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

09년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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9급 지방직 토목설계 기출문제모두CBT · moducbt.com

09년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

구조물 설계방법에 대한 설명 중 옳은 것은?

1허용응력설계법은 비선형탄성이론에 기초한 설계법으로 사용하중에 의한 단면응력이 안전율을 고려한 허용응력 이하가 되도록 설계하는 방법이다.

2강도설계법은 부재의 소성상태에 기초한 설계법으로 사용하중에 하중계수를 곱한 계수하중이 부재의 공칭강도에 강도감소계수를 곱한 설계강도보다 크도록 설계하는 방법이다.

3한계상태설계법은 구조부재나 상세요소의 극한내력강도 또는 한계상태내력에 바탕을 두고 극한 또는 한계하중에 의한 부재력이 부재의 극한 또는 한계상태내력을 초과하지 않도록 하는 설계방법이다.

4하중저항계수설계법은 단일하중계수와 다중저항계수를 사용하여 구조물이 목표로 하는 한계여유를 일관성 있게 확보할 수 있는 설계법으로 한계상태설계법의 결점을 개선한 진전된 설계방법이다.

정답 및 해설

한계상태설계법은 극한 또는 한계상태내력에 바탕을 두고, 한계하중에 의한 부재력이 그 내력을 넘지 않도록 하는 방법이라는 설명이 옳다.

나머지 설명은 각 설계법의 기초 이론이나 부등호 방향, 하중계수 체계를 잘못 적었다.

허용응력설계법은 비선형이 아니라 선형탄성이론에 기초한다.
강도설계법은 계수하중에 의한 부재력이 설계강도보다 작거나 같도록 설계한다. 크도록 설계한다는 것은 방향이 반대다.
하중저항계수설계법은 단일하중계수가 아니라 여러 하중계수와 저항계수를 쓰는 한계상태설계법의 한 형태이다. 한계상태설계법의 결점을 개선한 별도 방법이라는 설명도 맞지 않다.

문제 2

그림과 같이 자중과 활하중의 합 w＝80 kN/m가 작용할 때 A점의 응력이 영(zero)이 되기 위한 PS강재의 긴장력[kN]은? (단, PS강재가 단면 중심에서 긴장되며 손실은 고려하지 않는다)

12,400

22,450

34,100

44,200

정답 및 해설

A점(지간 중앙 하연)의 응력이 영이 되려면 긴장력에 의한 균일 압축응력이 하중에 의한 휨 인장응력과 같아야 하므로 긴장력은 4,200 kN이다.

조건: $\dfrac{P}{A}-\dfrac{M}{Z}=0\;\Rightarrow\;P=\dfrac{M\,A}{Z}=\dfrac{6M}{h}$

최대 휨모멘트: $M=\dfrac{wL^2}{8}=\dfrac{80\times 7^2}{8}=490\,\mathrm{kN\cdot m}$

긴장력: $P=\dfrac{6\times 490}{0.7}=4{,}200\,\mathrm{kN}$

단면 중심 긴장이라 편심 모멘트 항이 없고, 직사각형 단면에서 $A/Z=6/h$ 로 폭이 약분된다.
지간을 3.5 m로 잘못 잡거나 단면계수를 $bh^2/12$ 로 쓰면 다른 값이 나온다.

문제 3

휨부재의 최소 철근량 규정에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

1균열 모멘트가 보의 강도를 초과할 경우 적절한 양의 철근이 배근되어 있지 않다면 균열발생과 동시에 보에는 예상치 못한 급격한 파괴가 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위한 규정이다.

2철근의 최대 간격은 슬래브 또는 기초판 두께의 4배와 500mm 중 큰 값을 초과하지 않도록 하여야 한다.

3휨부재의 최소 철근비는 원칙적으로 0.25√f_ck/f_y와 1.4/f_y의 값 중에서 큰 값 이상으로 하여야 한다.

4부재의 모든 단면에서 해석에 의해 필요한 철근량보다 1/3 이상 인장철근이 더 배치되는 경우에는 최소 철근량 규정을 적용하지 않을 수 있다.

정답 및 해설

최소 철근량 규정에서 슬래브·기초판 철근의 최대 간격은 두께의 배수와 고정 간격 가운데 작은 값 이하로 제한한다. 따라서 더 큰 배수와 간격을 제시하고 그중 큰 값을 허용한다는 설명이 옳지 않다.

최대 간격 제한은 균열 분산을 위한 상한이다. 큰 값을 택하면 제한하는 의미가 없어진다.

균열모멘트가 보의 강도를 넘으면 균열과 동시에 취성파괴가 일어날 수 있다. 최소 철근량은 이를 막기 위한 규정이다.
휨부재 최소 철근비는 $\dfrac{0.25\sqrt{f_{ck}}}{f_y}$ 와 $\dfrac{1.4}{f_y}$ 중 큰 값 이상으로 한다.
모든 단면에서 해석상 필요한 양보다 1/3 이상 많은 인장철근을 배치하면 최소 철근량 규정을 적용하지 않을 수 있다.

문제 4

설계기준압축강도 f_ck [MPa]가 21이상 35이하인 경우의 배합강도 f_cr [MPa]는? (단, 압축강도의 시험 횟수가 14회 이하이거나 현장강도 기록자료가 없는 경우이다)

1f_cr ＝ f_ck＋7

2f_cr ＝ f_ck＋8.5

3f_cr ＝ f_ck＋10

4f_cr ＝ f_ck＋15.5

정답 및 해설

시험 기록이 14회 이하이거나 없을 때, 설계기준압축강도가 21~35MPa 구간이면 배합강도는 $f_{cr}=f_{ck}+8.5$ 이다.

표준편차를 구할 수 없으므로 강도 구간별로 정해진 할증값을 더한다. 강도가 높을수록 할증이 커진다.

$f_{ck}+7$ 은 21MPa 미만인 낮은 강도 구간에 적용하는 값이다.
$f_{ck}+10$ 과 $f_{ck}+15.5$ 는 이 구간 기준에 없는 할증값이다. 35MPa를 넘는 구간은 상수를 더하지 않고 $f_{ck}$ 에 비례하는 식을 쓴다.

문제 5

그림과 같은 임의 단면에서 중립축거리 c에 작용하는 압축응력을 등가직사각형응력분포로 환산하여 그 면적을 빗금친 부분으로 나타내었다면, 철근량 A_S[mm²]는? (단, f_ck＝24MPa, f_y＝400MPa, 빗금친 부분의 면적은 40,000mm²이다)

12,040

22,160

32,380

42,430

정답 및 해설

임의 단면이라도 압축력 C = 인장력 T의 힘의 평형으로 구하며, 철근량은 2,040 mm²이다.

압축력: $C=0.85f_{ck}A_c=0.85\times 24\times 40{,}000=816{,}000\,\mathrm{N}$

평형: $A_sf_y=C\;\Rightarrow\;A_s=\dfrac{816{,}000}{400}=2{,}040\,\mathrm{mm^2}$

빗금친 면적이 곧 등가직사각형 응력블록의 면적이므로 단면 형상(타원 등)과 무관하게 $0.85f_{ck}$ 를 곱하면 압축력이 된다.
0.85를 빼먹으면 2,400 mm²가 되어 보기와 맞지 않는다.

문제 6

철근의 정착 및 이음에 대한 설명 중 옳은 것은?

1철근의 정착방법에는 묻힘길이에 의한 정착, 갈고리에 의한 정착, 겹이음길이에 의한 정착, 기계적 정착 또는 이들의 조합에 의한 정착이 있으며, 갈고리에 의한 정착은 압축철근의 정착에 유효하다.

2묻힘길이에 의한 정착시 인장철근과 압축철근의 소요 정착 길이는 동일하게 산정한다.

3용접이형철망을 겹침이음하는 최소 길이는 두 장의 철망이 겹쳐진 길이가 2.0 l_d이상 또한 50 mm 이상이어야 한다.

4휨부재에서 서로 직접 접촉되지 않게 겹침이음된 철근은 횡방향으로 소요 겹침 이음길이의 1/5 또는 150mm 중 작은 값 이상 떨어지지 않아야 한다.

정답 및 해설

직접 접촉하지 않게 겹침이음한 휨부재 철근은 횡방향으로 소요 겹침이음길이의 1/5 또는 150mm 중 작은 값 이상 떨어지지 않아야 한다는 설명이 옳다.

철근 사이가 너무 벌어지면 두 철근 사이에서 힘이 콘크리트를 통해 제대로 전달되지 않기 때문이다.

갈고리는 인장철근의 정착에만 유효하며, 압축철근의 정착에는 유효하지 않다.
묻힘길이 정착에서 인장철근과 압축철근은 소요 정착길이를 서로 다른 식으로 산정한다. 압축 쪽이 더 짧다.
용접이형철망의 겹침이음 최소 길이를 규정과 다르게 적었다. 겹침이음 길이 배수와 최소 길이 모두 기준값과 다르다.

문제 7

강도설계법에서 P-M 상관도를 이용하여 기둥단면을 설계할 때, 압축파괴구역에 해당하는 것으로 가장 옳은 것은? (단, e＝편심거리, e_b＝균형편심거리, P_b＝균형축하중, P_u＝극한하중, M_b＝ 균형모멘트이다)

1e＝e_b , P_u＝P_b

2e＜e_b, P_u＜P_b

3e＜e_b, P_u＞P_b

4e＞e_b, P_u＞P_b

정답 및 해설

압축파괴구역은 P-M 상관도에서 균형점 위쪽 구간으로, 편심이 균형편심보다 작고 축하중이 균형축하중보다 큰 경우이다.

편심이 작을수록 축력이 지배해 인장철근이 항복하기 전에 콘크리트가 먼저 압괴되며, 이때 극한하중은 균형축하중을 넘는다.

편심과 축하중이 모두 균형값과 같은 경우는 균형파괴 상태이다.
편심이 균형편심보다 크고 축하중이 균형축하중보다 작은 쪽이 인장파괴구역이며, 편심이 작으면서 축하중도 작은 조합은 상관도상 성립하지 않는다.
편심이 균형편심보다 큰데 축하중이 더 큰 조합도 상관도의 하나의 하중선 위에서 나타날 수 없다.

문제 8

1방향 슬래브의 설계에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

1경간 중앙의 정모멘트는 양단 고정으로 보고 계산한 값 이상으로 취하여야 한다.

2슬래브의 두께는 최소 100mm 이상으로 하여야 한다.

3순경간이 3.0m를 초과할 때 순경간 내면의 휨모멘트는 설계모멘트로 사용할 수 없다.

4활하중에 의한 경간 중앙의 부모멘트는 산정된 값의 1/2만 취할 수 있다.

정답 및 해설

1방향 슬래브에서 순경간이 3.0m를 초과하면 받침부(순경간) 내면의 휨모멘트를 설계모멘트로 사용할 수 있다. 따라서 사용할 수 없다고 한 설명이 옳지 않다.

나머지 설명은 1방향 슬래브 설계 규정과 일치한다.

경간 중앙의 정모멘트는 양단 고정으로 보고 계산한 값 이상으로 취한다.
1방향 슬래브의 두께는 최소 100mm 이상으로 한다.
활하중에 의한 경간 중앙의 부모멘트는 산정된 값의 1/2만 취할 수 있다.

문제 9

I－형강을 길이 6.5m인 교량의 수평 인장브레이싱으로 사용할 때 세장비(λ)는? (단, I-200×150×9×16 : A＝50 cm², I_x＝5,000 cm⁴, I_y＝1,250 cm⁴ 이다)

165

2130

3150

4170

정답 및 해설

인장 브레이싱의 세장비는 최소 단면2차반지름으로 계산하며, 그 값은 130이다.

약축 기준으로 $r_{min}=\sqrt{\dfrac{I_y}{A}}=\sqrt{\dfrac{1250}{50}}=5\,\mathrm{cm}$

세장비는 $\lambda=\dfrac{L}{r_{min}}=\dfrac{650}{5}=130$

강축 $I_x$ 로 계산하면 $r=10\,\mathrm{cm}$ , 세장비 65가 나온다. 이렇게 하면 세장비를 과소평가하게 된다.

문제 10

폭 b＝300mm, 유효깊이 d＝500 mm, 콘크리트 설계기준압축강도 f_ck＝36MPa인 직사각형 단면보에 철근 설계기준항복강도 f_y＝300MPa인 U형 스터럽을 간격 s＝200mm로 배치하였을 때 공칭전단강도 V_n[kN]은? (단, 스터럽 한가닥의 면적은 100mm²이다)

1150

2200

3225

4300

정답 및 해설

공칭전단강도는 콘크리트가 받는 $V_c$ 와 스터럽이 받는 $V_s$ 를 합한 300kN이다.

콘크리트 기여분은 $V_c=\dfrac{1}{6}\sqrt{f_{ck}}\,b\,d=\dfrac{1}{6}\times 6\times 300\times 500=150000\,\mathrm{N}=150\,\mathrm{kN}$

U형 스터럽은 두 가닥이므로 $A_v=2\times 100=200\,\mathrm{mm^2}$
철근 기여분은 $V_s=\dfrac{A_v f_y d}{s}=\dfrac{200\times 300\times 500}{200}=150000\,\mathrm{N}=150\,\mathrm{kN}$

두 값을 합하면 $V_n=V_c+V_s=150+150=300\,\mathrm{kN}$ 이다. 스터럽을 한 가닥으로 계산하면 225kN이라는 오답이 나온다.

문제 11

옹벽설계 시 구조해석에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1캔틸레버식 옹벽의 저판은 전면벽과의 접합부를 고정단으로 간주한 캔틸레버로 가정하여 단면을 설계할 수 있다.

2부벽식 옹벽의 저판은 정밀한 해석이 사용되지 않는 한 부벽간의 거리를 경간으로 가정한 고정보 또는 연속보로 설계할 수 있다.

3캔틸레버식 옹벽의 전면벽은 저판에 지지된 캔틸레버로 설계할 수 있다.

4부벽식 옹벽의 전면벽은 2변 지지된 2방향 슬래브로 설계할 수 있다.

정답 및 해설

부벽식 옹벽의 전면벽은 2변이 아니라 3변 지지된 2방향 슬래브로 설계한다. 따라서 2변 지지라는 설명이 옳지 않다.

전면벽은 양쪽 부벽과 아래쪽 저판에 붙어 있어 세 변이 지지되고, 위쪽 한 변만 자유단이다.

캔틸레버식 옹벽의 저판은 전면벽과의 접합부를 고정단으로 보는 캔틸레버로 설계할 수 있다.
부벽식 옹벽의 저판은 부벽 사이 거리를 경간으로 하는 고정보 또는 연속보로 설계할 수 있다.
캔틸레버식 옹벽의 전면벽은 저판에 지지된 캔틸레버로 설계할 수 있다.

문제 12

단철근 직사각형 보에서 유도된 값 중 옳지 않은 것은?

a : 콘크리트 압축부 직사각형 등가응력 블록의 깊이
$A_s$ : 인장철근의 단면적
$f_y$ : 철근의 설계기준항복강도
$f_{ck}$ : 콘크리트의 설계기준압축강도
b : 단면의 폭
$\rho$ : 철근비
d : 단면의 유효깊이
$M_n$ : 공칭모멘트

정답 및 해설

옳지 않은 것은 압축력 항에 폭 b 대신 유효깊이 d를 넣은 식이다.

등가응력블록의 압축력은 $C=0.85f_{ck}ab$ 이므로 공칭모멘트는 $M_n=0.85f_{ck}ab\left(d-\dfrac{a}{2}\right)$ 가 되어야 한다.

응력블록 깊이 식은 C = T 평형 $0.85f_{ck}ab=A_sf_y$ 에서 바로 얻어지는 옳은 식이다.
철근비로 쓴 공칭모멘트 식은 $A_s=\rho bd$ 와 $a=\rho f_yd/(0.85f_{ck})$ 를 대입해 정리한 옳은 식이다( $1/(2\times 0.85)\approx 0.59$ ).
인장력 × 팔길이 식은 인장철근의 항복력에 $d-a/2$ 를 곱한 형태로 옳은 유도이다(철근량 기호가 $A_y$ 로 인쇄된 것은 $A_s$ 의 오식).

문제 13

철근콘크리트 확대기초에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

1독립확대기초 및 벽확대기초의 휨모멘트는 단순보로서 산출하여야 한다.

2확대기초는 부재로서 필요한 두께를 확보함과 동시에 강체로서 취급되는 두께를 가져야함을 원칙으로 한다.

3휨설계에서 연속확대기초의 캔틸레버로서 작용하는 부분은 독립확대기초와 같이 설계하여야 한다.

4확대기초는 캔틸레버보, 단순보, 고정보 등 보 부재로서 설계하여야 한다.

정답 및 해설

독립확대기초와 벽확대기초의 휨모멘트는 단순보가 아니라 위험단면을 고정단으로 보는 캔틸레버로 산정한다. 따라서 단순보로 산출한다는 설명이 옳지 않다.

기둥이나 벽에서 바깥으로 내민 기초판이 지반 반력을 받아 휘므로 캔틸레버 거동을 한다.

확대기초는 부재로서 필요한 두께를 확보하면서, 강체로 취급할 수 있는 두께를 가지는 것을 원칙으로 한다.
연속확대기초에서 캔틸레버로 작용하는 부분은 독립확대기초와 같은 방식으로 휨설계한다.
확대기초는 지지 조건에 따라 캔틸레버보·단순보·고정보 등 보 부재로 설계한다.

문제 14

그림과 같은 PSC부재의 A단에서 강재를 긴장할 경우 B단까지의 마찰에 의한 긴장력 감소율[%]은? (단, θ₁＝0.11 rad, θ₂＝0.07 rad, θ₃＝0.11 rad, μ(곡률마찰계수)＝0.50, k(파상마찰계수)＝0.0015 이고 근사법으로 계산한다)

117.5

218.5

319.5

420.5

정답 및 해설

근사법에서 마찰 감소율은 곡률마찰 μα와 파상마찰 kL의 합이며, 결과는 20.5%이다.

총 각변화: $\alpha=0.11+0.07+0.11=0.29\,\mathrm{rad}$

감소율: $\mu\alpha+kL=0.50\times 0.29+0.0015\times 40=0.145+0.060=0.205$

A단에서 B단까지 세 번 꺾이므로 각변화는 모두 합산해야 하며, 하나만 쓰면 값이 크게 작아진다.
긴장재 길이는 부재 길이 40 m로 근사한다.

문제 15

기둥설계에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

1기둥을 설계할 때 축력은 모든 바닥판 또는 지붕에 작용하는 사용하중으로부터 기둥에 전달된 힘으로 취하여야 하고, 최대 모멘트는 그 기둥에 인접한 바닥판 또는 지붕의 양쪽 경간에 작용하는 사용하중에 의한 전단모멘트로 취하여야 한다.

2바닥판으로부터 기둥으로 전달되는 모든 휨모멘트는 그 바닥판 상하측 각 기둥의 상대 강성과 구속조건에 따라 상하측 각 기둥에 분배시켜야 한다.

3골조 또는 연속구조물을 설계할 때 내ㆍ외부 기둥의 불균형 바닥판 하중과 기타 편심하중에 의한 영향을 고려하여야 한다.

4연직하중으로 인한 기둥의 휨모멘트를 계산할 때 구조물과 일체로 된 기둥의 먼 단부는 고정되어 있다고 가정할 수 있다.

정답 및 해설

기둥 설계의 축력과 최대 모멘트는 사용하중이 아니라 계수하중으로 산정한다. 따라서 사용하중으로 취한다는 설명이 옳지 않다.

최대 모멘트는 인접한 양쪽 경간 중 한쪽 경간에만 계수하중이 실린 경우처럼 불리한 재하 상태에서 구한다. 이 설명은 그 재하 조건도 잘못 적었다.

바닥판에서 기둥으로 전달되는 휨모멘트는 상하 기둥의 상대 강성과 구속조건에 따라 위아래 기둥에 분배한다.
골조나 연속구조물에서는 내·외부 기둥의 불균형 바닥판 하중과 편심하중의 영향을 고려한다.
연직하중에 의한 기둥 휨모멘트를 계산할 때, 구조물과 일체인 기둥의 먼 단부는 고정으로 가정할 수 있다.

문제 16

그림과 같이 양단이 고정되고 단면이 균일한 보의 중앙에 집중하중 P가 작용하고 있을 경우, 탄성처짐곡선의 접선의 기울기가 영(zero)인 곳은?

1A, C 점

2B 점

3A, B, C 점

4AB의 중간점과 BC의 중간점

정답 및 해설

접선 기울기가 영인 곳은 양 고정단 A, C와 중앙점 B 세 곳이다.

고정단은 회전이 구속되어 처짐각이 0이고, 하중과 지점이 좌우 대칭이므로 중앙 B에서 최대 처짐이 생겨 그 점의 접선도 수평이다.

고정단만 꼽으면 대칭 중앙의 수평 접선을 빠뜨린다.
중앙점만 꼽으면 고정단의 회전 구속을 빠뜨린다.
AB·BC의 중간점은 모멘트가 0인 변곡점 부근으로, 기울기가 오히려 가장 큰 쪽이다.

문제 17

그림과 같이 두께가 동일한 강판을 공장에서 겹침이음 필렛(fillet)용접을 하였다. 용접치수 s＝10mm일 때, 용접부의 허용하중 P [kN]에 가장 가까운 값은? (단, SM400 강재를 사용하고 용접부 허용응력은 80MPa이다)

185

2170

3200

4255

정답 및 해설

필렛용접의 허용하중은 목두께 × 유효길이 × 허용응력이며, 약 170 kN이다.

목두께: $a=0.7s=0.7\times 10=7\,\mathrm{mm}$

유효길이(양측 2줄): $l=2\times 150=300\,\mathrm{mm}$

허용하중: $P=80\times 7\times 300=168{,}000\,\mathrm{N}\approx 170\,\mathrm{kN}$

용접선 한 줄만 계산하면 약 85 kN이 되어 절반으로 과소 평가된다.
목두께 대신 용접치수 s를 그대로 쓰면 240 kN으로 과대 평가된다.

문제 18

단변의 길이가 l 이고 장변의 길이가 3 l 인 단순 지지된 2방향 슬래브 중앙에 집중하중 P가 작용하고, 그 슬래브 전체에 등분포하중 w가 작용할 때 cd대가 부담하는 하중의 총 크기는? (단, 슬래브의 EI는 일정하다)

정답 및 해설

교차하는 두 띠의 중앙 처짐이 같다는 조건으로 분배하면 장변 방향 cd대의 부담은 w/82 + P/28이다.

집중하중: 처짐이 $L^3$ 에 비례하므로 $P_{cd}=\dfrac{l^3}{l^3+(3l)^3}P=\dfrac{P}{28}$

등분포하중: 처짐이 $L^4$ 에 비례하므로 $w_{cd}=\dfrac{l^4}{l^4+(3l)^4}w=\dfrac{w}{82}$

분자에 $27$ , $81$ 이 붙은 값은 단변 방향 ab대가 부담하는 몫이다.
분모 9·17은 장변비를 2로 잡았을 때( $1+2^3$ , $1+2^4$ )의 값으로, 이 슬래브의 3배 비와 맞지 않는다.

문제 19

프리텐션방식의 PSC에 초기 긴장력을 가했을 때 프리스트레스 도입 직후 PS강재 도심위치에서의 콘크리트압축응력(f_cs)이 5MPa로 산정되었다. 이때 PS강재의 탄성계수(E_p)는 2.0 × 10⁵MPa이고 콘크리트의 탄성계수(E_c)는 4.0 × 10⁴MPa일 경우, 콘크리트 탄성변형에 의한 PS강재의 프리스트레스 감소량[MPa]은?

22.5

310

425

정답 및 해설

프리텐션 부재의 탄성수축 손실은 탄성계수비 × 강재 도심의 콘크리트 응력으로 구하며, 값은 25MPa이다.

탄성계수비는 $n=\dfrac{E_p}{E_c}=\dfrac{2.0\times 10^{5}}{4.0\times 10^{4}}=5$

손실량은 $\Delta f_{p}=n\,f_{cs}=5\times 5=25\,\mathrm{MPa}$

프리텐션은 긴장재를 한꺼번에 풀어 프리스트레스를 주므로, 강재가 콘크리트와 같은 변형을 겪는다. 그래서 감소량에 보정계수를 곱하지 않고 전량을 적용한다.

문제 20

강도설계법에서 철근콘크리트 보의 설계휨강도(M_d)를 증가시키는 방법으로 옳은 것은?

1단면의 폭을 크게 한다.

2콘크리트의 설계기준압축강도를 작게 한다.

3인장지배 단면보다는 압축지배 단면이 되도록 한다.

4단면의 유효깊이를 작게 한다.

정답 및 해설

설계휨강도를 키우는 방법은 단면의 폭을 크게 하는 것이다.

폭이 커지면 같은 철근량에서 등가응력블록 깊이 $a$ 가 줄어든다. 그러면 팔길이 $d-\dfrac{a}{2}$ 가 늘어 $M_n=A_sf_y\left(d-\dfrac{a}{2}\right)$ 이 커진다.

콘크리트 압축강도를 낮추면 $a$ 가 커지고 팔길이가 줄어 강도가 감소한다.
압축지배단면은 인장지배단면보다 강도감소계수가 작아 설계강도가 낮고 연성도 부족하다.
유효깊이를 줄이면 팔길이가 직접 줄어 휨강도가 크게 감소한다.

9급 지방직 토목설계 기출문제모두CBT · moducbt.com

09년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

구조물 설계방법에 대한 설명 중 옳은 것은?

1허용응력설계법은 비선형탄성이론에 기초한 설계법으로 사용하중에 의한 단면응력이 안전율을 고려한 허용응력 이하가 되도록 설계하는 방법이다.

정답 및 해설

한계상태설계법은 극한 또는 한계상태내력에 바탕을 두고, 한계하중에 의한 부재력이 그 내력을 넘지 않도록 하는 방법이라는 설명이 옳다.

나머지 설명은 각 설계법의 기초 이론이나 부등호 방향, 하중계수 체계를 잘못 적었다.

허용응력설계법은 비선형이 아니라 선형탄성이론에 기초한다.
강도설계법은 계수하중에 의한 부재력이 설계강도보다 작거나 같도록 설계한다. 크도록 설계한다는 것은 방향이 반대다.
하중저항계수설계법은 단일하중계수가 아니라 여러 하중계수와 저항계수를 쓰는 한계상태설계법의 한 형태이다. 한계상태설계법의 결점을 개선한 별도 방법이라는 설명도 맞지 않다.

문제 2

12,400

22,450

34,100

44,200

정답 및 해설

A점(지간 중앙 하연)의 응력이 영이 되려면 긴장력에 의한 균일 압축응력이 하중에 의한 휨 인장응력과 같아야 하므로 긴장력은 4,200 kN이다.

조건: $\dfrac{P}{A}-\dfrac{M}{Z}=0\;\Rightarrow\;P=\dfrac{M\,A}{Z}=\dfrac{6M}{h}$

최대 휨모멘트: $M=\dfrac{wL^2}{8}=\dfrac{80\times 7^2}{8}=490\,\mathrm{kN\cdot m}$

긴장력: $P=\dfrac{6\times 490}{0.7}=4{,}200\,\mathrm{kN}$

단면 중심 긴장이라 편심 모멘트 항이 없고, 직사각형 단면에서 $A/Z=6/h$ 로 폭이 약분된다.
지간을 3.5 m로 잘못 잡거나 단면계수를 $bh^2/12$ 로 쓰면 다른 값이 나온다.

문제 3

휨부재의 최소 철근량 규정에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

2철근의 최대 간격은 슬래브 또는 기초판 두께의 4배와 500mm 중 큰 값을 초과하지 않도록 하여야 한다.

3휨부재의 최소 철근비는 원칙적으로 0.25√f_ck/f_y와 1.4/f_y의 값 중에서 큰 값 이상으로 하여야 한다.

4부재의 모든 단면에서 해석에 의해 필요한 철근량보다 1/3 이상 인장철근이 더 배치되는 경우에는 최소 철근량 규정을 적용하지 않을 수 있다.

정답 및 해설

최대 간격 제한은 균열 분산을 위한 상한이다. 큰 값을 택하면 제한하는 의미가 없어진다.

균열모멘트가 보의 강도를 넘으면 균열과 동시에 취성파괴가 일어날 수 있다. 최소 철근량은 이를 막기 위한 규정이다.
휨부재 최소 철근비는 $\dfrac{0.25\sqrt{f_{ck}}}{f_y}$ 와 $\dfrac{1.4}{f_y}$ 중 큰 값 이상으로 한다.
모든 단면에서 해석상 필요한 양보다 1/3 이상 많은 인장철근을 배치하면 최소 철근량 규정을 적용하지 않을 수 있다.

문제 4

1f_cr ＝ f_ck＋7

2f_cr ＝ f_ck＋8.5

3f_cr ＝ f_ck＋10

4f_cr ＝ f_ck＋15.5

정답 및 해설

시험 기록이 14회 이하이거나 없을 때, 설계기준압축강도가 21~35MPa 구간이면 배합강도는 $f_{cr}=f_{ck}+8.5$ 이다.

표준편차를 구할 수 없으므로 강도 구간별로 정해진 할증값을 더한다. 강도가 높을수록 할증이 커진다.

$f_{ck}+7$ 은 21MPa 미만인 낮은 강도 구간에 적용하는 값이다.
$f_{ck}+10$ 과 $f_{ck}+15.5$ 는 이 구간 기준에 없는 할증값이다. 35MPa를 넘는 구간은 상수를 더하지 않고 $f_{ck}$ 에 비례하는 식을 쓴다.

문제 5

12,040

22,160

32,380

42,430

정답 및 해설

임의 단면이라도 압축력 C = 인장력 T의 힘의 평형으로 구하며, 철근량은 2,040 mm²이다.

압축력: $C=0.85f_{ck}A_c=0.85\times 24\times 40{,}000=816{,}000\,\mathrm{N}$

평형: $A_sf_y=C\;\Rightarrow\;A_s=\dfrac{816{,}000}{400}=2{,}040\,\mathrm{mm^2}$

빗금친 면적이 곧 등가직사각형 응력블록의 면적이므로 단면 형상(타원 등)과 무관하게 $0.85f_{ck}$ 를 곱하면 압축력이 된다.
0.85를 빼먹으면 2,400 mm²가 되어 보기와 맞지 않는다.

문제 6

철근의 정착 및 이음에 대한 설명 중 옳은 것은?

2묻힘길이에 의한 정착시 인장철근과 압축철근의 소요 정착 길이는 동일하게 산정한다.

3용접이형철망을 겹침이음하는 최소 길이는 두 장의 철망이 겹쳐진 길이가 2.0 l_d이상 또한 50 mm 이상이어야 한다.

4휨부재에서 서로 직접 접촉되지 않게 겹침이음된 철근은 횡방향으로 소요 겹침 이음길이의 1/5 또는 150mm 중 작은 값 이상 떨어지지 않아야 한다.

정답 및 해설

철근 사이가 너무 벌어지면 두 철근 사이에서 힘이 콘크리트를 통해 제대로 전달되지 않기 때문이다.

갈고리는 인장철근의 정착에만 유효하며, 압축철근의 정착에는 유효하지 않다.
묻힘길이 정착에서 인장철근과 압축철근은 소요 정착길이를 서로 다른 식으로 산정한다. 압축 쪽이 더 짧다.
용접이형철망의 겹침이음 최소 길이를 규정과 다르게 적었다. 겹침이음 길이 배수와 최소 길이 모두 기준값과 다르다.

문제 7

1e＝e_b , P_u＝P_b

2e＜e_b, P_u＜P_b

3e＜e_b, P_u＞P_b

4e＞e_b, P_u＞P_b

정답 및 해설

압축파괴구역은 P-M 상관도에서 균형점 위쪽 구간으로, 편심이 균형편심보다 작고 축하중이 균형축하중보다 큰 경우이다.

편심이 작을수록 축력이 지배해 인장철근이 항복하기 전에 콘크리트가 먼저 압괴되며, 이때 극한하중은 균형축하중을 넘는다.

편심과 축하중이 모두 균형값과 같은 경우는 균형파괴 상태이다.
편심이 균형편심보다 크고 축하중이 균형축하중보다 작은 쪽이 인장파괴구역이며, 편심이 작으면서 축하중도 작은 조합은 상관도상 성립하지 않는다.
편심이 균형편심보다 큰데 축하중이 더 큰 조합도 상관도의 하나의 하중선 위에서 나타날 수 없다.

문제 8

1방향 슬래브의 설계에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

1경간 중앙의 정모멘트는 양단 고정으로 보고 계산한 값 이상으로 취하여야 한다.

2슬래브의 두께는 최소 100mm 이상으로 하여야 한다.

3순경간이 3.0m를 초과할 때 순경간 내면의 휨모멘트는 설계모멘트로 사용할 수 없다.

4활하중에 의한 경간 중앙의 부모멘트는 산정된 값의 1/2만 취할 수 있다.

정답 및 해설

나머지 설명은 1방향 슬래브 설계 규정과 일치한다.

경간 중앙의 정모멘트는 양단 고정으로 보고 계산한 값 이상으로 취한다.
1방향 슬래브의 두께는 최소 100mm 이상으로 한다.
활하중에 의한 경간 중앙의 부모멘트는 산정된 값의 1/2만 취할 수 있다.

문제 9

I－형강을 길이 6.5m인 교량의 수평 인장브레이싱으로 사용할 때 세장비(λ)는? (단, I-200×150×9×16 : A＝50 cm², I_x＝5,000 cm⁴, I_y＝1,250 cm⁴ 이다)

165

2130

3150

4170

정답 및 해설

인장 브레이싱의 세장비는 최소 단면2차반지름으로 계산하며, 그 값은 130이다.

약축 기준으로 $r_{min}=\sqrt{\dfrac{I_y}{A}}=\sqrt{\dfrac{1250}{50}}=5\,\mathrm{cm}$

세장비는 $\lambda=\dfrac{L}{r_{min}}=\dfrac{650}{5}=130$

강축 $I_x$ 로 계산하면 $r=10\,\mathrm{cm}$ , 세장비 65가 나온다. 이렇게 하면 세장비를 과소평가하게 된다.

문제 10

1150

2200

3225

4300

정답 및 해설

공칭전단강도는 콘크리트가 받는 $V_c$ 와 스터럽이 받는 $V_s$ 를 합한 300kN이다.

콘크리트 기여분은 $V_c=\dfrac{1}{6}\sqrt{f_{ck}}\,b\,d=\dfrac{1}{6}\times 6\times 300\times 500=150000\,\mathrm{N}=150\,\mathrm{kN}$

U형 스터럽은 두 가닥이므로 $A_v=2\times 100=200\,\mathrm{mm^2}$
철근 기여분은 $V_s=\dfrac{A_v f_y d}{s}=\dfrac{200\times 300\times 500}{200}=150000\,\mathrm{N}=150\,\mathrm{kN}$

두 값을 합하면 $V_n=V_c+V_s=150+150=300\,\mathrm{kN}$ 이다. 스터럽을 한 가닥으로 계산하면 225kN이라는 오답이 나온다.

문제 11

옹벽설계 시 구조해석에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1캔틸레버식 옹벽의 저판은 전면벽과의 접합부를 고정단으로 간주한 캔틸레버로 가정하여 단면을 설계할 수 있다.

2부벽식 옹벽의 저판은 정밀한 해석이 사용되지 않는 한 부벽간의 거리를 경간으로 가정한 고정보 또는 연속보로 설계할 수 있다.

3캔틸레버식 옹벽의 전면벽은 저판에 지지된 캔틸레버로 설계할 수 있다.

4부벽식 옹벽의 전면벽은 2변 지지된 2방향 슬래브로 설계할 수 있다.

정답 및 해설

부벽식 옹벽의 전면벽은 2변이 아니라 3변 지지된 2방향 슬래브로 설계한다. 따라서 2변 지지라는 설명이 옳지 않다.

전면벽은 양쪽 부벽과 아래쪽 저판에 붙어 있어 세 변이 지지되고, 위쪽 한 변만 자유단이다.

캔틸레버식 옹벽의 저판은 전면벽과의 접합부를 고정단으로 보는 캔틸레버로 설계할 수 있다.
부벽식 옹벽의 저판은 부벽 사이 거리를 경간으로 하는 고정보 또는 연속보로 설계할 수 있다.
캔틸레버식 옹벽의 전면벽은 저판에 지지된 캔틸레버로 설계할 수 있다.

문제 12

단철근 직사각형 보에서 유도된 값 중 옳지 않은 것은?

a : 콘크리트 압축부 직사각형 등가응력 블록의 깊이
$A_s$ : 인장철근의 단면적
$f_y$ : 철근의 설계기준항복강도
$f_{ck}$ : 콘크리트의 설계기준압축강도
b : 단면의 폭
$\rho$ : 철근비
d : 단면의 유효깊이
$M_n$ : 공칭모멘트

정답 및 해설

옳지 않은 것은 압축력 항에 폭 b 대신 유효깊이 d를 넣은 식이다.

등가응력블록의 압축력은 $C=0.85f_{ck}ab$ 이므로 공칭모멘트는 $M_n=0.85f_{ck}ab\left(d-\dfrac{a}{2}\right)$ 가 되어야 한다.

응력블록 깊이 식은 C = T 평형 $0.85f_{ck}ab=A_sf_y$ 에서 바로 얻어지는 옳은 식이다.
철근비로 쓴 공칭모멘트 식은 $A_s=\rho bd$ 와 $a=\rho f_yd/(0.85f_{ck})$ 를 대입해 정리한 옳은 식이다( $1/(2\times 0.85)\approx 0.59$ ).
인장력 × 팔길이 식은 인장철근의 항복력에 $d-a/2$ 를 곱한 형태로 옳은 유도이다(철근량 기호가 $A_y$ 로 인쇄된 것은 $A_s$ 의 오식).

문제 13

철근콘크리트 확대기초에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

1독립확대기초 및 벽확대기초의 휨모멘트는 단순보로서 산출하여야 한다.

2확대기초는 부재로서 필요한 두께를 확보함과 동시에 강체로서 취급되는 두께를 가져야함을 원칙으로 한다.

3휨설계에서 연속확대기초의 캔틸레버로서 작용하는 부분은 독립확대기초와 같이 설계하여야 한다.

4확대기초는 캔틸레버보, 단순보, 고정보 등 보 부재로서 설계하여야 한다.

정답 및 해설

기둥이나 벽에서 바깥으로 내민 기초판이 지반 반력을 받아 휘므로 캔틸레버 거동을 한다.

확대기초는 부재로서 필요한 두께를 확보하면서, 강체로 취급할 수 있는 두께를 가지는 것을 원칙으로 한다.
연속확대기초에서 캔틸레버로 작용하는 부분은 독립확대기초와 같은 방식으로 휨설계한다.
확대기초는 지지 조건에 따라 캔틸레버보·단순보·고정보 등 보 부재로 설계한다.

문제 14

117.5

218.5

319.5

420.5

정답 및 해설

근사법에서 마찰 감소율은 곡률마찰 μα와 파상마찰 kL의 합이며, 결과는 20.5%이다.

총 각변화: $\alpha=0.11+0.07+0.11=0.29\,\mathrm{rad}$

감소율: $\mu\alpha+kL=0.50\times 0.29+0.0015\times 40=0.145+0.060=0.205$

A단에서 B단까지 세 번 꺾이므로 각변화는 모두 합산해야 하며, 하나만 쓰면 값이 크게 작아진다.
긴장재 길이는 부재 길이 40 m로 근사한다.

문제 15

기둥설계에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

2바닥판으로부터 기둥으로 전달되는 모든 휨모멘트는 그 바닥판 상하측 각 기둥의 상대 강성과 구속조건에 따라 상하측 각 기둥에 분배시켜야 한다.

3골조 또는 연속구조물을 설계할 때 내ㆍ외부 기둥의 불균형 바닥판 하중과 기타 편심하중에 의한 영향을 고려하여야 한다.

4연직하중으로 인한 기둥의 휨모멘트를 계산할 때 구조물과 일체로 된 기둥의 먼 단부는 고정되어 있다고 가정할 수 있다.

정답 및 해설

기둥 설계의 축력과 최대 모멘트는 사용하중이 아니라 계수하중으로 산정한다. 따라서 사용하중으로 취한다는 설명이 옳지 않다.

최대 모멘트는 인접한 양쪽 경간 중 한쪽 경간에만 계수하중이 실린 경우처럼 불리한 재하 상태에서 구한다. 이 설명은 그 재하 조건도 잘못 적었다.

바닥판에서 기둥으로 전달되는 휨모멘트는 상하 기둥의 상대 강성과 구속조건에 따라 위아래 기둥에 분배한다.
골조나 연속구조물에서는 내·외부 기둥의 불균형 바닥판 하중과 편심하중의 영향을 고려한다.
연직하중에 의한 기둥 휨모멘트를 계산할 때, 구조물과 일체인 기둥의 먼 단부는 고정으로 가정할 수 있다.

문제 16

그림과 같이 양단이 고정되고 단면이 균일한 보의 중앙에 집중하중 P가 작용하고 있을 경우, 탄성처짐곡선의 접선의 기울기가 영(zero)인 곳은?

1A, C 점

2B 점

3A, B, C 점

4AB의 중간점과 BC의 중간점

정답 및 해설

접선 기울기가 영인 곳은 양 고정단 A, C와 중앙점 B 세 곳이다.

고정단은 회전이 구속되어 처짐각이 0이고, 하중과 지점이 좌우 대칭이므로 중앙 B에서 최대 처짐이 생겨 그 점의 접선도 수평이다.

고정단만 꼽으면 대칭 중앙의 수평 접선을 빠뜨린다.
중앙점만 꼽으면 고정단의 회전 구속을 빠뜨린다.
AB·BC의 중간점은 모멘트가 0인 변곡점 부근으로, 기울기가 오히려 가장 큰 쪽이다.

문제 17

185

2170

3200

4255

정답 및 해설

필렛용접의 허용하중은 목두께 × 유효길이 × 허용응력이며, 약 170 kN이다.

목두께: $a=0.7s=0.7\times 10=7\,\mathrm{mm}$

유효길이(양측 2줄): $l=2\times 150=300\,\mathrm{mm}$

허용하중: $P=80\times 7\times 300=168{,}000\,\mathrm{N}\approx 170\,\mathrm{kN}$

용접선 한 줄만 계산하면 약 85 kN이 되어 절반으로 과소 평가된다.
목두께 대신 용접치수 s를 그대로 쓰면 240 kN으로 과대 평가된다.

문제 18

정답 및 해설

교차하는 두 띠의 중앙 처짐이 같다는 조건으로 분배하면 장변 방향 cd대의 부담은 w/82 + P/28이다.

집중하중: 처짐이 $L^3$ 에 비례하므로 $P_{cd}=\dfrac{l^3}{l^3+(3l)^3}P=\dfrac{P}{28}$

등분포하중: 처짐이 $L^4$ 에 비례하므로 $w_{cd}=\dfrac{l^4}{l^4+(3l)^4}w=\dfrac{w}{82}$

분자에 $27$ , $81$ 이 붙은 값은 단변 방향 ab대가 부담하는 몫이다.
분모 9·17은 장변비를 2로 잡았을 때( $1+2^3$ , $1+2^4$ )의 값으로, 이 슬래브의 3배 비와 맞지 않는다.

문제 19

22.5

310

425

정답 및 해설

프리텐션 부재의 탄성수축 손실은 탄성계수비 × 강재 도심의 콘크리트 응력으로 구하며, 값은 25MPa이다.

탄성계수비는 $n=\dfrac{E_p}{E_c}=\dfrac{2.0\times 10^{5}}{4.0\times 10^{4}}=5$

손실량은 $\Delta f_{p}=n\,f_{cs}=5\times 5=25\,\mathrm{MPa}$

문제 20

강도설계법에서 철근콘크리트 보의 설계휨강도(M_d)를 증가시키는 방법으로 옳은 것은?

1단면의 폭을 크게 한다.

2콘크리트의 설계기준압축강도를 작게 한다.

3인장지배 단면보다는 압축지배 단면이 되도록 한다.

4단면의 유효깊이를 작게 한다.

정답 및 해설

설계휨강도를 키우는 방법은 단면의 폭을 크게 하는 것이다.

폭이 커지면 같은 철근량에서 등가응력블록 깊이 $a$ 가 줄어든다. 그러면 팔길이 $d-\dfrac{a}{2}$ 가 늘어 $M_n=A_sf_y\left(d-\dfrac{a}{2}\right)$ 이 커진다.

콘크리트 압축강도를 낮추면 $a$ 가 커지고 팔길이가 줄어 강도가 감소한다.
압축지배단면은 인장지배단면보다 강도감소계수가 작아 설계강도가 낮고 연성도 부족하다.
유효깊이를 줄이면 팔길이가 직접 줄어 휨강도가 크게 감소한다.