[9급 국가직 토목설계] 22년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

대기 중의 습도가 높을수록 콘크리트 내부 수분의 증발이 줄어 건조수축량은 감소한다.
건조수축은 시멘트 페이스트 속 수분이 외부로 빠져나가면서 생기므로, 수분 손실을 키우는 조건일수록 커지고 억제하는 조건일수록 작아진다.
습윤양생은 초기 수분 손실을 막으므로 건조수축량을 줄인다(증가한다는 설명은 틀림).
물－시멘트비가 클수록 단위수량이 많아 증발할 수분이 늘어나므로 건조수축량은 증가한다.
다짐을 잘하면 조직이 치밀해져 건조수축량은 감소한다(증가한다는 설명은 틀림).

건조양생은 수화에 필요한 수분이 부족해 수화가 충분히 진행되지 못하므로 습윤양생보다 압축강도가 낮다. 건조양생이 더 강하다는 설명이 옳지 않다.
습윤 상태를 유지할수록 수화 생성물이 공극을 채워 강도가 계속 증가한다.
골재의 강도가 커질수록 콘크리트의 압축강도가 증가한다는 설명은 옳다.
물－시멘트비가 작을수록 공극이 줄어 압축강도가 증가한다는 설명은 옳다.
골재와 페이스트 경계의 전이영역은 가장 취약한 부분이어서 압축강도와 밀접한 관련이 있다는 설명은 옳다.

단면의 공칭휨강도는 255 kN·m이다.
그림에서 폭 $b=300\,\mathrm{mm}$, 유효깊이 $d=550\,\mathrm{mm}$이고, $f_{ck}\le40\,\mathrm{MPa}$이므로 $\eta=1.0$이다.
$a=\dfrac{A_sf_y}{\eta(0.85f_{ck})b}=\dfrac{1700\times300}{1.0\times0.85\times20\times300}=100\,\mathrm{mm}$
$M_n=A_sf_y\left(d-\dfrac{a}{2}\right)=1700\times300\times(550-50)=255\times10^6\,\mathrm{N\cdot mm}$
따라서 255 kN·m이다.

대칭 T형보의 플랜지 유효폭 결정 기준에 해당하지 않는 것은 복부 폭의 8배(8$b_{\omega}$)이다.
대칭 T형보의 유효폭은 다음 세 값 중 가장 작은 값으로 한다.
플랜지 두께의 16배에 복부 폭을 더한 값(16$t_{f}$+$b_{\omega}$)
양쪽 슬래브의 중심 간 거리
보의 경간의 1/4

압축철근은 압축측 콘크리트의 크리프를 억제해 장기처짐(지속하중에 의한 처짐)을 감소시키는 것이다. 인장철근 변형률을 억제해 탄성처짐을 줄인다는 설명은 옳지 않다.
압축철근이 압축력을 분담하면 압축 콘크리트가 받는 응력이 줄어 시간이 지나며 생기는 크리프 변형이 작아진다.
스터럽 등 전단철근을 걸어 고정할 수 있어 철근 조립이 편리하다는 설명은 옳다.
압축철근이 압축력을 분담해 중립축 깊이가 감소하고 연성이 증가한다는 설명은 옳다.
지진하중처럼 하중 방향이 바뀔 때 압축철근이 인장철근 역할을 할 수 있다는 설명은 옳다.

$f_{y}$＝500MPa이면 인장지배변형률 한계(㉠)는 0.00625, 최소허용인장변형률(㉡)은 0.005이다.
항복강도가 400 MPa를 초과하는 철근은 항복변형률의 배수로 정한다(400 MPa 이하는 각각 0.005, 0.004).
$\varepsilon_y=\dfrac{f_y}{E_s}=\dfrac{500}{200000}=0.0025$
㉠: $2.5\varepsilon_y=2.5\times0.0025=0.00625$
㉡: $2.0\varepsilon_y=2.0\times0.0025=0.005$

인장철근 변형률과 압축철근 변형률의 비는 3.0이다.
그림에서 $b=400\,\mathrm{mm}$, $d'=50\,\mathrm{mm}$, $d=650\,\mathrm{mm}$이다. 압축철근 항복을 가정하면($\eta=1.0,\ \beta_1=0.80$)
$a=\dfrac{(A_s-A_s')f_y}{\eta(0.85f_{ck})b}=\dfrac{(4500-420)\times400}{0.85\times30\times400}=160\,\mathrm{mm}$, $c=\dfrac{160}{0.80}=200\,\mathrm{mm}$
$\varepsilon_s'=0.0033\times\dfrac{200-50}{200}=0.002475>\varepsilon_y=0.002$이므로 압축철근 항복 가정이 성립한다.
$\varepsilon_s=0.0033\times\dfrac{650-200}{200}=0.007425$
$\dfrac{\varepsilon_s}{\varepsilon_s'}=\dfrac{d-c}{c-d'}=\dfrac{450}{150}=3.0$

압축을 받는 철근은 단부 지압으로도 힘이 전달되므로, 동일 조건에서 압축 이형철근의 기본정착길이가 인장 이형철근보다 짧다. 압축 쪽이 더 길다는 설명이 옳지 않다.
인장 이형철근의 기본정착길이는 $l_{db}=\dfrac{0.6d_bf_y}{\lambda\sqrt{f_{ck}}}$로 공칭지름에 비례한다.
확대머리 이형철근은 경량콘크리트에 적용할 수 없다는 설명은 옳다.
공칭지름이 클수록 인장 이형철근의 정착길이가 길어진다는 설명은 옳다.
표준갈고리는 압축을 받는 경우 정착에 유효하지 않은 것으로 본다는 설명은 옳다.

소요 전단강도로 정한 간격이 기준 상한(d/2)보다 작으므로 전단철근의 최대간격은 180 mm이다.
콘크리트 전단강도: $V_c=\dfrac{1}{6}\lambda\sqrt{f_{ck}}\,b_wd=\dfrac{1}{6}(1.0)(5)(400)(600)=200\,\mathrm{kN}$
필요 전단철근 강도: $V_s=\dfrac{V_u}{\phi}-V_c=\dfrac{350}{0.75}-200\approx266.7\,\mathrm{kN}$
강도상 간격: $s=\dfrac{A_vf_yd}{V_s}=\dfrac{200\times400\times600}{266.7\times10^3}\approx180\,\mathrm{mm}$
$V_s\le\dfrac{1}{3}\sqrt{f_{ck}}\,b_wd=400\,\mathrm{kN}$이므로 간격 상한은 $d/2=300\,\mathrm{mm}$이고, 둘 중 작은 180 mm가 최대간격이다.

A점에 대한 전도 안전율은 2.0이다.
그림의 옹벽은 폭 2 m, 높이 5 m인 직사각형이고, 뒤채움 흙의 주동토압이 전도모멘트를, 옹벽 자중이 저항모멘트를 만든다.
$K_a=\dfrac{1-\sin30^\circ}{1+\sin30^\circ}=\dfrac{1}{3}$, $P_a=\dfrac{1}{2}\gamma H^2K_a=\dfrac{1}{2}\times18\times5^2\times\dfrac{1}{3}=75\,\mathrm{kN/m}$
전도모멘트(작용점 H/3): $M_o=75\times\dfrac{5}{3}=125\,\mathrm{kN\cdot m/m}$
저항모멘트(자중, A점에서 1 m): $M_r=(25\times2\times5)\times1=250\,\mathrm{kN\cdot m/m}$
$F_s=\dfrac{M_r}{M_o}=\dfrac{250}{125}=2.0$로, 전도에 대한 저항모멘트가 전도모멘트의 2배이다.

나선철근 기둥의 최소 편심 계수는 0.85이다.
최대 설계축강도는 최소 편심을 고려해 공칭 중심축강도를 낮춘 값으로, 나선철근 기둥은 0.85, 띠철근 기둥은 0.80을 곱한다. 나선철근이 심부 콘크리트를 구속해 연성이 크므로 띠철근 기둥보다 큰 값을 쓴다.

강재는 고온에서 강도와 탄성계수가 급격히 떨어지므로 내화성이 약하다. 내화성이 우수하다는 설명은 장점이 아니라 오히려 단점에 해당한다.
그래서 강구조물에는 내화피복 등 별도의 내화 대책이 필요하다.
공장 제작 부재를 현장에서 조립하므로 급속시공이 가능하다는 설명은 옳다.
항복 후 큰 소성변형이 가능해 에너지 흡수능력과 연성이 우수하다는 설명은 옳다.
무게에 비해 강성과 강도가 커 대규모 구조물에 적합하다는 설명은 옳다.

포스트텐션 긴장재와 덕트 사이의 마찰에 의한 손실은 긴장 작업 중에 생기는 즉시 손실이므로 시간적 손실 원인이 아니다.
즉시 손실에는 정착장치의 활동, 마찰, 콘크리트의 탄성수축이 있고, 시간적 손실에는 다음이 있다.
콘크리트의 크리프
콘크리트의 건조수축
긴장재 응력의 릴랙세이션

단순지지 1방향 슬래브의 최소두께는 400 mm이다.
보통중량 콘크리트, $f_y=400\,\mathrm{MPa}$인 단순지지 1방향 슬래브의 최소두께는 $\dfrac{l}{20}$이다.
$h_{min}=\dfrac{l}{20}=\dfrac{8000}{20}=400\,\mathrm{mm}$
같은 조건에서 일단연속은 $l/24$, 양단연속은 $l/28$로 연속 조건일수록 얇아진다.

용접부에 발생하는 인장응력은 125 MPa이다.
맞댐용접이 축력 방향에 비스듬히(60°) 놓여도 유효길이는 응력에 직각인 방향으로 투영한 길이로 하므로, 그림의 판폭 200 mm가 유효길이이다. 유효목두께는 판두께 12 mm이다.
$f=\dfrac{P}{a\,l_e}=\dfrac{300\times10^3}{12\times200}=125\,\mathrm{MPa}$

부재 콘크리트와 긴장재를 일체화시키는 그라우트의 부착강도는 재령 28일 압축강도로 설정할 수 있다. 인장강도로 설정한다는 설명이 옳지 않다.
그라우트는 긴장재를 부식으로부터 보호하고 부재와 긴장재를 일체화하는 역할을 한다.
그라우트의 물－결합재비를 45% 이하로 한다는 설명은 옳다.
혼화제는 블리딩 발생이 없는 타입을 표준으로 한다는 설명은 옳다.
부식성 물질로 인한 강재 부식이 구조물 성능을 손상하지 않도록 해야 한다는 설명은 옳다.

프리스트레스 상향력과 평형을 이루는 등분포하중은 12.5 kN/m이다.
그림의 긴장재는 양단에서 도심(편심 0)을 지나고 지간 중앙에서 편심 200 mm인 포물선이며, 지간은 4 m + 4 m = 8 m이다. 포물선 긴장재의 등가 상향 등분포하중은 다음과 같다.
$u=\dfrac{8Ps}{L^2}$
$u=\dfrac{8\times500\times0.2}{8^2}=\dfrac{800}{64}=12.5\,\mathrm{kN/m}$

전단철근을 배근하지 않아도 되는 단면의 최소폭은 320 mm이다.
계수전단력이 $\dfrac{1}{2}\phi V_c$ 이하이면 최소 전단철근도 필요 없다.
$V_u\le\dfrac{1}{2}\phi\left(\dfrac{1}{6}\lambda\sqrt{f_{ck}}\,b_wd\right)$
$50\times10^3\le\dfrac{1}{2}(0.75)\left(\dfrac{1}{6}\right)(1.0)(5)\,b_w(500)=156.25\,b_w$
$b_w\ge320\,\mathrm{mm}$

독립기초 한 변의 최소길이는 3.0 m이다.
기초 밑면적은 계수하중이 아닌 사용하중(기초 자중 포함)을 허용지지력으로 나누어 정한다.
$A=\dfrac{D+L+W_f}{q_a}=\dfrac{1000+500+300}{200}=9\,\mathrm{m^2}$
$B=\sqrt{9}=3.0\,\mathrm{m}$

띠철근 기둥은 피복 콘크리트가 먼저 탈락한 뒤 주철근 좌굴과 심부 콘크리트 파괴로 급격히 붕괴한다. 심부 콘크리트가 가장 먼저 파괴된다는 순서는 옳지 않다.
나선철근 기둥은 피복이 떨어진 뒤에도 나선철근이 심부를 구속해 큰 변형을 견디는 연성 파괴를 보인다.
띠철근 기둥은 나선철근 기둥에 비해 횡구속이 크지 않다는 설명은 옳다.
나선철근 기둥이 연성이 필요한 지진구역 등에 주로 쓰인다는 설명은 옳다.
나선철근량이 작고 간격이 크면 구속 효과가 부족해 취성파괴가 일어날 수 있다는 설명은 옳다.