률 ε_t가 압축지배변형률 한계 이하인 단면을 압축지배단면이라고 한다.

3휨부재의 강도를 증가시키기 위하여 추가 인장철근과 이에 대응하는 압축철근을 사용할 수 있다.

4압축연단 콘크리트가 가정된 극한변형률인 0.003에 도달할 때 최외단 인장철근의 순인장변형률 ε_t가 0.003인 단면은 인장지배단면으로 분류된다.

정답 및 해설

순인장변형률이 0.003인 단면은 인장지배단면이 아니라 변화구간단면이므로 이 설명이 옳지 않다.

KDS 14 20 20(2016)에서 인장지배단면은 순인장변형률 $\varepsilon_t$ 가 인장지배변형률 한계(0.005) 이상인 단면이며, 압축지배변형률 한계와 이 값 사이가 변화구간이다.

인장철근이 항복변형률에, 압축연단 콘크리트가 0.003에 동시에 도달하는 상태가 균형변형률 상태라는 설명은 옳다.
순인장변형률이 압축지배변형률 한계 이하인 단면을 압축지배단면이라 하는 것은 옳다.
추가 인장철근과 대응 압축철근(복철근)으로 휨강도를 증가시킬 수 있다는 설명은 옳다.

문제 10

그림과 같은 단면을 가진 T형보에 정모멘트가 작용할 때 극한상태에서의 등가직사각형 응력블록의 깊이 a가 200mm라면 콘크리트에 작용하는 압축력의 크기[kN]는? (단, f_ck＝24MPa, f_y＝400MPa이며, 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준(KDS 14 20 20: 2016)을 따른다)

12,142

22,448

32,520

42,880

정답 및 해설

콘크리트 압축력은 2,142 kN이다.

a=200 mm가 플랜지 두께 150 mm보다 크므로 T형 단면으로 계산한다. 압축력은 돌출 플랜지 부분과 복부 부분의 합이다.

돌출 플랜지: $0.85\times24\times(600-300)\times150=918000\,\mathrm{N}$
복부: $0.85\times24\times300\times200=1224000\,\mathrm{N}$
합계: $C=2142000\,\mathrm{N}=2142\,\mathrm{kN}$

2,448 kN은 폭 600 mm 전체에 a=200 mm를 곱한 직사각형 단면 값으로, 플랜지 아래 빈 부분까지 압축 영역에 넣었다.
2,880 kN은 직사각형으로 보면서 계수 0.85까지 뺀 값이다.
2,520 kN은 T형 압축 면적은 맞지만 계수 0.85를 빼고 계산한 값이다.

문제 11

전단철근이 부담해야 할 전단력 V_s＝500kN일 때, 전단철근(수직스터럽)의 간격 s를 240mm로 하면 직사각형 단면에서 필요한 최소 유효깊이 d[mm]는? (단, 보통중량콘크리트이며 f_ck＝36MPa, f_y＝400MPa, b＝400mm, 전단철근의 면적 A_v＝500mm²이고, 콘크리트구조 전단 및 비틀림 설계기준(KDS 14 20 22: 2016)을 따른다. 또한, 전단철근 최대간격 기준을 만족한다.)

1550

2600

3650

4700

정답 및 해설

필요한 최소 유효깊이는 600 mm이다.

수직스터럽의 전단강도 $V_s=\dfrac{A_vf_yd}{s}$ 에서 $d=\dfrac{V_s\,s}{A_vf_y}$ 이다.

$d=\dfrac{500\times10^3\times240}{500\times400}$
$=600\,\mathrm{mm}$

검토: $V_s$ 상한 $\dfrac{2}{3}\sqrt{f_{ck}}\,b_wd=\dfrac{2}{3}\times6\times400\times600=960\,\mathrm{kN}$ 이 500 kN보다 커서 단면 크기 조건도 만족한다.

문제 12

그림과 같이 기초에 편심하중이 작용할 때 기초 저면에 생기는 응력 분포 형상은? (단, 단위폭으로 고려하고, e＝100mm, 지반 조건은 균일하며, 자중은 무시한다)

정답 및 해설

기초 저면 응력은 하중 쪽이 크고 반대쪽이 작은 사다리꼴 분포(q $_{min}$ >0)가 된다.

기초 폭은 1,200 mm이므로 핵 한계는 $B/6=200\,\mathrm{mm}$ 이다. 편심 $e=100\,\mathrm{mm}\lt 200\,\mathrm{mm}$ 이므로 전 구간이 압축이다.

$q=\dfrac{P}{B}\left(1\pm\dfrac{6e}{B}\right)=\dfrac{P}{B}(1\pm0.5)$

균일 분포는 편심이 0일 때의 형상이다.
최소 응력이 0인 삼각형 분포는 e=B/6일 때의 형상이다.
한쪽에 인장(아래 방향)이 생기는 분포는 e>B/6일 때의 형상이다.

문제 13

그림과 같이 중립축으로부터 편심거리 e만큼 떨어진 지점에 긴장력 P를 작용시킨 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 보의 중앙 단면에서의 응력 분포로 적절한 것은? (단, PSC 보의 프리스트레스만을 고려하고 자중은 무시하며, (＋)는 압축응력, (－)는 인장응력으로 정의한다. 단면은 직사각형이며, 이외 다른 조건은 고려하지 않는다)

1ㄱ

2ㄴ

3ㄷ

4ㄹ

정답 및 해설

보 중앙 단면 응력은 하연에서 압축(+)이 크고 상연에서 작은 인장(−)이 되는 분포다.

응력은 $f=\dfrac{P}{A}\pm\dfrac{Pe\,y}{I}$ 이다. 긴장재가 중립축 아래에 있으므로 편심 모멘트가 하연 압축을 키우고 상연 압축을 줄인다.

전 높이가 인장인 분포는 축방향 압축 성분 $P/A$ 를 무시한 것으로, 프리스트레스만 받는 단면에서 나올 수 없다.
상연이 압축이고 하연이 크게 인장인 분포는 하연 압축이 가장 커야 한다는 조건에 어긋난다.
상연 압축이 크고 하연이 인장인 분포는 긴장재가 중립축 위에 있을 때의 형상이다.

문제 14

그림과 같이 1방향 슬래브 단면에 주철근으로 D13 철근을 200mm 간격으로 보강하여 휨설계를 하고자 할 때, 등가직사각형 응력블록의 깊이 a[mm]는? (단, D13 철근 하나의 공칭단면적은 126mm²로 하고, 유효깊이 d＝170mm, f_ck＝21MPa, f_y＝340MPa이며, 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준(KDS 14 20 20: 2016)을 따른다)

19.0

210.5

312.0

412.6

정답 및 해설

등가직사각형 응력블록 깊이는 12.0 mm이다.

1방향 슬래브는 단위폭 1,000 mm로 설계한다. D13@200이면 폭 1 m당 철근량은 $A_s=126\times\dfrac{1000}{200}=630\,\mathrm{mm^2}$ 이다.

$a=\dfrac{A_sf_y}{0.85f_{ck}b}=\dfrac{630\times340}{0.85\times21\times1000}=\dfrac{214200}{17850}=12.0\,\mathrm{mm}$

9.0 mm, 10.5 mm는 단위폭 철근량 630 mm²를 대입한 결과보다 작다.
12.6 mm는 대입 결과 12.0 mm보다 크다.

문제 15

철근콘크리트 구조물에서 부착 철근의 중심 간격이 5(c_c+d_b/2)이하인 경우, 설계 균열폭을 감소시킬 수 있는 방법으로 옳지 않은 것은? (단, c_c는 최외단 인장철근의 최소피복두께, d_b는 철근 공칭지름을 의미하며, 콘크리트구조 사용성 설계기준(KDS 14 20 30: 2016)을 따른다)

1원형철근 대신 이형철근을 사용한다.

2철근의 순피복 두께를 크게 한다.

3동일한 철근비에 대해 지름이 작은 철근을 사용한다.

4동일한 철근 지름에 대해 철근비를 크게 한다.

정답 및 해설

순피복 두께를 크게 하면 균열폭이 오히려 커지므로 균열폭 감소 방법으로 옳지 않다.

균열폭은 철근에서 콘크리트 표면까지의 거리가 멀수록, 철근 응력이 클수록, 부착이 약할수록 커진다.

이형철근은 원형철근보다 부착성능이 좋아 균열이 분산되므로 균열폭이 줄어든다.
같은 철근비에서 가는 철근을 여러 개 쓰면 부착 둘레가 늘어 균열 간격과 균열폭이 줄어든다.
같은 지름에서 철근비를 크게 하면 철근 응력이 낮아져 균열폭이 줄어든다.

문제 16

휨부재에서 f_ck＝25MPa, f_y＝500MPa일 때 인장 이형철근(D25)의 겹침이음 길이[mm]는? (단, 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준(KDS 14 20 52: 2016)을 따르며, λ＝1.0, d_b＝25mm, 배근 철근량/소요 철근량＝1.5로 한다)

11,500

21,650

31,800

41,950

정답 및 해설

인장 이형철근의 겹침이음 길이는 1,950 mm이다.

기본정착길이: $l_{db}=\dfrac{0.6d_bf_y}{\lambda\sqrt{f_{ck}}}$
$=\dfrac{0.6\times25\times500}{1.0\times5}=1500\,\mathrm{mm}$

보정계수가 주어지지 않았으므로 $l_d=1500\,\mathrm{mm}$ 로 본다.

배근 철근량/소요 철근량이 1.5로 2 미만이므로 B급 이음이며, 이음길이는 $1.3l_d=1.3\times1500=1950\,\mathrm{mm}$ 이다.

문제 17

폭이 400mm, 높이가 400mm인 철근콘크리트 보에 대해 비틀림의 영향을 무시할 수 없는 계수 비틀림모멘트의 최솟값[kNㆍm]은? (단, f_ck＝36MPa인 보통중량콘크리트 보이며, 콘크리트구조 전단 및 비틀림 설계기준(KDS 14 20 22: 2016)을 따르고, 비틀림모멘트만을 고려한다)

410

정답 및 해설

비틀림의 영향을 무시할 수 없는 계수 비틀림모멘트의 최솟값은 6 kN·m이다.

비틀림을 무시할 수 있는 한계: $T_u<\phi\dfrac{\lambda\sqrt{f_{ck}}}{12}\dfrac{A_{cp}^2}{p_{cp}}$

$A_{cp}=400\times400=160000\,\mathrm{mm^2}$ , $p_{cp}=4\times400=1600\,\mathrm{mm}$
$\dfrac{A_{cp}^2}{p_{cp}}=\dfrac{160000^2}{1600}=1.6\times10^7\,\mathrm{mm^3}$

$0.75\times\dfrac{1.0\times6}{12}\times1.6\times10^7=6\times10^6\,\mathrm{N\cdot mm}=6\,\mathrm{kN\cdot m}$
비틀림 강도감소계수 0.75를 적용한 값이다.

문제 18

그림은 철근콘크리트 단순보에서 철근 배근을 표현한 것이다. 자중의 영향만을 고려할 때 전단철근과 지간 중앙에서의 압축철근을 바르게 연결한 것은? (단, 왼쪽 하단에 지점으로 지지되어 있다) (순서대로 전단철근, 압축철근)

1㉠:㉡, ㉢

2㉠:㉡, ㉣

3㉡:㉣, ㉠

4㉡:㉣, ㉢

정답 및 해설

전단철근은 ㉠(굽힘철근)과 ㉡(스터럽)이고, 지간 중앙의 압축철근은 상부 주철근 ㉢이다.

㉠은 하부 주철근을 비스듬히 굽혀 올린 굽힘철근, ㉡은 주철근을 감싸는 수직 스터럽으로 둘 다 사인장 균열을 가로질러 전단에 저항한다. 자중만 받는 단순보는 지간 중앙에 정모멘트가 생기므로 상부가 압축, 하부가 인장이다.

㉣은 하부 주철근으로 지간 중앙에서 인장을 받으므로 압축철근이 아니다.
㉣을 전단철근으로 묶은 연결은 틀리다. 길이방향 하부 주철근은 휨 인장철근이다.
㉠을 압축철근으로 본 연결은 틀리다. 굽힘철근은 전단철근이다.

문제 19

그림과 같은 동일 재질의 강재로 만들㎣어진 직사각형 단면에 대해 x-x축에 대한 소성단면계수[×10⁶]는? (단, 좌굴은 고려하지 않는다)

212

324

436

정답 및 해설

x-x축에 대한 소성단면계수는 36×10 $^6$ mm³이다.

직사각형 단면의 소성단면계수는 $Z=\dfrac{bh^2}{4}$ 이다. 폭 400 mm, 높이 600 mm를 대입한다.

$Z=\dfrac{400\times600^2}{4}=36\times10^6\,\mathrm{mm^3}$

24×10 $^6$ 은 탄성단면계수 $bh^2/6$ 의 값이다.
12×10 $^6$ , 6×10 $^6$ 은 x-x축에 대해 $bh^2/4$ 에 대입한 결과와 맞지 않는다.

문제 20

토목 철근콘크리트 구조물의 설계 방법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1허용응력설계법은 구조물을 안전하게 설계하기 위해 하중에 의해 부재에 유발된 응력이 허용응력을 초과하였는지를 검증한다.

2한계상태설계법은 하중과 재료에 대하여 각각 하중계수와 재료계수를 사용하여 이들의 특성을 설계에 합리적으로 반영한다.

3설계법은 이론, 재료, 설계 및 시공 기술 등의 발전과 더불어 강도설계법→허용응력설계법→한계상태설계법 순서로 발전되었다.

4강도설계법은 기본적으로 부재의 파괴상태 또는 파괴에 가까운 상태에 기초를 둔 설계법이다.

정답 및 해설

설계법은 허용응력설계법 → 강도설계법 → 한계상태설계법 순서로 발전했으므로, 강도설계법이 허용응력설계법보다 먼저라는 설명이 옳지 않다.

탄성 이론에 기초한 허용응력설계법이 가장 먼저 쓰였고, 이후 파괴 상태를 기준으로 하는 강도설계법, 하중과 재료의 불확실성을 각각 반영하는 한계상태설계법으로 발전했다.

허용응력설계법은 사용하중에 의한 응력이 허용응력을 넘지 않는지 검증하는 방법이므로 옳다.
한계상태설계법은 하중계수와 재료계수를 따로 적용해 각각의 특성을 반영하므로 옳다.
강도설계법은 부재의 파괴 또는 파괴에 가까운 상태(극한상태)에 기초하므로 옳다.

9급 지방직 토목설계 기출문제모두CBT · moducbt.com

20년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

148

234

320

416

정답 및 해설

긴장력에 의한 등가등분포 상향력은 48 kN/m이다.

포물선 긴장재의 등가하중은 $u=\dfrac{8Pe}{L^2}$ 이다. 편심은 중앙 300 mm, 단부 0 mm이므로 새그는 0.3 m이다.

$u=\dfrac{8\times8000\times0.3}{20^2}=\dfrac{19200}{400}=48\,\mathrm{kN/m}$

34 kN/m, 20 kN/m는 등가하중 식에 대입한 결과와 맞지 않는다.
16 kN/m 역시 포물선 배치의 등가하중 식에 대입한 결과와 맞지 않는다.

문제 2

정답 및 해설

양단 힌지 기둥의 탄성 좌굴하중은 $P_{cr}=\dfrac{\pi^2EI}{l_u^2}$ 이다.

오일러 좌굴하중은 $P_{cr}=\dfrac{\pi^2EI}{(Kl_u)^2}$ 이며, 양단 힌지의 유효길이계수는 K=1이다.

$0.25\pi^2EI/l_u^2$ 은 K=2인 1단 고정·1단 자유 기둥의 값이다.
$2.04\pi^2EI/l_u^2$ 은 K≈0.7인 1단 고정·1단 힌지 기둥의 값이다.
$4\pi^2EI/l_u^2$ 은 K=0.5인 양단 고정 기둥의 값이다.

문제 3

정답 및 해설

공칭휨강도는 $M_n=A_s'f_y(d-d')+(A_s-A_s')f_y\left(d-\dfrac{a}{2}\right)$ , 응력블록 깊이는 $a=\dfrac{(A_s-A_s')f_y}{0.85f_{ck}b}$ 이다.

a의 분모에 폭 b가 빠진 식은 힘의 평형 차원이 맞지 않는다.
a의 분자·분모에서 $f_{ck}$ 와 $f_y$ 의 자리가 바뀐 식은 평형식이 아니다.
첫 항이 $A_sf_y(d-c)$ 인 식은 압축철근 힘 $A_s'f_y$ 와 우력의 팔길이 $d-d'$ 를 쓰지 않아 틀린다.

문제 4

포스트텐션에 의한 프리스트레스를 도입할 때 발생 가능한 즉시 손실의 원인만을 모두 고르면?

ㄱ. 정착장치의 활동
ㄴ. 콘크리트 크리프
ㄷ. 콘크리트 탄성변형
ㄹ. 콘크리트 건조수축
ㅁ. PS강재의 릴렉세이션
ㅂ. PS강재와 쉬스 사이의 마찰

1ㄱ, ㄴ, ㅁ

2ㄱ, ㄷ, ㅂ

3ㄴ, ㄷ, ㄹ

4ㄴ, ㄷ, ㅂ

정답 및 해설

포스트텐션 프리스트레스 도입 시의 즉시 손실 원인은 정착장치의 활동, 콘크리트 탄성변형, PS강재와 쉬스 사이의 마찰이다.

즉시 손실은 긴장·정착 순간에 생기고, 크리프·건조수축·릴렉세이션은 시간이 지나며 생기는 시간적 손실이다.

콘크리트 크리프는 지속하중 아래 시간에 따라 진행되는 시간적 손실이다.
콘크리트 건조수축은 수분 증발로 서서히 생기는 시간적 손실이다.
PS강재의 릴렉세이션은 일정 변형 상태에서 응력이 점차 줄어드는 시간적 손실이다.

문제 5

편심이 없는 중심 축하중만을 받는 I형 단면을 가진 강재 기둥 설계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 자중 및 국부좌굴은 고려하지 않는다)

1하중이 임계좌굴하중에 도달하면 기둥은 세장비가 가장 작은 주축에 대해 좌굴이 발생한다.

2지점조건, 비지지길이, 단면적이 모두 일정할 때 단면의 회전반경이 증가하면 좌굴하중은 증가한다.

3탄성좌굴을 유발하는 평균압축응력은 세장비의 제곱에 반비례한다.

4좌굴응력이 비례한계보다 작은 경우, 탄성상태에서 좌굴이 발생한다.

정답 및 해설

오일러 좌굴하중은 $P_{cr}=\dfrac{\pi^2EI}{(KL)^2}=\dfrac{\pi^2EA}{(KL/r)^2}$ 이므로 세장비 $KL/r$ 이 클수록 작아지고, 기둥은 가장 약한 축에서 먼저 좌굴한다.

회전반경이 커지면 세장비가 줄어 좌굴하중이 증가하므로 옳다.
탄성좌굴응력 $\sigma_{cr}=\dfrac{\pi^2E}{(KL/r)^2}$ 은 세장비의 제곱에 반비례하므로 옳다.
좌굴응력이 비례한계보다 작으면 재료가 탄성 범위에 있는 상태에서 좌굴하는 탄성좌굴이므로 옳다.

문제 6

1t_f를 180mm로 증가시키면 빗금친 T형 단면의 유효폭(b)은 증가한다.

2경간 중앙의 T형 단면에서 종방향 휨모멘트에 의해 슬래브 콘크리트 전체 단면이 종방향 인장응력을 받는다.

3등가직사각형 응력블록 깊이(a)가 t_f보다 크면 직사각형 단면으로 간주하여 해석한다.

4빗금친 T형 단면의 유효폭(b)은 3,000mm이다.

정답 및 해설

플랜지 두께를 180 mm로 늘리면 유효폭이 증가한다는 설명이 옳다.

대칭 T형보 유효폭은 16t $_f$ +b $_w$ , 양쪽 슬래브 중심 간 거리, 경간의 1/4 중 최솟값이다.

$16\times150+400=2800,\;3000+400=3400,\;20000/4=5000$ → 유효폭 2,800 mm
t $_f$ =180 mm이면 $16\times180+400=3280$ 으로 최솟값이 되어 유효폭이 커진다.

유효폭이 3,000 mm라는 설명은 틀리다. 지배값은 2,800 mm이다.
경간 중앙은 정모멘트 구간이므로 슬래브는 압축을 받으며, 전체 단면이 인장을 받는다는 설명은 틀리다.
응력블록 깊이가 플랜지 두께보다 크면 T형 단면으로 해석해야 하므로, 직사각형으로 간주한다는 설명은 틀리다.

문제 7

단면이 두꺼운 매스콘크리트 교량 확대기초 시공 시 온도균열의 방지나 제어를 위해 고려하는 방안으로 적절하지 않은 것은?

1프리쿨링 또는 파이프쿨링을 적절히 적용한다.

21종 시멘트를 조강 시멘트로 대체하여 사용한다.

31회당 콘크리트 타설 높이를 적절하게 나누어 시공한다.

41종 시멘트 대신 중용열 시멘트 또는 저발열 시멘트를 사용한다.

정답 및 해설

조강 시멘트는 초기 수화열이 커서 매스콘크리트의 내외부 온도차를 키우므로 온도균열 제어 방안으로 적절하지 않다.

매스콘크리트 온도균열은 수화열에 의한 내부 온도 상승과 표면 냉각의 차이로 생기므로, 발열량을 줄이고 온도 상승을 억제하는 대책을 쓴다.

프리쿨링·파이프쿨링은 재료 온도나 타설 후 내부 온도를 낮추는 대책이다.
타설 높이를 나누어 시공하면 1회 타설량이 줄어 수화열 축적이 감소한다.
중용열·저발열 시멘트는 수화열이 작아 온도균열 제어에 효과적이다.

문제 8

암거와 라멘 구조물의 설계에 대한 설명으로 옳은 것은?

1토압이 작용하는 경우 측벽에 작용하는 토압은 깊이에 따라 일정한 직사각형 분포로 고려한다.

2상자암거 설계에서 활하중을 고려하지 않는다.

3매설된 경우에 매설깊이는 고려할 필요가 없다.

4라멘 구조물의 경우 일반적으로 수평부재와 연직부재가 만나는 절점부에서 모멘트에 대한 수평부재의 위험단면은 연직부재의 전면으로 볼 수 있다.

정답 및 해설

라멘 구조물의 절점부에서 수평부재의 휨모멘트 위험단면은 연직부재의 전면으로 볼 수 있다는 설명이 옳다.

절점부는 단면이 커서 강성이 크므로, 지점 중심이 아니라 받침 부재의 면에서 설계 모멘트를 검토한다.

측벽 토압은 깊이에 따라 증가하는 삼각형(상재하중이 있으면 사다리꼴) 분포로 고려하므로 직사각형 분포는 틀리다.
상자암거 설계에서도 차량 등 활하중을 고려해야 한다.
매설된 경우 흙덮기 깊이에 따라 연직토압과 활하중 분포가 달라지므로 매설깊이를 고려해야 한다.

문제 9

3휨부재의 강도를 증가시키기 위하여 추가 인장철근과 이에 대응하는 압축철근을 사용할 수 있다.

4압축연단 콘크리트가 가정된 극한변형률인 0.003에 도달할 때 최외단 인장철근의 순인장변형률 ε_t가 0.003인 단면은 인장지배단면으로 분류된다.

정답 및 해설

순인장변형률이 0.003인 단면은 인장지배단면이 아니라 변화구간단면이므로 이 설명이 옳지 않다.

인장철근이 항복변형률에, 압축연단 콘크리트가 0.003에 동시에 도달하는 상태가 균형변형률 상태라는 설명은 옳다.
순인장변형률이 압축지배변형률 한계 이하인 단면을 압축지배단면이라 하는 것은 옳다.
추가 인장철근과 대응 압축철근(복철근)으로 휨강도를 증가시킬 수 있다는 설명은 옳다.

문제 10

12,142

22,448

32,520

42,880

정답 및 해설

콘크리트 압축력은 2,142 kN이다.

a=200 mm가 플랜지 두께 150 mm보다 크므로 T형 단면으로 계산한다. 압축력은 돌출 플랜지 부분과 복부 부분의 합이다.

돌출 플랜지: $0.85\times24\times(600-300)\times150=918000\,\mathrm{N}$
복부: $0.85\times24\times300\times200=1224000\,\mathrm{N}$
합계: $C=2142000\,\mathrm{N}=2142\,\mathrm{kN}$

2,448 kN은 폭 600 mm 전체에 a=200 mm를 곱한 직사각형 단면 값으로, 플랜지 아래 빈 부분까지 압축 영역에 넣었다.
2,880 kN은 직사각형으로 보면서 계수 0.85까지 뺀 값이다.
2,520 kN은 T형 압축 면적은 맞지만 계수 0.85를 빼고 계산한 값이다.

문제 11

1550

2600

3650

4700

정답 및 해설

필요한 최소 유효깊이는 600 mm이다.

수직스터럽의 전단강도 $V_s=\dfrac{A_vf_yd}{s}$ 에서 $d=\dfrac{V_s\,s}{A_vf_y}$ 이다.

$d=\dfrac{500\times10^3\times240}{500\times400}$
$=600\,\mathrm{mm}$

검토: $V_s$ 상한 $\dfrac{2}{3}\sqrt{f_{ck}}\,b_wd=\dfrac{2}{3}\times6\times400\times600=960\,\mathrm{kN}$ 이 500 kN보다 커서 단면 크기 조건도 만족한다.

문제 12

정답 및 해설

기초 저면 응력은 하중 쪽이 크고 반대쪽이 작은 사다리꼴 분포(q $_{min}$ >0)가 된다.

기초 폭은 1,200 mm이므로 핵 한계는 $B/6=200\,\mathrm{mm}$ 이다. 편심 $e=100\,\mathrm{mm}\lt 200\,\mathrm{mm}$ 이므로 전 구간이 압축이다.

$q=\dfrac{P}{B}\left(1\pm\dfrac{6e}{B}\right)=\dfrac{P}{B}(1\pm0.5)$

균일 분포는 편심이 0일 때의 형상이다.
최소 응력이 0인 삼각형 분포는 e=B/6일 때의 형상이다.
한쪽에 인장(아래 방향)이 생기는 분포는 e>B/6일 때의 형상이다.

문제 13

1ㄱ

2ㄴ

3ㄷ

4ㄹ

정답 및 해설

보 중앙 단면 응력은 하연에서 압축(+)이 크고 상연에서 작은 인장(−)이 되는 분포다.

응력은 $f=\dfrac{P}{A}\pm\dfrac{Pe\,y}{I}$ 이다. 긴장재가 중립축 아래에 있으므로 편심 모멘트가 하연 압축을 키우고 상연 압축을 줄인다.

전 높이가 인장인 분포는 축방향 압축 성분 $P/A$ 를 무시한 것으로, 프리스트레스만 받는 단면에서 나올 수 없다.
상연이 압축이고 하연이 크게 인장인 분포는 하연 압축이 가장 커야 한다는 조건에 어긋난다.
상연 압축이 크고 하연이 인장인 분포는 긴장재가 중립축 위에 있을 때의 형상이다.

문제 14

19.0

210.5

312.0

412.6

정답 및 해설

등가직사각형 응력블록 깊이는 12.0 mm이다.

1방향 슬래브는 단위폭 1,000 mm로 설계한다. D13@200이면 폭 1 m당 철근량은 $A_s=126\times\dfrac{1000}{200}=630\,\mathrm{mm^2}$ 이다.

$a=\dfrac{A_sf_y}{0.85f_{ck}b}=\dfrac{630\times340}{0.85\times21\times1000}=\dfrac{214200}{17850}=12.0\,\mathrm{mm}$

9.0 mm, 10.5 mm는 단위폭 철근량 630 mm²를 대입한 결과보다 작다.
12.6 mm는 대입 결과 12.0 mm보다 크다.

문제 15

1원형철근 대신 이형철근을 사용한다.

2철근의 순피복 두께를 크게 한다.

3동일한 철근비에 대해 지름이 작은 철근을 사용한다.

4동일한 철근 지름에 대해 철근비를 크게 한다.

정답 및 해설

순피복 두께를 크게 하면 균열폭이 오히려 커지므로 균열폭 감소 방법으로 옳지 않다.

균열폭은 철근에서 콘크리트 표면까지의 거리가 멀수록, 철근 응력이 클수록, 부착이 약할수록 커진다.

이형철근은 원형철근보다 부착성능이 좋아 균열이 분산되므로 균열폭이 줄어든다.
같은 철근비에서 가는 철근을 여러 개 쓰면 부착 둘레가 늘어 균열 간격과 균열폭이 줄어든다.
같은 지름에서 철근비를 크게 하면 철근 응력이 낮아져 균열폭이 줄어든다.

문제 16

11,500

21,650

31,800

41,950

정답 및 해설

인장 이형철근의 겹침이음 길이는 1,950 mm이다.

기본정착길이: $l_{db}=\dfrac{0.6d_bf_y}{\lambda\sqrt{f_{ck}}}$
$=\dfrac{0.6\times25\times500}{1.0\times5}=1500\,\mathrm{mm}$

보정계수가 주어지지 않았으므로 $l_d=1500\,\mathrm{mm}$ 로 본다.

배근 철근량/소요 철근량이 1.5로 2 미만이므로 B급 이음이며, 이음길이는 $1.3l_d=1.3\times1500=1950\,\mathrm{mm}$ 이다.

문제 17

410

정답 및 해설

비틀림의 영향을 무시할 수 없는 계수 비틀림모멘트의 최솟값은 6 kN·m이다.

비틀림을 무시할 수 있는 한계: $T_u<\phi\dfrac{\lambda\sqrt{f_{ck}}}{12}\dfrac{A_{cp}^2}{p_{cp}}$

$A_{cp}=400\times400=160000\,\mathrm{mm^2}$ , $p_{cp}=4\times400=1600\,\mathrm{mm}$
$\dfrac{A_{cp}^2}{p_{cp}}=\dfrac{160000^2}{1600}=1.6\times10^7\,\mathrm{mm^3}$

$0.75\times\dfrac{1.0\times6}{12}\times1.6\times10^7=6\times10^6\,\mathrm{N\cdot mm}=6\,\mathrm{kN\cdot m}$
비틀림 강도감소계수 0.75를 적용한 값이다.

문제 18

1㉠:㉡, ㉢

2㉠:㉡, ㉣

3㉡:㉣, ㉠

4㉡:㉣, ㉢

정답 및 해설

전단철근은 ㉠(굽힘철근)과 ㉡(스터럽)이고, 지간 중앙의 압축철근은 상부 주철근 ㉢이다.

㉣은 하부 주철근으로 지간 중앙에서 인장을 받으므로 압축철근이 아니다.
㉣을 전단철근으로 묶은 연결은 틀리다. 길이방향 하부 주철근은 휨 인장철근이다.
㉠을 압축철근으로 본 연결은 틀리다. 굽힘철근은 전단철근이다.

문제 19

그림과 같은 동일 재질의 강재로 만들㎣어진 직사각형 단면에 대해 x-x축에 대한 소성단면계수[×10⁶]는? (단, 좌굴은 고려하지 않는다)

212

324

436

정답 및 해설

x-x축에 대한 소성단면계수는 36×10 $^6$ mm³이다.

직사각형 단면의 소성단면계수는 $Z=\dfrac{bh^2}{4}$ 이다. 폭 400 mm, 높이 600 mm를 대입한다.

$Z=\dfrac{400\times600^2}{4}=36\times10^6\,\mathrm{mm^3}$

24×10 $^6$ 은 탄성단면계수 $bh^2/6$ 의 값이다.
12×10 $^6$ , 6×10 $^6$ 은 x-x축에 대해 $bh^2/4$ 에 대입한 결과와 맞지 않는다.

문제 20

토목 철근콘크리트 구조물의 설계 방법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1허용응력설계법은 구조물을 안전하게 설계하기 위해 하중에 의해 부재에 유발된 응력이 허용응력을 초과하였는지를 검증한다.

2한계상태설계법은 하중과 재료에 대하여 각각 하중계수와 재료계수를 사용하여 이들의 특성을 설계에 합리적으로 반영한다.

3설계법은 이론, 재료, 설계 및 시공 기술 등의 발전과 더불어 강도설계법→허용응력설계법→한계상태설계법 순서로 발전되었다.

4강도설계법은 기본적으로 부재의 파괴상태 또는 파괴에 가까운 상태에 기초를 둔 설계법이다.

정답 및 해설

설계법은 허용응력설계법 → 강도설계법 → 한계상태설계법 순서로 발전했으므로, 강도설계법이 허용응력설계법보다 먼저라는 설명이 옳지 않다.

허용응력설계법은 사용하중에 의한 응력이 허용응력을 넘지 않는지 검증하는 방법이므로 옳다.
한계상태설계법은 하중계수와 재료계수를 따로 적용해 각각의 특성을 반영하므로 옳다.
강도설계법은 부재의 파괴 또는 파괴에 가까운 상태(극한상태)에 기초하므로 옳다.