[9급 지방직 토목설계] 19년 1회차
9급 지방직 전기기기 기출문제

19년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

1 / 1
A4정답 포함
9급 지방직 전기기기 기출문제모두CBT · moducbt.com

19년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
KDS(2016) 설계기준에서 제시된 교량설계 원칙 중 한계상태에 대한 설명으로 옳은 것은?
1사용한계상태는 극단적인 사용조건하에서 응력, 변형 및 균열폭을 제한하는 것으로 규정한다.
2피로한계상태는 기대응력범위의 반복 횟수에서 발생하는 단일 피로설계트럭에 의한 응력범위를 제한하는 것으로 규정한다.
3극한한계상태는 지진 또는 홍수 발생 시, 또는 세굴된 상황에서 선박, 차량 또는 유빙에 의한 충돌 시 등의 상황에서 교량의 붕괴를 방지하는 것으로 규정한다.
4극단상황한계상태는 교량의 설계수명 이내에 발생할 것으로 기대되는, 통계적으로 중요하다고 규정한 하중조합에 대하여 국부적/전체적 강도와 안정성을 확보하는 것으로 규정한다.
정답 및 해설

옳은 설명은 피로한계상태로, 기대응력범위의 반복 횟수에서 단일 피로설계트럭이 만드는 응력범위를 제한하는 상태이다.

나머지는 정의가 뒤바뀌었다. 통계적으로 중요한 하중조합에 대한 강도·안정성 확보는 극한한계상태, 지진·홍수·충돌 시 붕괴 방지는 극단상황한계상태의 정의이다.

  • 사용한계상태: 극단적 조건이 아니라 정상적인 사용조건에서 응력·변형·균열폭을 제한한다.
  • 극한한계상태를 지진·홍수·충돌 시 붕괴 방지로 설명한 보기: 이는 극단상황한계상태의 정의이다.
  • 극단상황한계상태를 설계수명 중 하중조합에 대한 강도·안정성 확보로 설명한 보기: 이는 극한한계상태의 정의이다.
문제 2
균열폭에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1균열폭을 작게 하기 위해서는 지름이 작은 철근을 많이 사용하는 것이 지름이 큰 철근을 적게 사용하는 것보다 유리하다.
2하중에 의한 균열을 제어하기 위해 요구되는 철근 이외에도 필요에 따라 온도변화, 건조수축 등에 의한 균열을 제어하기 위해 추가적인 보강철근을 배근할 수 있다.
3균열폭은 철근의 인장응력에 선형 또는 비선형적으로 비례한다.
4일반적으로 피복두께가 클수록 균열폭은 작아진다.
정답 및 해설

옳지 않은 것은 피복두께가 클수록 균열폭이 작아진다는 설명이다. 일반적으로 피복두께가 클수록 표면 균열폭은 커진다.

철근에서 콘크리트 표면까지 거리가 멀어지면 철근의 구속 효과가 표면까지 미치지 못해 균열 간격과 폭이 커진다.

  • 가는 철근을 여러 개 분산 배치하면 부착 면적이 늘어 균열이 분산되므로 균열폭 제어에 유리하다.
  • 온도변화·건조수축 균열을 제어하기 위한 보강철근을 추가 배근할 수 있다.
  • 균열폭은 철근의 인장응력이 클수록 커지며, 선형 또는 비선형적으로 비례한다.
문제 3
KDS(2016) 설계기준에서는 휨부재의 최소 철근량으로 다음 두 가지 식으로 계산한 값 중에서 큰 값 이상을 사용한다. 이 두 가지 식을 함께 사용하는 이유는? (단, fck는 콘크리트의 설계기준 압축강도이며, fy는 철근의 설계기준 항복강도, bw는 단면의 폭, d는 단면의 유효높이이다)
As⋅min⁡=0.25fckfybwd,As⋅min⁡=1.4fybwdA_{s\cdot\min}=\dfrac{0.25\sqrt{f_{ck}}}{f_y}b_wd,\quad A_{s\cdot\min}=\dfrac{1.4}{f_y}b_wd
1인장철근량을 가능한 한 줄여 휨부재의 연성파괴를 유도하기 위함이다.
2사용 콘크리트의 압축강도가 커짐에 따라 취성이 증가하므로 이를 합리적으로 반영하기 위함이다.
3철근의 강도가 커지면 인장철근량을 줄여 연성파괴를 유도하기 위함이다.
4콘크리트 강도와 철근의 강도를 조절하여 가능한 한 균형단면에 가깝게 하기 위함이다.
정답 및 해설

두 식을 함께 쓰는 이유는 콘크리트 압축강도가 커질수록 취성이 증가하는 현상을 반영하기 위해서다.

최소 철근량은 균열 발생 순간 철근이 바로 항복·파단되는 취성파괴를 막기 위한 하한이다. 콘크리트 강도가 높으면 균열모멘트가 커지므로 필요한 최소 철근량도 늘어나야 한다.

0.25fck≥1.4  ⇒  fck≥31.36 MPa0.25\sqrt{f_{ck}}\ge1.4\;\Rightarrow\;f_{ck}\ge31.36\,\mathrm{MPa}
즉 고강도 콘크리트에서는 강도 항이 들어간 식이 지배해 강도에 비례한 철근량을 확보한다.

  • 인장철근량을 가능한 한 줄인다는 설명은 하한을 두는 최소 철근량의 목적과 반대다.
  • 철근 강도가 커질 때 철근량을 줄인다는 설명은 두 식 모두에 공통인 분모 항의 효과일 뿐, 두 식을 병용하는 이유가 아니다.
  • 균형단면에 가깝게 한다는 설명은 오히려 연성을 해치는 방향이며 최소 철근량 규정의 취지와 무관하다.
문제 4
단철근 직사각형 콘크리트 보의 설계휨모멘트를 증가시키는 방법 중에서 가장 효과가 적은 것은?
1인장철근량의 증가
2인장철근 설계기준 항복강도의 상향
3단면 유효깊이의 증가
4콘크리트 설계기준 압축강도의 상향
정답 및 해설

효과가 가장 적은 것은 콘크리트 설계기준 압축강도의 상향이다.

공칭휨강도는 Mn=Asfy(d−a2)M_n=A_sf_y\left(d-\dfrac{a}{2}\right), a=Asfy0.85fckba=\dfrac{A_sf_y}{0.85f_{ck}b} 이다. 압축강도는 응력블록 깊이 aa 를 통해 팔길이를 조금 늘릴 뿐이다.

  • 인장철근량 증가: MnM_n 이 철근량에 거의 비례해 커진다.
  • 철근 항복강도 상향: 인장력 AsfyA_sf_y 가 커져 휨강도가 거의 비례해 커진다.
  • 유효깊이 증가: 팔길이가 직접 늘어 효과가 크다.
문제 5
압축철근비ρ'=0.02인 복철근 직사각형 콘크리트 보에 고정하중이 작용하여 15mm의 순간처짐이 발생하였다. 1년 후 크리프와 건조수축에 의하여 보에 발생하는 추가 장기처짐[mm]은? (단, 활하중은 없으며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
18.8
210.5
315.4
425.5
정답 및 해설

추가 장기처짐은 10.5 mm이다.

장기처짐계수는 λΔ=ξ1+50ρ′\lambda_\Delta=\dfrac{\xi}{1+50\rho'} 이며, 지속하중 1년의 시간경과계수는 ξ=1.4\xi=1.4 이다.

λΔ=1.41+50×0.02=0.7\lambda_\Delta=\dfrac{1.4}{1+50\times0.02}=0.7
Δl=0.7×15=10.5 mm\Delta_{l}=0.7\times15=10.5\,\mathrm{mm}

  • 8.8 mm: 계산값 10.5 mm보다 작아 맞지 않는다.
  • 15.4 mm: 계산값 10.5 mm보다 커서 맞지 않는다.
  • 25.5 mm: 순간처짐과 장기처짐을 더한 총처짐이다.
문제 6
다발철근을 사용하여 수중에서 콘크리트를 치는 경우 최소 피복두께[mm]는? (단, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
1120
2100
380
460
정답 및 해설

최소 피복두께는 100 mm이다.

다발철근이라도 수중에서 치는 콘크리트의 최소 피복두께 규정이 적용된다. 수중 타설 콘크리트는 100 mm 이상이 요구된다.

  • 120 mm: 기준에 규정된 값보다 과다하다.
  • 80 mm: 수중 타설 조건의 최소값 100 mm에 못 미친다.
  • 60 mm: 수중 타설 조건의 최소값 100 mm에 못 미친다.
문제 7
철근의 순간격이 80mm이고 피복두께가 40mm인 보통중량콘크리트를 사용한 부재에서 D32 인장철근의 A급 겹침이음길이[mm]는? (단, 콘크리트의 설계기준 압축강도 fck=36MPa, 철근의 설계기준 항복강도 fy=400MPa, 철근은 도막되지 않은 하부에 배치되는 이형철근으로 공칭지름은 32mm이고, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
11,280
21,664
31,920
42,130
정답 및 해설

A급 겹침이음길이는 1,280 mm이다.

기본정착길이는 ldb=0.6dbfyλfckl_{db}=\dfrac{0.6d_bf_y}{\lambda\sqrt{f_{ck}}} 이다.

ldb=0.6×32×4001.0×36=1280 mml_{db}=\dfrac{0.6\times32\times400}{1.0\times\sqrt{36}}=1280\,\mathrm{mm}

순간격이 2db=64 mm2d_b=64\,\mathrm{mm} 이상, 피복두께가 db=32 mmd_b=32\,\mathrm{mm} 이상이고, 하부·무도막·보통중량이므로 보정계수는 모두 1.0이다. A급 이음은 정착길이의 1.0배이므로 1,280 mm가 된다.

  • 1,664 mm: B급 이음(1.3배)을 적용한 값이다.
  • 1,920 mm: 순간격·피복 조건을 만족하지 못할 때의 1.5배를 적용한 값이다.
  • 2,130 mm: 위 조건에서 나오지 않는 값이다.
문제 8
그림과 같은 띠철근 기둥의 순수 축하중강도 P0[kN]는? (단, 기둥은 단주로서 콘크리트 설계기준 압축강도 fck=30MPa, 철근의 설계기준 항복강도 fy=400MPa, 종방향 철근 총단면적 Ast=3,000mm2이며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
13,499.8
24,522.4
35,203.5
46,177.8
정답 및 해설

순수 축하중강도는 5,203.5 kN이다.

편심이 없는 단주의 공칭 축강도는 콘크리트 순단면 기여분과 철근 기여분의 합이다.

P0=0.85fck(Ag−Ast)+fyAstP_0=0.85f_{ck}(A_g-A_{st})+f_yA_{st}
Ag=400×400=160,000 mm2A_g=400\times400=160{,}000\,\mathrm{mm^2}
P0=0.85×30×(160,000−3,000)+400×3,000P_0=0.85\times30\times(160{,}000-3{,}000)+400\times3{,}000
=4,003,500+1,200,000=5,203,500 N=5,203.5 kN=4{,}003{,}500+1{,}200{,}000=5{,}203{,}500\,\mathrm{N}=5{,}203.5\,\mathrm{kN}

  • 3,499.8 kN과 4,522.4 kN은 콘크리트 순단면 기여분과 철근 기여분을 모두 더한 공칭값 5,203.5 kN보다 작아 순수 축하중강도가 될 수 없다.
  • 6,177.8 kN은 같은 공식의 값보다 커서 두 기여분의 합과 맞지 않는다.
문제 9
그림과 같은 단면의 캔틸레버 보에 자중을 포함한 등분포 계수하중 wu=25kN/m가 작용하고 있을 때, 전단위험단면에서 전단철근이 부담해야 할 공칭전단력 Vs[kN]는? (단, 보의 지간은 3.3m, 콘크리트의 쪼갬인장강도 fsp=1.4MPa, 콘크리트의 설계기준 압축강도 fck=25MPa, 인장철근의 설계기준 항복강도 fy=350MPa이며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
1100
275
350
425
정답 및 해설

전단철근이 부담할 공칭전단력은 75 kN이다.

쪼갬인장강도가 주어졌으므로 경량콘크리트 계수를 먼저 구한다.
λ=fsp0.56fck=1.40.56×5=0.5\lambda=\dfrac{f_{sp}}{0.56\sqrt{f_{ck}}}=\dfrac{1.4}{0.56\times5}=0.5

캔틸레버의 전단위험단면은 지지면에서 d 떨어진 곳이다.
Vu=25×(3.3−0.3)=75 kNV_u=25\times(3.3-0.3)=75\,\mathrm{kN}
Vc=16λfckbwd=16×0.5×5×200×300=25,000 N=25 kNV_c=\dfrac{1}{6}\lambda\sqrt{f_{ck}}b_wd=\dfrac{1}{6}\times0.5\times5\times200\times300=25{,}000\,\mathrm{N}=25\,\mathrm{kN}
Vs=Vuϕ−Vc=750.75−25=75 kNV_s=\dfrac{V_u}{\phi}-V_c=\dfrac{75}{0.75}-25=75\,\mathrm{kN}

  • 100 kN은 필요 공칭전단강도 전체로, 콘크리트 부담분을 빼지 않은 값이다.
  • 50 kN은 경량콘크리트 계수를 적용하지 않아 콘크리트 부담분을 두 배로 잡은 값이다.
  • 25 kN은 콘크리트가 부담하는 공칭전단강도 자체다.
문제 10
KDS(2016) 설계기준에서 제시된 근사해법을 적용하여 1방향 슬래브를 설계할 때 그 순서를 바르게 나열한 것은?
  • ㄱ.슬래브의 두께를 결정한다.
  • ㄴ.단변에 배근되는 인장철근량을 산정한다.
  • ㄷ.장변에 배근되는 온도철근량을 산정한다.
  • ㄹ.계수하중을 계산한다.
  • ㅁ.단변 슬래브의 계수휨모멘트를 계산한다.
1ㄱ (→) ㄹ (→) ㅁ (→) ㄴ (→) ㄷ
2ㄱ (→) ㄹ (→) ㄴ (→) ㄷ (→) ㅁ
3ㄹ (→) ㅁ (→) ㄷ (→) ㄴ (→) ㄱ
4ㄹ (→) ㄱ (→) ㄴ (→) ㄷ (→) ㅁ
정답 및 해설

올바른 순서는 두께 결정 → 계수하중 → 계수휨모멘트 → 단변 인장철근 → 장변 온도철근이다.

슬래브 두께가 정해져야 자중을 포함한 계수하중을 구할 수 있고, 그 하중으로 근사해법의 계수를 적용해 단변 방향 계수휨모멘트를 계산한다.

1방향 슬래브는 하중을 단변 방향으로 전달하므로 단변 방향 인장철근(주철근)을 먼저 정하고, 장변 방향에는 건조수축·온도변화에 대비한 온도철근을 마지막에 배근한다.

  • 두께 결정 후 계수하중 다음에 바로 철근량을 산정하는 순서는 계수휨모멘트 없이 철근을 정하는 셈이라 성립하지 않는다.
  • 계수하중부터 시작해 온도철근을 주철근보다 먼저 두고 두께를 마지막에 정하는 순서는 자중을 모른 채 하중을 계산하는 모순이 있다.
  • 계수하중을 두께 결정보다 먼저 계산하는 순서는 자중이 정해지지 않아 계수하중을 확정할 수 없다.
문제 11
KS F 2423(콘크리트의 쪼갬인장 시험 방법)에 준하여 ø100mm×200mm 원주형 표준공시체에 대한 쪼갬인장강도 시험을 실시한 결과, 파괴 시 하중이 75kN으로 측정된 경우 쪼갬인장강도[MPa]는? (단, π=3으로 계산하며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
11.5
22.0
32.5
45.0
정답 및 해설

쪼갬인장강도는 2.5 MPa이다.

쪼갬인장강도 공식: fsp=2Pπdlf_{sp}=\dfrac{2P}{\pi dl}

fsp=2×750003×100×200=15000060000=2.5 MPaf_{sp}=\dfrac{2\times75000}{3\times100\times200}=\dfrac{150000}{60000}=2.5\,\mathrm{MPa}

  • 5.0 MPa: 계산값의 2배로, 공식의 계수를 잘못 적용한 값이다.
  • 1.5 MPa: 계산값 2.5 MPa보다 작아 맞지 않는다.
  • 2.0 MPa: 계산값 2.5 MPa보다 작아 맞지 않는다.
문제 12
그림과 같이 연직하중 P와 휨모멘트 M이 바닥판과 기둥의 중심에 작용하는 철근콘크리트 확대기초의 최대 지반응력[kN/m2]은? (단, 기초의 자중은 무시한다)
124.8
229.2
334.4
439.2
정답 및 해설

최대 지반응력은 24.8 kN/m2kN/m^{2}이다.

편심하중을 받는 기초의 지반응력은 축하중에 의한 균등응력과 휨모멘트에 의한 응력의 합이다. 모멘트는 5 m 변 방향으로 작용한다.

A=5×3=15 m2,Z=3×526=12.5 m3A=5\times3=15\,\mathrm{m^2},\quad Z=\dfrac{3\times5^2}{6}=12.5\,\mathrm{m^3}
qmax=PA+MZ=30015+6012.5=20+4.8=24.8 kN/m2q_{max}=\dfrac{P}{A}+\dfrac{M}{Z}=\dfrac{300}{15}+\dfrac{60}{12.5}=20+4.8=24.8\,\mathrm{kN/m^2}

  • 29.2 kN/m2kN/m^{2}는 모멘트 항이 9.2 kN/m2kN/m^{2}가 되어야 나오는 값으로, 단면계수 12.5 m³로 나눈 4.8 kN/m2kN/m^{2}와 맞지 않는다.
  • 34.4 kN/m2kN/m^{2}와 39.2 kN/m2kN/m^{2}는 균등응력 20 kN/m2kN/m^{2}에 더할 모멘트 항이 단면계수로 나눈 값보다 훨씬 커서 성립하지 않는다.
문제 13
12mm 두께의 강판과 10mm 두께의 강판을 필릿용접할 때 요구되는 최소 용접치수[mm]는? (단, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
112
210
36
44
정답 및 해설

최소 용접치수는 6 mm이다.

필릿용접 치수는 두꺼운 쪽 판두께 t2t_2 에 대해 s≥2t2s\ge\sqrt{2t_2} 이고 6 mm 이상이어야 한다.

2×12≈4.9 mm\sqrt{2\times12}\approx4.9\,\mathrm{mm} 이므로 최소값 6 mm가 지배한다.

  • 12 mm, 10 mm: 판두께 자체로, 얇은 판두께를 넘거나 같아 최소치수가 아니다.
  • 4 mm: 2t2\sqrt{2t_2} 와 최소 기준 모두에 미달한다.
문제 14
그림과 같은 중력식 옹벽의 전도에 대한 안전율은? (단, 콘크리트의 단위중량 γc=25kN/m3, 흙의 내부마찰각 ø=30°, 점착력 c=0, 흙의 단위중량 γs=20kN/m3, 옹벽 전면에 작용하는 수동토압은 무시하며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
11.52
22.08
32.40
43.50
정답 및 해설

전도에 대한 안전율은 약 2.40이다.

랭킨 주동토압계수와 주동토압(작용점은 저면에서 높이의 1/3)을 구한다.
Ka=1−sin⁡30∘1+sin⁡30∘=13K_a=\dfrac{1-\sin30^\circ}{1+\sin30^\circ}=\dfrac{1}{3}
Pa=12×20×62×13=120 kN/m,Mo=120×2=240 kN⋅m/mP_a=\dfrac{1}{2}\times20\times6^2\times\dfrac{1}{3}=120\,\mathrm{kN/m},\quad M_o=120\times2=240\,\mathrm{kN\cdot m/m}

옹벽을 직사각형과 삼각형으로 나눠 앞굽(전면 하단) 기준 저항모멘트를 구한다.
W1=25×1×6=150,x1=2.5 mW_1=25\times1\times6=150,\quad x_1=2.5\,\mathrm{m}
W2=25×12×2×6=150,x2=23×2=43 mW_2=25\times\dfrac{1}{2}\times2\times6=150,\quad x_2=\dfrac{2}{3}\times2=\dfrac{4}{3}\,\mathrm{m}
Mr=150×2.5+150×43=575 kN⋅m/mM_r=150\times2.5+150\times\dfrac{4}{3}=575\,\mathrm{kN\cdot m/m}
Fs=575240≈2.40F_s=\dfrac{575}{240}\approx2.40

  • 1.52와 2.08은 저항모멘트 575 kN·m/m를 전도모멘트 240 kN·m/m로 나눈 값보다 작아, 저항모멘트를 과소 산정했거나 전도모멘트를 과대 산정한 값이다.
  • 3.50은 반대로 전도모멘트를 과소 산정해야 나오는 값으로 위 계산과 맞지 않는다.
문제 15
그림과 같이 자중을 포함한 등분포하중 w=20kN/m가 재하된 프리스트레스트콘크리트 단순보에 긴장력 P=2,000kN이 작용할 때 보에 작용하는 순하향 하중[kN/m]은? (단, 프리스트레스의 손실은 무시한다)
14
28
312
416
정답 및 해설

보에 작용하는 순하향 하중은 12 kN/m이다.

긴장재가 포물선으로 배치되면 프리스트레스는 상향 등분포 등가하중으로 작용한다.
u=8Pel2=8×2000×0.2202=8 kN/mu=\dfrac{8Pe}{l^2}=\dfrac{8\times2000\times0.2}{20^2}=8\,\mathrm{kN/m}

순하향 하중은 외력에서 등가하중을 뺀 값이다.
w−u=20−8=12 kN/mw-u=20-8=12\,\mathrm{kN/m}

  • 4 kN/m는 상향 등가하중을 과대 산정해 외력에서 너무 많이 뺀 값이다.
  • 8 kN/m는 등가 상향하중 자체로, 외력과 상쇄한 순하중이 아니다.
  • 16 kN/m는 등가하중을 절반으로 잡아 상향력을 과소 산정한 값이다.
문제 16
길이 10m의 포스트텐셔닝 콘크리트 보의 긴장재에 1,500MPa의 프리스트레스를 도입하여 일단 정착하였더니 정착부 활동이 6mm 발생하였다. 이때 프리스트레스의 손실률[%]은? (단, 긴장재는 직선으로 배치되어 긴장재와 쉬스의 마찰은 없으며, 탄성계수 Ep=200GPa이다)
114
212
310
48
정답 및 해설

프리스트레스 손실률은 8%이다.

마찰이 없는 직선 긴장재의 정착부 활동 손실: Δfp=EpΔll\Delta f_p=E_p\dfrac{\Delta l}{l}

Δfp=200000×610000=120 MPa\Delta f_p=200000\times\dfrac{6}{10000}=120\,\mathrm{MPa}
1201500×100=8 %\dfrac{120}{1500}\times100=8\,\%

  • 10%: 손실량 150 MPa에 해당해 계산값 120 MPa보다 크다.
  • 12%: 손실량 180 MPa에 해당해 계산값보다 크다.
  • 14%: 손실량 210 MPa에 해당해 계산값보다 크다.
문제 17
그림과 같은 단철근 직사각형 콘크리트 보에 사용 가능한 최대 인장철근비 는? (단, 콘크리트의 설계기준 압축강도 fck=35MPa, 인장철근의 설계기준 항복강도 fy=255MPa, β1=0.8로 하며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
10.01
20.02
30.03
40.04
정답 및 해설

최대 인장철근비는 0.04이다.

KDS(2016)에서 휨부재의 최대 철근량은 순인장변형률이 최소 허용변형률 0.004(설계기준항복강도 400 MPa 이하) 이상이 되도록 정한다.

ρmax=0.85β1fckfy⋅εcuεcu+εt,min\rho_{max}=0.85\beta_1\dfrac{f_{ck}}{f_y}\cdot\dfrac{\varepsilon_{cu}}{\varepsilon_{cu}+\varepsilon_{t,min}}
=0.85×0.8×35255×0.0030.003+0.004=0.85\times0.8\times\dfrac{35}{255}\times\dfrac{0.003}{0.003+0.004}
=0.0933×37=0.04=0.0933\times\dfrac{3}{7}=0.04

  • 0.01과 0.02는 위 식의 값보다 훨씬 작아 최대 철근비가 아닌 일반 설계 범위의 값이다.
  • 0.03은 변형률 비율 항이나 계수를 잘못 적용한 값으로 위 계산과 맞지 않는다.
문제 18
500mm×500mm 정사각형 단면을 가진 비횡구속 띠철근 기둥의 장주효과를 무시할 수 있는 최대 비지지길이[m]는? (단, 기둥의 양단은 힌지로 지지되어 있으며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
13.3
24.3
36.8
47.9
정답 및 해설

최대 비지지길이는 3.3 m이다.

비횡구속 압축부재는 klur≤22\dfrac{kl_u}{r}\le22 이면 장주효과를 무시할 수 있다. 직사각형 단면의 회전반지름은 r=0.3hr=0.3h 이다.

r=0.3×500=150 mmr=0.3\times500=150\,\mathrm{mm}, 양단 힌지이므로 k=1.0k=1.0
lu≤22×1501.0=3300 mm=3.3 ml_u\le\dfrac{22\times150}{1.0}=3300\,\mathrm{mm}=3.3\,\mathrm{m}

  • 4.3 m: 세장비가 약 29로 한계 22를 넘어서는 길이로 장주효과를 고려해야 한다.
  • 6.8 m: 세장비가 약 45로 한계 22를 크게 넘는다.
  • 7.9 m: 세장비가 약 53으로 한계 22를 크게 넘는다.
문제 19
T형 프리스트레스트콘크리트 단순보에 설계하중이 작용할 때 보의 처짐은 0이었으며, 프리스트레스 도입단계부터 보의 상연에 부착된 변형률 게이지로 측정된 콘크리트 탄성변형률 εc=4.0×10-4이었다. 이 경우 초기긴장력 Pi[kN]는? (단, 콘크리트의 탄성계수 Ec=25GPa, T형보의 총단면적 Ag=170,000mm2, 프리스트레스의 유효율 R=0.85이다)
12,000
21,800
31,600
41,400
정답 및 해설

초기긴장력은 2,000 kN이다.

설계하중 작용 시 처짐이 0이면 휨이 상쇄되어 단면에 균일한 압축응력 Pe/AgP_e/A_g 만 남는다. 상연 변형률로 이 응력을 구한다.

fc=Ecεc=25000×4.0×10−4=10 MPaf_c=E_c\varepsilon_c=25000\times4.0\times10^{-4}=10\,\mathrm{MPa}
Pe=10×170000=1.7×106 N=1700 kNP_e=10\times170000=1.7\times10^{6}\,\mathrm{N}=1700\,\mathrm{kN}
Pi=PeR=17000.85=2000 kNP_i=\dfrac{P_e}{R}=\dfrac{1700}{0.85}=2000\,\mathrm{kN}

  • 1,800 kN: 유효프리스트레스 1,700 kN을 유효율 0.85로 나눈 값과 다르다.
  • 1,600 kN: 유효프리스트레스보다 작아 초기긴장력이 될 수 없다.
  • 1,400 kN: 유효프리스트레스보다 작아 초기긴장력이 될 수 없다.
문제 20
KDS(2016) 설계기준에서 제시된 교량 내진설계에 관한 내용 중에서 옳지 않은 것은?
1위험도계수 I는 평균재현주기가 1,000년인 지진의 유효수평지반가속도 S를 기준으로 평균재현주기가 다른 지진의 유효수평지반가속도의 상대적 비율을 의미한다.
2교량의 지진하중을 결정하는데 사용되는 지반계수는 지반상태가 탄성지진응답계수에 미치는 영향을 반영하기 위한 보정계수이다.
3교량의 내진등급은 중요도에 따라 내진특등급, 내진I등급, 내진II등급으로 분류하며 지방도의 교량은 내진I등급이다.
4교량이 위치할 부지에 대한 지진지반운동의 유효수평지반가속도 S는 지진구역계수 Z에 각 평균재현주기의 위험도계수 I를 곱하여 결정한다.
정답 및 해설

옳지 않은 것은 위험도계수의 기준을 평균재현주기 1,000년으로 설명한 것이다. 위험도계수는 평균재현주기 500년 지진의 유효수평지반가속도를 기준(1.0)으로 한 상대적 비율이다.

유효수평지반가속도는 지진구역계수에 위험도계수를 곱해 정한다.

  • 지반계수는 지반상태가 탄성지진응답계수에 미치는 영향을 반영하는 보정계수이다.
  • 내진등급은 내진특등급·내진I등급·내진II등급으로 나뉘며 지방도의 교량은 내진I등급이다.
  • 유효수평지반가속도 S는 지진구역계수 Z에 위험도계수 I를 곱해 결정한다.
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9급 지방직 전기기기 기출문제모두CBT · moducbt.com
19년 1회차
총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
KDS(2016) 설계기준에서 제시된 교량설계 원칙 중 한계상태에 대한 설명으로 옳은 것은?
1사용한계상태는 극단적인 사용조건하에서 응력, 변형 및 균열폭을 제한하는 것으로 규정한다.
2피로한계상태는 기대응력범위의 반복 횟수에서 발생하는 단일 피로설계트럭에 의한 응력범위를 제한하는 것으로 규정한다.
3극한한계상태는 지진 또는 홍수 발생 시, 또는 세굴된 상황에서 선박, 차량 또는 유빙에 의한 충돌 시 등의 상황에서 교량의 붕괴를 방지하는 것으로 규정한다.
4극단상황한계상태는 교량의 설계수명 이내에 발생할 것으로 기대되는, 통계적으로 중요하다고 규정한 하중조합에 대하여 국부적/전체적 강도와 안정성을 확보하는 것으로 규정한다.
정답 및 해설

옳은 설명은 피로한계상태로, 기대응력범위의 반복 횟수에서 단일 피로설계트럭이 만드는 응력범위를 제한하는 상태이다.

나머지는 정의가 뒤바뀌었다. 통계적으로 중요한 하중조합에 대한 강도·안정성 확보는 극한한계상태, 지진·홍수·충돌 시 붕괴 방지는 극단상황한계상태의 정의이다.

  • 사용한계상태: 극단적 조건이 아니라 정상적인 사용조건에서 응력·변형·균열폭을 제한한다.
  • 극한한계상태를 지진·홍수·충돌 시 붕괴 방지로 설명한 보기: 이는 극단상황한계상태의 정의이다.
  • 극단상황한계상태를 설계수명 중 하중조합에 대한 강도·안정성 확보로 설명한 보기: 이는 극한한계상태의 정의이다.
문제 2
균열폭에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1균열폭을 작게 하기 위해서는 지름이 작은 철근을 많이 사용하는 것이 지름이 큰 철근을 적게 사용하는 것보다 유리하다.
2하중에 의한 균열을 제어하기 위해 요구되는 철근 이외에도 필요에 따라 온도변화, 건조수축 등에 의한 균열을 제어하기 위해 추가적인 보강철근을 배근할 수 있다.
3균열폭은 철근의 인장응력에 선형 또는 비선형적으로 비례한다.
4일반적으로 피복두께가 클수록 균열폭은 작아진다.
정답 및 해설

옳지 않은 것은 피복두께가 클수록 균열폭이 작아진다는 설명이다. 일반적으로 피복두께가 클수록 표면 균열폭은 커진다.

철근에서 콘크리트 표면까지 거리가 멀어지면 철근의 구속 효과가 표면까지 미치지 못해 균열 간격과 폭이 커진다.

  • 가는 철근을 여러 개 분산 배치하면 부착 면적이 늘어 균열이 분산되므로 균열폭 제어에 유리하다.
  • 온도변화·건조수축 균열을 제어하기 위한 보강철근을 추가 배근할 수 있다.
  • 균열폭은 철근의 인장응력이 클수록 커지며, 선형 또는 비선형적으로 비례한다.
문제 3
KDS(2016) 설계기준에서는 휨부재의 최소 철근량으로 다음 두 가지 식으로 계산한 값 중에서 큰 값 이상을 사용한다. 이 두 가지 식을 함께 사용하는 이유는? (단, fck는 콘크리트의 설계기준 압축강도이며, fy는 철근의 설계기준 항복강도, bw는 단면의 폭, d는 단면의 유효높이이다)
As⋅min⁡=0.25fckfybwd,As⋅min⁡=1.4fybwdA_{s\cdot\min}=\dfrac{0.25\sqrt{f_{ck}}}{f_y}b_wd,\quad A_{s\cdot\min}=\dfrac{1.4}{f_y}b_wd
1인장철근량을 가능한 한 줄여 휨부재의 연성파괴를 유도하기 위함이다.
2사용 콘크리트의 압축강도가 커짐에 따라 취성이 증가하므로 이를 합리적으로 반영하기 위함이다.
3철근의 강도가 커지면 인장철근량을 줄여 연성파괴를 유도하기 위함이다.
4콘크리트 강도와 철근의 강도를 조절하여 가능한 한 균형단면에 가깝게 하기 위함이다.
정답 및 해설

두 식을 함께 쓰는 이유는 콘크리트 압축강도가 커질수록 취성이 증가하는 현상을 반영하기 위해서다.

최소 철근량은 균열 발생 순간 철근이 바로 항복·파단되는 취성파괴를 막기 위한 하한이다. 콘크리트 강도가 높으면 균열모멘트가 커지므로 필요한 최소 철근량도 늘어나야 한다.

0.25fck≥1.4  ⇒  fck≥31.36 MPa0.25\sqrt{f_{ck}}\ge1.4\;\Rightarrow\;f_{ck}\ge31.36\,\mathrm{MPa}
즉 고강도 콘크리트에서는 강도 항이 들어간 식이 지배해 강도에 비례한 철근량을 확보한다.

  • 인장철근량을 가능한 한 줄인다는 설명은 하한을 두는 최소 철근량의 목적과 반대다.
  • 철근 강도가 커질 때 철근량을 줄인다는 설명은 두 식 모두에 공통인 분모 항의 효과일 뿐, 두 식을 병용하는 이유가 아니다.
  • 균형단면에 가깝게 한다는 설명은 오히려 연성을 해치는 방향이며 최소 철근량 규정의 취지와 무관하다.
문제 4
단철근 직사각형 콘크리트 보의 설계휨모멘트를 증가시키는 방법 중에서 가장 효과가 적은 것은?
1인장철근량의 증가
2인장철근 설계기준 항복강도의 상향
3단면 유효깊이의 증가
4콘크리트 설계기준 압축강도의 상향
정답 및 해설

효과가 가장 적은 것은 콘크리트 설계기준 압축강도의 상향이다.

공칭휨강도는 Mn=Asfy(d−a2)M_n=A_sf_y\left(d-\dfrac{a}{2}\right), a=Asfy0.85fckba=\dfrac{A_sf_y}{0.85f_{ck}b} 이다. 압축강도는 응력블록 깊이 aa 를 통해 팔길이를 조금 늘릴 뿐이다.

  • 인장철근량 증가: MnM_n 이 철근량에 거의 비례해 커진다.
  • 철근 항복강도 상향: 인장력 AsfyA_sf_y 가 커져 휨강도가 거의 비례해 커진다.
  • 유효깊이 증가: 팔길이가 직접 늘어 효과가 크다.
문제 5
압축철근비ρ'=0.02인 복철근 직사각형 콘크리트 보에 고정하중이 작용하여 15mm의 순간처짐이 발생하였다. 1년 후 크리프와 건조수축에 의하여 보에 발생하는 추가 장기처짐[mm]은? (단, 활하중은 없으며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
18.8
210.5
315.4
425.5
정답 및 해설

추가 장기처짐은 10.5 mm이다.

장기처짐계수는 λΔ=ξ1+50ρ′\lambda_\Delta=\dfrac{\xi}{1+50\rho'} 이며, 지속하중 1년의 시간경과계수는 ξ=1.4\xi=1.4 이다.

λΔ=1.41+50×0.02=0.7\lambda_\Delta=\dfrac{1.4}{1+50\times0.02}=0.7
Δl=0.7×15=10.5 mm\Delta_{l}=0.7\times15=10.5\,\mathrm{mm}

  • 8.8 mm: 계산값 10.5 mm보다 작아 맞지 않는다.
  • 15.4 mm: 계산값 10.5 mm보다 커서 맞지 않는다.
  • 25.5 mm: 순간처짐과 장기처짐을 더한 총처짐이다.
문제 6
다발철근을 사용하여 수중에서 콘크리트를 치는 경우 최소 피복두께[mm]는? (단, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
1120
2100
380
460
정답 및 해설

최소 피복두께는 100 mm이다.

다발철근이라도 수중에서 치는 콘크리트의 최소 피복두께 규정이 적용된다. 수중 타설 콘크리트는 100 mm 이상이 요구된다.

  • 120 mm: 기준에 규정된 값보다 과다하다.
  • 80 mm: 수중 타설 조건의 최소값 100 mm에 못 미친다.
  • 60 mm: 수중 타설 조건의 최소값 100 mm에 못 미친다.
문제 7
철근의 순간격이 80mm이고 피복두께가 40mm인 보통중량콘크리트를 사용한 부재에서 D32 인장철근의 A급 겹침이음길이[mm]는? (단, 콘크리트의 설계기준 압축강도 fck=36MPa, 철근의 설계기준 항복강도 fy=400MPa, 철근은 도막되지 않은 하부에 배치되는 이형철근으로 공칭지름은 32mm이고, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
11,280
21,664
31,920
42,130
정답 및 해설

A급 겹침이음길이는 1,280 mm이다.

기본정착길이는 ldb=0.6dbfyλfckl_{db}=\dfrac{0.6d_bf_y}{\lambda\sqrt{f_{ck}}} 이다.

ldb=0.6×32×4001.0×36=1280 mml_{db}=\dfrac{0.6\times32\times400}{1.0\times\sqrt{36}}=1280\,\mathrm{mm}

순간격이 2db=64 mm2d_b=64\,\mathrm{mm} 이상, 피복두께가 db=32 mmd_b=32\,\mathrm{mm} 이상이고, 하부·무도막·보통중량이므로 보정계수는 모두 1.0이다. A급 이음은 정착길이의 1.0배이므로 1,280 mm가 된다.

  • 1,664 mm: B급 이음(1.3배)을 적용한 값이다.
  • 1,920 mm: 순간격·피복 조건을 만족하지 못할 때의 1.5배를 적용한 값이다.
  • 2,130 mm: 위 조건에서 나오지 않는 값이다.
문제 8
그림과 같은 띠철근 기둥의 순수 축하중강도 P0[kN]는? (단, 기둥은 단주로서 콘크리트 설계기준 압축강도 fck=30MPa, 철근의 설계기준 항복강도 fy=400MPa, 종방향 철근 총단면적 Ast=3,000mm2이며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
13,499.8
24,522.4
35,203.5
46,177.8
정답 및 해설

순수 축하중강도는 5,203.5 kN이다.

편심이 없는 단주의 공칭 축강도는 콘크리트 순단면 기여분과 철근 기여분의 합이다.

P0=0.85fck(Ag−Ast)+fyAstP_0=0.85f_{ck}(A_g-A_{st})+f_yA_{st}
Ag=400×400=160,000 mm2A_g=400\times400=160{,}000\,\mathrm{mm^2}
P0=0.85×30×(160,000−3,000)+400×3,000P_0=0.85\times30\times(160{,}000-3{,}000)+400\times3{,}000
=4,003,500+1,200,000=5,203,500 N=5,203.5 kN=4{,}003{,}500+1{,}200{,}000=5{,}203{,}500\,\mathrm{N}=5{,}203.5\,\mathrm{kN}

  • 3,499.8 kN과 4,522.4 kN은 콘크리트 순단면 기여분과 철근 기여분을 모두 더한 공칭값 5,203.5 kN보다 작아 순수 축하중강도가 될 수 없다.
  • 6,177.8 kN은 같은 공식의 값보다 커서 두 기여분의 합과 맞지 않는다.
문제 9
그림과 같은 단면의 캔틸레버 보에 자중을 포함한 등분포 계수하중 wu=25kN/m가 작용하고 있을 때, 전단위험단면에서 전단철근이 부담해야 할 공칭전단력 Vs[kN]는? (단, 보의 지간은 3.3m, 콘크리트의 쪼갬인장강도 fsp=1.4MPa, 콘크리트의 설계기준 압축강도 fck=25MPa, 인장철근의 설계기준 항복강도 fy=350MPa이며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
1100
275
350
425
정답 및 해설

전단철근이 부담할 공칭전단력은 75 kN이다.

쪼갬인장강도가 주어졌으므로 경량콘크리트 계수를 먼저 구한다.
λ=fsp0.56fck=1.40.56×5=0.5\lambda=\dfrac{f_{sp}}{0.56\sqrt{f_{ck}}}=\dfrac{1.4}{0.56\times5}=0.5

캔틸레버의 전단위험단면은 지지면에서 d 떨어진 곳이다.
Vu=25×(3.3−0.3)=75 kNV_u=25\times(3.3-0.3)=75\,\mathrm{kN}
Vc=16λfckbwd=16×0.5×5×200×300=25,000 N=25 kNV_c=\dfrac{1}{6}\lambda\sqrt{f_{ck}}b_wd=\dfrac{1}{6}\times0.5\times5\times200\times300=25{,}000\,\mathrm{N}=25\,\mathrm{kN}
Vs=Vuϕ−Vc=750.75−25=75 kNV_s=\dfrac{V_u}{\phi}-V_c=\dfrac{75}{0.75}-25=75\,\mathrm{kN}

  • 100 kN은 필요 공칭전단강도 전체로, 콘크리트 부담분을 빼지 않은 값이다.
  • 50 kN은 경량콘크리트 계수를 적용하지 않아 콘크리트 부담분을 두 배로 잡은 값이다.
  • 25 kN은 콘크리트가 부담하는 공칭전단강도 자체다.
문제 10
KDS(2016) 설계기준에서 제시된 근사해법을 적용하여 1방향 슬래브를 설계할 때 그 순서를 바르게 나열한 것은?
  • ㄱ.슬래브의 두께를 결정한다.
  • ㄴ.단변에 배근되는 인장철근량을 산정한다.
  • ㄷ.장변에 배근되는 온도철근량을 산정한다.
  • ㄹ.계수하중을 계산한다.
  • ㅁ.단변 슬래브의 계수휨모멘트를 계산한다.
1ㄱ (→) ㄹ (→) ㅁ (→) ㄴ (→) ㄷ
2ㄱ (→) ㄹ (→) ㄴ (→) ㄷ (→) ㅁ
3ㄹ (→) ㅁ (→) ㄷ (→) ㄴ (→) ㄱ
4ㄹ (→) ㄱ (→) ㄴ (→) ㄷ (→) ㅁ
정답 및 해설

올바른 순서는 두께 결정 → 계수하중 → 계수휨모멘트 → 단변 인장철근 → 장변 온도철근이다.

슬래브 두께가 정해져야 자중을 포함한 계수하중을 구할 수 있고, 그 하중으로 근사해법의 계수를 적용해 단변 방향 계수휨모멘트를 계산한다.

1방향 슬래브는 하중을 단변 방향으로 전달하므로 단변 방향 인장철근(주철근)을 먼저 정하고, 장변 방향에는 건조수축·온도변화에 대비한 온도철근을 마지막에 배근한다.

  • 두께 결정 후 계수하중 다음에 바로 철근량을 산정하는 순서는 계수휨모멘트 없이 철근을 정하는 셈이라 성립하지 않는다.
  • 계수하중부터 시작해 온도철근을 주철근보다 먼저 두고 두께를 마지막에 정하는 순서는 자중을 모른 채 하중을 계산하는 모순이 있다.
  • 계수하중을 두께 결정보다 먼저 계산하는 순서는 자중이 정해지지 않아 계수하중을 확정할 수 없다.
문제 11
KS F 2423(콘크리트의 쪼갬인장 시험 방법)에 준하여 ø100mm×200mm 원주형 표준공시체에 대한 쪼갬인장강도 시험을 실시한 결과, 파괴 시 하중이 75kN으로 측정된 경우 쪼갬인장강도[MPa]는? (단, π=3으로 계산하며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
11.5
22.0
32.5
45.0
정답 및 해설

쪼갬인장강도는 2.5 MPa이다.

쪼갬인장강도 공식: fsp=2Pπdlf_{sp}=\dfrac{2P}{\pi dl}

fsp=2×750003×100×200=15000060000=2.5 MPaf_{sp}=\dfrac{2\times75000}{3\times100\times200}=\dfrac{150000}{60000}=2.5\,\mathrm{MPa}

  • 5.0 MPa: 계산값의 2배로, 공식의 계수를 잘못 적용한 값이다.
  • 1.5 MPa: 계산값 2.5 MPa보다 작아 맞지 않는다.
  • 2.0 MPa: 계산값 2.5 MPa보다 작아 맞지 않는다.
문제 12
그림과 같이 연직하중 P와 휨모멘트 M이 바닥판과 기둥의 중심에 작용하는 철근콘크리트 확대기초의 최대 지반응력[kN/m2]은? (단, 기초의 자중은 무시한다)
124.8
229.2
334.4
439.2
정답 및 해설

최대 지반응력은 24.8 kN/m2kN/m^{2}이다.

편심하중을 받는 기초의 지반응력은 축하중에 의한 균등응력과 휨모멘트에 의한 응력의 합이다. 모멘트는 5 m 변 방향으로 작용한다.

A=5×3=15 m2,Z=3×526=12.5 m3A=5\times3=15\,\mathrm{m^2},\quad Z=\dfrac{3\times5^2}{6}=12.5\,\mathrm{m^3}
qmax=PA+MZ=30015+6012.5=20+4.8=24.8 kN/m2q_{max}=\dfrac{P}{A}+\dfrac{M}{Z}=\dfrac{300}{15}+\dfrac{60}{12.5}=20+4.8=24.8\,\mathrm{kN/m^2}

  • 29.2 kN/m2kN/m^{2}는 모멘트 항이 9.2 kN/m2kN/m^{2}가 되어야 나오는 값으로, 단면계수 12.5 m³로 나눈 4.8 kN/m2kN/m^{2}와 맞지 않는다.
  • 34.4 kN/m2kN/m^{2}와 39.2 kN/m2kN/m^{2}는 균등응력 20 kN/m2kN/m^{2}에 더할 모멘트 항이 단면계수로 나눈 값보다 훨씬 커서 성립하지 않는다.
문제 13
12mm 두께의 강판과 10mm 두께의 강판을 필릿용접할 때 요구되는 최소 용접치수[mm]는? (단, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
112
210
36
44
정답 및 해설

최소 용접치수는 6 mm이다.

필릿용접 치수는 두꺼운 쪽 판두께 t2t_2 에 대해 s≥2t2s\ge\sqrt{2t_2} 이고 6 mm 이상이어야 한다.

2×12≈4.9 mm\sqrt{2\times12}\approx4.9\,\mathrm{mm} 이므로 최소값 6 mm가 지배한다.

  • 12 mm, 10 mm: 판두께 자체로, 얇은 판두께를 넘거나 같아 최소치수가 아니다.
  • 4 mm: 2t2\sqrt{2t_2} 와 최소 기준 모두에 미달한다.
문제 14
그림과 같은 중력식 옹벽의 전도에 대한 안전율은? (단, 콘크리트의 단위중량 γc=25kN/m3, 흙의 내부마찰각 ø=30°, 점착력 c=0, 흙의 단위중량 γs=20kN/m3, 옹벽 전면에 작용하는 수동토압은 무시하며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
11.52
22.08
32.40
43.50
정답 및 해설

전도에 대한 안전율은 약 2.40이다.

랭킨 주동토압계수와 주동토압(작용점은 저면에서 높이의 1/3)을 구한다.
Ka=1−sin⁡30∘1+sin⁡30∘=13K_a=\dfrac{1-\sin30^\circ}{1+\sin30^\circ}=\dfrac{1}{3}
Pa=12×20×62×13=120 kN/m,Mo=120×2=240 kN⋅m/mP_a=\dfrac{1}{2}\times20\times6^2\times\dfrac{1}{3}=120\,\mathrm{kN/m},\quad M_o=120\times2=240\,\mathrm{kN\cdot m/m}

옹벽을 직사각형과 삼각형으로 나눠 앞굽(전면 하단) 기준 저항모멘트를 구한다.
W1=25×1×6=150,x1=2.5 mW_1=25\times1\times6=150,\quad x_1=2.5\,\mathrm{m}
W2=25×12×2×6=150,x2=23×2=43 mW_2=25\times\dfrac{1}{2}\times2\times6=150,\quad x_2=\dfrac{2}{3}\times2=\dfrac{4}{3}\,\mathrm{m}
Mr=150×2.5+150×43=575 kN⋅m/mM_r=150\times2.5+150\times\dfrac{4}{3}=575\,\mathrm{kN\cdot m/m}
Fs=575240≈2.40F_s=\dfrac{575}{240}\approx2.40

  • 1.52와 2.08은 저항모멘트 575 kN·m/m를 전도모멘트 240 kN·m/m로 나눈 값보다 작아, 저항모멘트를 과소 산정했거나 전도모멘트를 과대 산정한 값이다.
  • 3.50은 반대로 전도모멘트를 과소 산정해야 나오는 값으로 위 계산과 맞지 않는다.
문제 15
그림과 같이 자중을 포함한 등분포하중 w=20kN/m가 재하된 프리스트레스트콘크리트 단순보에 긴장력 P=2,000kN이 작용할 때 보에 작용하는 순하향 하중[kN/m]은? (단, 프리스트레스의 손실은 무시한다)
14
28
312
416
정답 및 해설

보에 작용하는 순하향 하중은 12 kN/m이다.

긴장재가 포물선으로 배치되면 프리스트레스는 상향 등분포 등가하중으로 작용한다.
u=8Pel2=8×2000×0.2202=8 kN/mu=\dfrac{8Pe}{l^2}=\dfrac{8\times2000\times0.2}{20^2}=8\,\mathrm{kN/m}

순하향 하중은 외력에서 등가하중을 뺀 값이다.
w−u=20−8=12 kN/mw-u=20-8=12\,\mathrm{kN/m}

  • 4 kN/m는 상향 등가하중을 과대 산정해 외력에서 너무 많이 뺀 값이다.
  • 8 kN/m는 등가 상향하중 자체로, 외력과 상쇄한 순하중이 아니다.
  • 16 kN/m는 등가하중을 절반으로 잡아 상향력을 과소 산정한 값이다.
문제 16
길이 10m의 포스트텐셔닝 콘크리트 보의 긴장재에 1,500MPa의 프리스트레스를 도입하여 일단 정착하였더니 정착부 활동이 6mm 발생하였다. 이때 프리스트레스의 손실률[%]은? (단, 긴장재는 직선으로 배치되어 긴장재와 쉬스의 마찰은 없으며, 탄성계수 Ep=200GPa이다)
114
212
310
48
정답 및 해설

프리스트레스 손실률은 8%이다.

마찰이 없는 직선 긴장재의 정착부 활동 손실: Δfp=EpΔll\Delta f_p=E_p\dfrac{\Delta l}{l}

Δfp=200000×610000=120 MPa\Delta f_p=200000\times\dfrac{6}{10000}=120\,\mathrm{MPa}
1201500×100=8 %\dfrac{120}{1500}\times100=8\,\%

  • 10%: 손실량 150 MPa에 해당해 계산값 120 MPa보다 크다.
  • 12%: 손실량 180 MPa에 해당해 계산값보다 크다.
  • 14%: 손실량 210 MPa에 해당해 계산값보다 크다.
문제 17
그림과 같은 단철근 직사각형 콘크리트 보에 사용 가능한 최대 인장철근비 는? (단, 콘크리트의 설계기준 압축강도 fck=35MPa, 인장철근의 설계기준 항복강도 fy=255MPa, β1=0.8로 하며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
10.01
20.02
30.03
40.04
정답 및 해설

최대 인장철근비는 0.04이다.

KDS(2016)에서 휨부재의 최대 철근량은 순인장변형률이 최소 허용변형률 0.004(설계기준항복강도 400 MPa 이하) 이상이 되도록 정한다.

ρmax=0.85β1fckfy⋅εcuεcu+εt,min\rho_{max}=0.85\beta_1\dfrac{f_{ck}}{f_y}\cdot\dfrac{\varepsilon_{cu}}{\varepsilon_{cu}+\varepsilon_{t,min}}
=0.85×0.8×35255×0.0030.003+0.004=0.85\times0.8\times\dfrac{35}{255}\times\dfrac{0.003}{0.003+0.004}
=0.0933×37=0.04=0.0933\times\dfrac{3}{7}=0.04

  • 0.01과 0.02는 위 식의 값보다 훨씬 작아 최대 철근비가 아닌 일반 설계 범위의 값이다.
  • 0.03은 변형률 비율 항이나 계수를 잘못 적용한 값으로 위 계산과 맞지 않는다.
문제 18
500mm×500mm 정사각형 단면을 가진 비횡구속 띠철근 기둥의 장주효과를 무시할 수 있는 최대 비지지길이[m]는? (단, 기둥의 양단은 힌지로 지지되어 있으며, KDS(2016) 설계기준을 적용한다)
13.3
24.3
36.8
47.9
정답 및 해설

최대 비지지길이는 3.3 m이다.

비횡구속 압축부재는 klur≤22\dfrac{kl_u}{r}\le22 이면 장주효과를 무시할 수 있다. 직사각형 단면의 회전반지름은 r=0.3hr=0.3h 이다.

r=0.3×500=150 mmr=0.3\times500=150\,\mathrm{mm}, 양단 힌지이므로 k=1.0k=1.0
lu≤22×1501.0=3300 mm=3.3 ml_u\le\dfrac{22\times150}{1.0}=3300\,\mathrm{mm}=3.3\,\mathrm{m}

  • 4.3 m: 세장비가 약 29로 한계 22를 넘어서는 길이로 장주효과를 고려해야 한다.
  • 6.8 m: 세장비가 약 45로 한계 22를 크게 넘는다.
  • 7.9 m: 세장비가 약 53으로 한계 22를 크게 넘는다.
문제 19
T형 프리스트레스트콘크리트 단순보에 설계하중이 작용할 때 보의 처짐은 0이었으며, 프리스트레스 도입단계부터 보의 상연에 부착된 변형률 게이지로 측정된 콘크리트 탄성변형률 εc=4.0×10-4이었다. 이 경우 초기긴장력 Pi[kN]는? (단, 콘크리트의 탄성계수 Ec=25GPa, T형보의 총단면적 Ag=170,000mm2, 프리스트레스의 유효율 R=0.85이다)
12,000
21,800
31,600
41,400
정답 및 해설

초기긴장력은 2,000 kN이다.

설계하중 작용 시 처짐이 0이면 휨이 상쇄되어 단면에 균일한 압축응력 Pe/AgP_e/A_g 만 남는다. 상연 변형률로 이 응력을 구한다.

fc=Ecεc=25000×4.0×10−4=10 MPaf_c=E_c\varepsilon_c=25000\times4.0\times10^{-4}=10\,\mathrm{MPa}
Pe=10×170000=1.7×106 N=1700 kNP_e=10\times170000=1.7\times10^{6}\,\mathrm{N}=1700\,\mathrm{kN}
Pi=PeR=17000.85=2000 kNP_i=\dfrac{P_e}{R}=\dfrac{1700}{0.85}=2000\,\mathrm{kN}

  • 1,800 kN: 유효프리스트레스 1,700 kN을 유효율 0.85로 나눈 값과 다르다.
  • 1,600 kN: 유효프리스트레스보다 작아 초기긴장력이 될 수 없다.
  • 1,400 kN: 유효프리스트레스보다 작아 초기긴장력이 될 수 없다.
문제 20
KDS(2016) 설계기준에서 제시된 교량 내진설계에 관한 내용 중에서 옳지 않은 것은?
1위험도계수 I는 평균재현주기가 1,000년인 지진의 유효수평지반가속도 S를 기준으로 평균재현주기가 다른 지진의 유효수평지반가속도의 상대적 비율을 의미한다.
2교량의 지진하중을 결정하는데 사용되는 지반계수는 지반상태가 탄성지진응답계수에 미치는 영향을 반영하기 위한 보정계수이다.
3교량의 내진등급은 중요도에 따라 내진특등급, 내진I등급, 내진II등급으로 분류하며 지방도의 교량은 내진I등급이다.
4교량이 위치할 부지에 대한 지진지반운동의 유효수평지반가속도 S는 지진구역계수 Z에 각 평균재현주기의 위험도계수 I를 곱하여 결정한다.
정답 및 해설

옳지 않은 것은 위험도계수의 기준을 평균재현주기 1,000년으로 설명한 것이다. 위험도계수는 평균재현주기 500년 지진의 유효수평지반가속도를 기준(1.0)으로 한 상대적 비율이다.

유효수평지반가속도는 지진구역계수에 위험도계수를 곱해 정한다.

  • 지반계수는 지반상태가 탄성지진응답계수에 미치는 영향을 반영하는 보정계수이다.
  • 내진등급은 내진특등급·내진I등급·내진II등급으로 나뉘며 지방도의 교량은 내진I등급이다.
  • 유효수평지반가속도 S는 지진구역계수 Z에 위험도계수 I를 곱해 결정한다.