2021년 5급 공채 기술 2차 건축구조학

문제 5개 · 100점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (10점)

H형강보가 휨을 받을 경우, 횡방향으로 지지가 충분하지 않고 외력이 특정 한계값 이상이 되면, 면외방향의 약축 휨과 더불어 단면에 비틀림이 발생하여 휨내력이 크게 저하될 수 있다. 이러한 강구조 휨재의 횡비틀림좌굴거동에 대하여 다음 물음에 답하시오. (총 10점)

(1) 아래 그림을 이용하여 단순보의 비지지길이에 따른 휨모멘트강도(M \,)와 단부 회전각(\theta \,)에 대한 상관관계를 설명하시오. (단, 휨모멘트는 강축에 작용하고, 보는 콤팩트(조밀)단면이며, 양단부는 단순지지이다. 보의 축에 직각방향인 횡비틀림은 보의 단부에만 지지되어 있다) (5점)
[그림]
(2) 보의 횡비틀림좌굴강도와 비지지길이와의 상관관계에 대하여 그림을 그리고 설명하시오. (5점)

제2문 (20점)

그림과 같은 내민보에 대하여 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
[그림]

(1) \omega_{{D}}＝5kN/m와 \omega_{{L}}(\omega_{{L 1}}＝\omega_{{L 2}}＝\omega_{{L 3}})＝3kN/m가 모두 작용할 때 계수하중(1.2\omega_{{D}}＋1.6\omega_{{L}})에 대하여 최대정모멘트와 최대부모멘트를 구하시오. (5점)
(2) 활하중의 부분재하 조합(\omega_{{L 1}}, \omega_{{L 2}}, \omega_{{L 3}} 중 일부만 재하, \omega_{{L 1}}, \omega_{{L 2}}, \omega_{{L 3}}가 재하시 각 분포하중은 3kN/m)을 고려하여 계수정모멘트의 최댓값을 구하시오. (단, \omega_{{D}}＝5kN/m) (7점)
(3) 위 그림에서 활하중의 부분재하를 고려한 경우를 기준으로 할 때 부분재하를 고려하지 않고 구한 내민보 최대정모멘트와 기준 최대정모멘트의 편차가 20% 이하가 되기 위한 \omega_{{L}} / \omega_{{D}}의 조건을 구하시오. (단, 정모멘트는 계수하중을 적용하여 구한다) (8점)

제3문 (20점)

아래의 조건을 가지는 철근 콘크리트 단순보에 대하여 다음 물음에 답하시오. (총 20점)

○보의 경간: 8m
○보 단면: 300mm×600mm
○콘크리트 압축강도: 28N/mm²
○콘크리트 탄성계수: 25,811N/mm²
○철근 항복강도: 400N/mm²
○철근 탄성계수: 200,000N/mm²
○고정하중(자중 포함): 18kN/m
○활하중: 12kN/m
○인장철근: 3－D22(D22 철근의 단면적은 387.1mm²)
○압축철근: 2－D22
○보 상부면에서 압축철근 중심까지 거리 및 보 하부면에서 인장철근 중심까지 거리: 60mm
[그림]

(1) 크리프와 건조수축이 장기처짐에 미치는 영향에 대해 설명하시오. (4점)
(2) 압축철근 배근이 장기처짐에 미치는 영향에 대해 설명하시오. (6점)
(3) 위 조건에서 고정하중 100%와 활하중 100%가 즉시하중으로 재하된 이후 활하중이 감소하여 고정하중 100%와 활하중 40%가 지속하중으로 재하될 경우의 5년 뒤 장기처짐량을 구하시오.(단, 유효단면2차모멘트는 고정하중 100%와 활하중 100%가 작용하는 상태에서 구하며, 균열 발생 이후 균열은 회복되지 않는다) (10점)

제4문 (20점)

아래의 조건을 가지는 충전형 원형 강관 합성 기둥에서 건축물 강구조 설계기준(KDS 41 31 00)에 따라 설계압축강도를 산정할 때 다음 물음에 답하시오. (총 20점)

○원형강관: \phi－700×9(SM \,355A)
○강재의 설계기준항복강도: 355N/mm²
○강재 단면적: 19,540mm²
○강재 단면2차모멘트: 1,170×10⁶mm⁴
○강재의 탄성계수: 210,000N/mm²
○콘크리트 설계기준강도: 27N/mm²
○콘크리트 탄성계수: 26,700N/mm²
○부재유효좌굴길이: 5m
[그림]

(1) 강재의 단면적 비율과 단면의 폭두께비를 검토하시오. (4점)
(2) 합성단면의 유효강성을 구하시오. (5점)
(3) 탄성좌굴강도를 구하시오. (3점)
(4) 단면의 압괴에 해당하는 강도를 구하시오. (4점)
(5) 설계압축강도를 구하시오. (4점)

제5문 (30점)

그림과 같은 층질량, 층횡강성을 가지는 3자유도 구조물에 대하여 다음 물음에 답하시오. (단, 보의 휨강성은 무한대로 한다) (총 30점)
[그림]

(1) 1차 모드, 2차 모드, 3차 모드의 고유진동수와 그에 대응되는 고유벡터를 구하시오. (단, 진동수가 가장 작은 것부터 증가하는 순서대로 1차, 2차, 3차 모드로 산정한다) (10점)
(2) 1차 모드와 2차 모드의 모달감쇠비가 5%가 되는 레일리 감쇠행렬(Rayleigh damping matrix)을 구하고, 감쇠행렬의 단위를 기입하시오. (10점)
(3) 2)의 경우에 3차 모드의 감쇠비를 구하시오. (10점)