토목구조기술사/2026년 제140회

[토목구조기술사] 2026년 제140회 1교시 5·8·10·13번 - 볼트접합·전단중심·휨좌굴강도 풀이 (KDS 14 31)

원코드 AI 2026. 10. 26. 12:00

토목구조기술사 2026년 제140회 1교시 5·8·10·13번을 한 편에 묶었습니다.
볼트접합, 전단중심, 휨좌굴강도, 탄성상수 유도까지 강구조와 역학의 기본 네 문항입니다.

네 문항 모두 정의 한 줄로 끝내기에는 아쉬운 문제입니다. 그림과 식을 어디에 넣어야 하는지 답안 순서대로 정리했습니다.

📌 원코드(ONECode) 팀이 기출문제를 원코드로 풀고 정리한 자문자답 글입니다.
기준일: 2026.10.25 / 적용 기준: KDS 14 31 25 강구조 연결, KDS 14 31 10 강구조 부재, KDS 14 31 05 강구조설계 일반사항

1교시 단답형도 그림 한 장과 식 한 줄이 있으면 답안이 달라 보입니다.

🗂️ 토목구조기술사 140회 전 문항은 전 문항 정리에서 볼 수 있습니다.

이 글의 순서

01 토목구조기술사 140회 1교시 5·8·10·13번, 무엇을 묻나? 바로가기 ↓
02 질문을 다듬지 않아도 원코드가 풀어 줄까? 바로가기 ↓
03 5번: 볼트접합은 볼트 쪽 파괴와 판 쪽 파괴로 나눕니다 바로가기 ↓
04 8번: 전단중심은 비틀림 없이 휨만 생기는 점입니다 바로가기 ↓
05 10번: 휨좌굴강도는 두 식, 경계는 Fy/Fe = 2.25 바로가기 ↓
06 13번: 순수전단을 45° 돌리면 G = E/2(1+ν) 바로가기 ↓
07 답안을 쓸 때 챙길 것은? 바로가기 ↓
08 자주 하는 실수는? 바로가기 ↓
09 정리: 토목구조기술사 140회 1교시 강구조 문항은 그림과 식이 뼈대입니다 바로가기 ↓

토목구조기술사 140회 1교시 5·8·10·13번, 무엇을 묻나?

  • 출처: 토목구조기술사 2026년 제140회 1교시 5·8·10·13번 (각 10점) · 2026.08.22 시행
  • 5번: 볼트접합부의 파괴형식 (용어 정의형)
  • 8번: 전단 중심 (용어 정의형)
  • 10번: 공항격납고 비세장판 강압축부재의 휨좌굴강도, KDS 14 31 10 (용어 정의형)
  • 13번: G = E/[2(1+ν)] 유도, 가정과 공학적 의의 (유도형)

10번은 같은 날 건축구조기술사 1교시 8번에도 같은 주제로 나왔습니다.
두 종목에 동시에 나왔다는 건 압축재 강도식이 그만큼 기본이라는 뜻입니다.

답안에 넣을 핵심 키워드

  • 5번: 볼트 전단·인장, 판의 지압, 연단 파단, 순단면 파단, 블록전단, 미끄럼
  • 8번: 전단흐름, 비틀림, 1축대칭 단면, 횡비틀림
  • 10번: 오일러 좌굴, 세장비, 비세장판, Fcr 두 식, 저항계수
  • 13번: 주응력, 모어원, 등방성, 독립 탄성상수 2개

질문을 다듬지 않아도 원코드가 풀어 줄까?

04편과 같은 1교시 문제지를 다시 올리고, 이번에는 네 문항 번호만 적었습니다.

근거 카드는 5번에 강구조 연결 기준 4곳, 8번에 강구조 부재 기준 2곳, 13번에 물리상수 1곳이 달렸습니다.

근거 카드를 누르면 오른쪽에 KDS 원문이 열립니다. 5번 표의 "인장과 전단의 조합" 줄을 원문의 $F'_{nt}$ 식과 바로 대조할 수 있습니다.

5번의 연단 할렬, 순단면 파단의 $A_e$, 미끄러짐은 이번 검색에서 원문을 찾지 못해 [참고]로만 적었다고 밝혔습니다.
답안에서 "KDS에 따르면"을 붙일 곳과 붙이지 말아야 할 곳이 여기서 갈립니다.

5번: 볼트접합은 볼트 쪽 파괴와 판 쪽 파괴로 나눕니다

"파괴형식"을 묻는 용어 정의형입니다. 종류를 나열하고 그림으로 보여 주는 것이 핵심입니다.

📝 모범 답안 · 1교시 5번 · 볼트접합부의 파괴형식10점 · 답안지 약 1쪽

1. 개요

볼트접합부는 볼트 자체가 끊어지거나, 볼트가 지나는 판(모재·연결판)이 찢어지거나 눌려 파괴된다.

설계에서는 각 파괴형식을 한계상태로 보고, 그중 가장 작은 강도를 접합부 강도로 한다.

2. 파괴형식과 근거 (KDS 14 31 25)

구분 파괴형식 산정
볼트 전단파단 $F_{nv}$ × 볼트 단면적 × 전단면 수 (4.1.3.3)
볼트 인장파단 $F_{nt}$ × 볼트 단면적 (4.1.3.3)
볼트 인장·전단 조합 $F'_{nt}$로 검토 (4.1.3.4)
판 볼트구멍 지압 $R_n = 1.2L_c t F_u \le 2.4 d t F_u$ (4.1.3.5)
판 블록전단 전단파단 + 인장파단 조합 (4.1.4.3)
판 순단면 인장파단 $\phi F_u A_e$
판 연단부 할렬 연단거리 부족 시 볼트 뒤쪽이 찢어짐

가. 저항계수는 볼트 인장·전단, 지압, 블록전단 모두 $\phi = 0.75$이다.

나. 마찰접합은 파단 전에 미끄러짐을 한계상태로 따로 검토한다.

🖼️ 그림 ① 볼트접합부 파괴형식 (아래 해설의 도해)

3. 설계 시 유의사항

가. 블록전단과 순단면 파단은 취성 거동이라 볼트 파단보다 보수적으로 본다.

나. 연단거리·볼트 간격을 충분히 확보해 연단부 할렬과 블록전단을 막는다.

4. 결론

볼트접합부는 가장 약한 파괴형식이 강도를 결정하므로 모든 한계상태를 함께 검토해야 한다.

현장에서는 구멍 위치 오차가 연단거리를 줄이기 쉬워 제작 검측이 중요하다.

해설: 그림 한 장이면 6가지가 정리됩니다

파괴형식을 글로만 쓰면 한눈에 읽기 어렵습니다.
볼트 쪽과 판 쪽으로 나눠 그리면 그림만 보고도 구분이 됩니다.

표의 아래 세 줄(순단면 파단, 연단부 할렬, 미끄러짐)은 원코드가 [참고]로 표시했습니다. 답안에서는 이 세 가지에 조항 번호를 붙이지 않는 편이 안전합니다.

블록전단은 전단 파단면과 인장 파단면이 동시에 생기는 형식이라, 그림에서 두 면을 다른 색으로 표시하면 좋습니다.

8번: 전단중심은 비틀림 없이 휨만 생기는 점입니다

정의를 묻는 문제지만, 1축대칭 단면 그림과 위치 식을 함께 쓰면 답안이 훨씬 분명해집니다.

📝 모범 답안 · 1교시 8번 · 전단 중심10점 · 답안지 약 1쪽

1. 정의

전단중심은 단면에 횡하중이 작용할 때 비틀림 없이 휨만 일어나게 하는 하중 작용점이다.

단면의 전단흐름을 합력으로 바꿨을 때 그 합력의 작용점이며, 도심과 항상 일치하지는 않는다.

2. 단면별 위치

가. 이중대칭 단면(H형, 박스): 도심과 일치

나. 1축대칭 단면(ㄷ형, T형): 대칭축 위

다. 개단면 박판 부재(ㄷ형강, ㄱ형강): 단면 밖에 놓일 수 있으며, ㄷ형강은 웨브 바깥쪽

라. 폐단면(박스, 원형관): 비틀림 강성이 커서 전단중심 문제가 상대적으로 작다.

🖼️ 그림 ② ㄷ형강의 전단흐름과 전단중심 위치 (아래 해설의 도해)

3. 설계에서 중요한 이유

가. 하중이 전단중심을 지나지 않으면 휨과 함께 비틀림이 생겨 조합응력이 발생한다.

나. 압축부재는 전단중심 기준의 비틀림좌굴·휨비틀림좌굴을 검토한다. (KDS 14 31 10 4.2.4)

다. 비틀림을 받는 부재의 저항계수는 $\phi_T = 0.90$이다. (KDS 14 31 10 4.4.3.3)

4. 결론

개단면 부재는 도심과 전단중심의 위치 차이를 반드시 확인하고, 하중 작용점과 지지 조건으로 비틀림 영향을 검토해야 한다.

해설: ㄷ형강 전단중심 식

원코드는 H=200, B=80, $t_w$=6, $t_f$=10 mm 예시로 그렸습니다. 웨브 중심선에서 전단중심까지 약 27 mm, 도심과 전단중심 사이는 약 49 mm입니다. 하중이 도심을 지나면 이 거리만큼 비틀림이 생깁니다.

두께가 같은 얇은 ㄷ형강(플랜지 폭 b, 웨브 높이 h)에서 전단흐름 $q = VQ/I$를 적분하면 웨브 중심선에서 전단중심까지 거리는 다음과 같습니다.

$$ e = \frac{b^2 h^2 t_f}{4I} = \frac{3b^2}{h + 6b} \quad (t_w = t_f) $$

플랜지의 전단흐름이 만드는 짝힘을 상쇄하려면 하중이 웨브 바깥쪽에 있어야 합니다.


이 한 문장이 위치를 외우지 않아도 되게 해 줍니다.

원코드도 검토 메모에서 "위치 계산식은 개념 중심으로 정리했고, 정량 계산이 필요하면 전단흐름으로 따로 계산하라"고 적었습니다. 위 식이 그 계산입니다.

압축부재의 비틀림좌굴은 10번 휨좌굴강도와 이어집니다. 비틀림에 대한 비지지길이가 휨에 대한 값보다 크면 4.2.4로 따로 검토합니다.

10번: 휨좌굴강도는 두 식, 경계는 Fy/Fe = 2.25

"비세장판 단면을 갖는 강압축부재"라는 조건이 핵심입니다. 판의 국부좌굴보다 부재 전체의 휨좌굴이 먼저 온다는 뜻입니다.

📝 모범 답안 · 1교시 10번 · 비세장판 강압축부재의 휨좌굴강도10점 · 답안지 약 1쪽

1. 개요

공항격납고처럼 장스팬 구조의 압축재는 세장비가 커서 휨좌굴이 강도를 결정한다.

비세장판 단면은 판폭두께비가 한계값 이하라 국부좌굴 없이 전단면이 유효하다.

2. 휨좌굴강도 (KDS 14 31 10)

가. 공칭압축강도 $P_n = F_{cr} A_g$, 탄성좌굴응력 $F_e = \dfrac{\pi^2 E}{(KL/r)^2}$

나. 비탄성 좌굴 ($KL/r \le 4.71\sqrt{E/F_y}$ 또는 $F_y/F_e \le 2.25$): $F_{cr} = \left[0.658^{F_y/F_e}\right] F_y$

다. 탄성 좌굴 (그 밖의 경우): $F_{cr} = 0.877 F_e$

라. 비틀림에 대한 유효 비지지길이가 휨에 대한 값보다 크면 비틀림좌굴을 4.2.4로 따로 검토한다.

🖼️ 그림 ③ 세장비–좌굴응력 곡선, 비탄성·탄성 구간

3. 특징

가. 세장비가 작으면 항복, 크면 탄성좌굴에 가까워진다.

나. 비탄성 식은 잔류응력과 초기 불완전성을 반영한 실험식이다.

4. 결론

장스팬 압축재는 세장비를 줄이는 횡지지 배치가 가장 효과적이며, 판폭두께비로 비세장판 여부를 먼저 확인해야 한다.

해설: 경계값 4.71은 어디서 나왔을까?

경계 $F_y/F_e = 2.25$를 세장비로 바꾸면 많이 보는 $4.71\sqrt{E/F_y}$가 나옵니다.

$$ \frac{\pi^2 E}{(KL/r)^2} = \frac{F_y}{2.25} \;\Rightarrow\; \frac{KL}{r} = 1.5\pi\sqrt{\frac{E}{F_y}} \approx 4.71\sqrt{\frac{E}{F_y}} $$

원코드는 두 경계 표현($KL/r$과 $F_y/F_e$)을 함께 적었습니다. 답안에는 둘 중 하나를 쓰고, 위 유도로 둘이 같은 경계라는 것을 한 줄 덧붙이면 됩니다.

같은 주제를 건축구조 1교시 8번에서는 곡선과 유도 중심으로 물었습니다. 두 식이 경계에서 이어지는 과정은 10/28(수)에 올라갈 건축구조 1교시 1·4·8번 풀이에서 이어서 다룹니다.

13번: 순수전단을 45° 돌리면 G = E/2(1+ν)

유도형 문제입니다. 유도 과정, 가정, 공학적 의의 세 덩어리를 모두 써야 합니다.

📝 모범 답안 · 1교시 13번 · G = E/[2(1+ν)] 유도와 의의10점 · 답안지 약 1쪽

1. 유도

가. 순수전단 $\tau$만 받는 요소를 45° 회전하면 주응력은 $\sigma_1 = \tau$, $\sigma_2 = -\tau$이다.

나. 훅 법칙으로 주변형률: $\varepsilon_1 = \dfrac{\sigma_1 - \nu\sigma_2}{E} = \dfrac{\tau(1+\nu)}{E}$, $\varepsilon_2 = -\varepsilon_1$

다. 두 주축 사이의 전단변형률: $\gamma = \varepsilon_1 - \varepsilon_2 = 2\varepsilon_1 = \dfrac{2\tau(1+\nu)}{E}$

라. 전단 훅 법칙 $\tau = G\gamma$와 비교하면 $G = \dfrac{E}{2(1+\nu)}$

🖼️ 그림 ④ 순수전단 요소와 45° 회전 요소, 모어원 (아래 해설)

2. 성립 가정

가. 등방성: 방향에 관계없이 재료 성질이 같다.

나. 선형탄성: 응력과 변형률이 비례하고 하중을 제거하면 원래대로 돌아온다.

다. 미소변형, 균질·연속인 재료이다.

3. 공학적 의의

가. 등방성 재료의 독립 탄성상수는 2개뿐이다. E와 ν를 알면 G가 정해진다.

나. 강재는 $E = 210{,}000$ MPa, $\nu = 0.30$이면 $G \approx 80{,}769$ MPa이며, KDS 14 31 05 3.5 물리상수 표는 81,000 MPa로 적고 있다.

4. 결론

목재·복합재처럼 이방성 재료는 이 관계가 성립하지 않으므로 방향별 탄성상수를 따로 써야 한다.

해설: 모어원 한 장이 유도를 대신합니다

순수전단의 모어원은 원점이 중심이고 반지름이 τ인 원입니다.
그래서 45° 방향에 인장 τ, 압축 τ가 생긴다는 것이 그림으로 바로 보입니다.

원코드는 강재 값을 넣어 $G \approx 80{,}769$ MPa를 계산하고, 기준의 물리상수 표(KDS 14 31 05 3.5)는 이를 81,000 MPa로 적는다고 짚었습니다.
유도 문제라도 마지막에 기준값 한 줄을 붙이면 기준과 이어지는 답안이 됩니다.

답안을 쓸 때 챙길 것은?

네 문항 모두 그림 자리가 있습니다. 그림을 그릴 시간을 생각해 문장은 짧게 쓰는 편이 유리합니다.

자주 하는 실수는?

특히 10번에서 오일러 식만 쓰고 끝내는 답안이 많습니다. 실무 압축재는 비탄성 구간에 드는 경우가 많습니다.

✍️ 실무자 코멘트

강구조 접합부 검토에서는 볼트 개수보다 연단거리와 구멍 위치가 문제 되는 경우가 많습니다.
제작도 검토 단계에서 구멍 위치를 한 번 더 보는 습관이 도움이 됩니다.

관련 기출

  • 건축구조기술사 2026년 제140회 1교시 8번 — 비세장판 압축재 좌굴곡선과 휨좌굴강도 유도
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정리: 토목구조기술사 140회 1교시 강구조 문항은 그림과 식이 뼈대입니다

볼트접합과 전단중심은 그림, 휨좌굴강도와 탄성상수는 식이 답의 뼈대입니다.
네 문항 모두 기준과 이론을 구분해 쓰면 1쪽 안에 깔끔하게 들어갑니다.

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  • 2교시 6번 PSC 보 솟음·처짐과 사용성 검토 → 11/2(월)
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강구조 기준은 식이 많아 찾기 번거롭습니다. 문제지 한 장으로 KDS 식부터 받아 보세요.

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※ 본 풀이는 학습 참고용이며, 기준은 작성일 기준 현행본을 적용했습니다. 실제 시험 답안은 개인의 이해와 표현으로 작성해야 합니다.

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