다층으로 이루어진 아스팔트 콘크리트 포장체에 작용하는 하중이 하부로 전달되는 과정에서 층의 경계부분에서는 경계면 효과로 인해 상부층과는 다른 응력 및 변형률을 나타낸다. 그로 인해 하부로 전달되는 하중에 변화가 발생하여 포장체 전체의 거동에 변화가 발생한다. 아스팔트 콘크리트포장에서 포장체를 다층구조모델로 보는 역학적 설계법의 가장 중요한 가정사항은 각 층 사이가 완전 접합(fully bonded)된 것으로 가정한다는 것이다. 이러한 가정은 포장체의 ...
다층으로 이루어진 아스팔트 콘크리트 포장체에 작용하는 하중이 하부로 전달되는 과정에서 층의 경계부분에서는 경계면 효과로 인해 상부층과는 다른 응력 및 변형률을 나타낸다. 그로 인해 하부로 전달되는 하중에 변화가 발생하여 포장체 전체의 거동에 변화가 발생한다. 아스팔트 콘크리트포장에서 포장체를 다층구조모델로 보는 역학적 설계법의 가장 중요한 가정사항은 각 층 사이가 완전 접합(fully bonded)된 것으로 가정한다는 것이다. 이러한 가정은 포장체의 모델링과 계산 절차를 간단하게 해준다는 장점이 있으며, 일부 모델들은 완전 접합과 완전 분리의 개념을 사용하여 경계면의 상태를 모델링한다. 그러나 경계면의 상태를 측정할 수 있는 표준화된 시험방법이 없기 때문에 현장상태를 대변하는 접합 상태를 선정하는 것이 쉽지 않다. 따라서 포장층의 경계면 특성에 대한 정량적 산정을 통해 보다 실제적이고 합리적인 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 거동을 구현하는 것이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 기존의 아스팔트 콘크리트 포장구조해석에 사용되는 다층탄성해석에서 경계면의 영향을 평가하기 위해 상용 유한요소해석프로그램인 ABAQUS와 다층탄성프로그램인 KENLAYER를 이용하여 연직하중이 작용하는 경우의 경계면 특성에 따른 포장성능에 관한 비교·분석을 실시하였다. 그리고 실제 주행하중에 의해 발생되는 수평하중이 포장체에 미치는 영향을 고찰하기 위해 수평하중을 고려한 포장구조해석도 실시하였다. 이를 위해 상용 유한요소해석프로그램인 ABAQUS를 이용하여 경계면 상태에 따른 포장구조체 내부에서 발생하는 변형률 및 처짐을 분석하고, 경계면의 접합상태에 따른 효과를 분석하였다. 이러한 과정을 통해 경계면 상태에 따른 포장체의 공용성에 관한 기존의 정성적 평가로부터 수치해석을 통해 정량적 평가를 실시하고, 경계면 효과에 대한 기본연구를 실시하였다. 연구 결과, 연직하중만이 작용하는 경우에는 기존의 다층탄성프로그램에서와 같이 접합과 비접합에 대한 구분만으로도 충분히 경계면의 영향을 고려할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 기존 해석에서 사용되는 연직하중만 작용하는 경우와 실제 주행하중을 모사하는 연직하중과 수평하중이 동시에 작용하는 경우 포장체에 미치는 영향을 분석한 결과, 수평하중의 작용으로 인해 공용횟수가 약 1/300로 감소하여 포장구조해석시 수평하중을 고려한 해석이 절실히 필요함을 알 수 있었다. 국내 고속도로의 대표단면을 이용하여 수치해석을 실시한 결과, 아스팔트층의 두께가 얇을수록, 또한 아스팔트층의 탄성계수가 작을수록 경계면 상태에 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 제안된 국내 고속도로의 대표단면에 대한 수치해석을 실시하여 얻어진 데이터베이스를 바탕으로 아스팔트층 하부의 인장변형률에 영향을 미치는 아스팔트층의 두께, 탄성계수, 그리고 경계면 조건을 고려한 다변수 비선형 회귀분석을 위해 합성곡선(master curve)을 이용하여 아스팔트층 하부의 인장변형률을 결정하는 하나의 회귀분석식을 제안하였다. 회귀분석식의 신뢰성은 공용중인 포장체의 두께와 탄성계수를 이용하여 해석적으로 확인하였다.
다층으로 이루어진 아스팔트 콘크리트 포장체에 작용하는 하중이 하부로 전달되는 과정에서 층의 경계부분에서는 경계면 효과로 인해 상부층과는 다른 응력 및 변형률을 나타낸다. 그로 인해 하부로 전달되는 하중에 변화가 발생하여 포장체 전체의 거동에 변화가 발생한다. 아스팔트 콘크리트포장에서 포장체를 다층구조모델로 보는 역학적 설계법의 가장 중요한 가정사항은 각 층 사이가 완전 접합(fully bonded)된 것으로 가정한다는 것이다. 이러한 가정은 포장체의 모델링과 계산 절차를 간단하게 해준다는 장점이 있으며, 일부 모델들은 완전 접합과 완전 분리의 개념을 사용하여 경계면의 상태를 모델링한다. 그러나 경계면의 상태를 측정할 수 있는 표준화된 시험방법이 없기 때문에 현장상태를 대변하는 접합 상태를 선정하는 것이 쉽지 않다. 따라서 포장층의 경계면 특성에 대한 정량적 산정을 통해 보다 실제적이고 합리적인 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 거동을 구현하는 것이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 기존의 아스팔트 콘크리트 포장구조해석에 사용되는 다층탄성해석에서 경계면의 영향을 평가하기 위해 상용 유한요소해석프로그램인 ABAQUS와 다층탄성프로그램인 KENLAYER를 이용하여 연직하중이 작용하는 경우의 경계면 특성에 따른 포장성능에 관한 비교·분석을 실시하였다. 그리고 실제 주행하중에 의해 발생되는 수평하중이 포장체에 미치는 영향을 고찰하기 위해 수평하중을 고려한 포장구조해석도 실시하였다. 이를 위해 상용 유한요소해석프로그램인 ABAQUS를 이용하여 경계면 상태에 따른 포장구조체 내부에서 발생하는 변형률 및 처짐을 분석하고, 경계면의 접합상태에 따른 효과를 분석하였다. 이러한 과정을 통해 경계면 상태에 따른 포장체의 공용성에 관한 기존의 정성적 평가로부터 수치해석을 통해 정량적 평가를 실시하고, 경계면 효과에 대한 기본연구를 실시하였다. 연구 결과, 연직하중만이 작용하는 경우에는 기존의 다층탄성프로그램에서와 같이 접합과 비접합에 대한 구분만으로도 충분히 경계면의 영향을 고려할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 기존 해석에서 사용되는 연직하중만 작용하는 경우와 실제 주행하중을 모사하는 연직하중과 수평하중이 동시에 작용하는 경우 포장체에 미치는 영향을 분석한 결과, 수평하중의 작용으로 인해 공용횟수가 약 1/300로 감소하여 포장구조해석시 수평하중을 고려한 해석이 절실히 필요함을 알 수 있었다. 국내 고속도로의 대표단면을 이용하여 수치해석을 실시한 결과, 아스팔트층의 두께가 얇을수록, 또한 아스팔트층의 탄성계수가 작을수록 경계면 상태에 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 제안된 국내 고속도로의 대표단면에 대한 수치해석을 실시하여 얻어진 데이터베이스를 바탕으로 아스팔트층 하부의 인장변형률에 영향을 미치는 아스팔트층의 두께, 탄성계수, 그리고 경계면 조건을 고려한 다변수 비선형 회귀분석을 위해 합성곡선(master curve)을 이용하여 아스팔트층 하부의 인장변형률을 결정하는 하나의 회귀분석식을 제안하였다. 회귀분석식의 신뢰성은 공용중인 포장체의 두께와 탄성계수를 이용하여 해석적으로 확인하였다.
As repetitive vehicle loads travel along the surface of asphalt pavement structures with multi-layer system, various stress and strain distributions resulting in pavement behavior occur due to layer interface effect. It is generally assumed that each layer is fully bonded in mechanical design of asp...
As repetitive vehicle loads travel along the surface of asphalt pavement structures with multi-layer system, various stress and strain distributions resulting in pavement behavior occur due to layer interface effect. It is generally assumed that each layer is fully bonded in mechanical design of asphalt pavement structures and this assumption has the advantages of saving analysis procedure and time. Some structural pavement analysis models take layer interface coefficients to reflect either bond or unbond of layer interface condition. Since any standardized test procedure has not been set up, determination of bonding coefficients well representing field conditions is still controversial. Insufficient bond between pavement layers may also cause tensile stresses to be concentrated at the bottom of the upper pavement layer. Such concentrated stresses may accelerate fatigue cracking and lead to total pavement failure. It is necessary that pavement behaviors should be evaluated quantitatively with considering interface characteristics to modify practical and reasonable pavement behaviors. To examine adequacy of existing multi-layer elastic analysis of layer interface conditions, this study compared outputs of finite element analysis and multi-layer elastic analysis as vertical load was applied to the surface of asphalt pavements. Structural pavement analysis considering influence of a horizontal load was also carried out in order to simulate passing vehicle loads under various interface conditions using ABAQUS, a three dimensional finite element program. Pavement performance depending on interface conditions was quantitatively evaluated and fundamental study of layer interface effect was performed in this study. As results of the study, if only vertical load is applied, subdivision of either fully bonded or fully unbonded is enough to indicate interface condition. On the other hand, when horizontal load is applied with vertical load, pavement behavior and performance are greatly changed with respect to layer interface condition. The thinner thickness of the asphalt layer is and the smaller elastic modulus of the asphalt layer is, the more pavement behavior is influenced by interface condition. In addition, regression analysis equation analytically computing tensile strain which was considered thicknesses and elastic moduli of the asphalt layer and layer interface condition at the bottom of the asphalt layer was presented using database from numerical analyses on national pavement model sections.
As repetitive vehicle loads travel along the surface of asphalt pavement structures with multi-layer system, various stress and strain distributions resulting in pavement behavior occur due to layer interface effect. It is generally assumed that each layer is fully bonded in mechanical design of asphalt pavement structures and this assumption has the advantages of saving analysis procedure and time. Some structural pavement analysis models take layer interface coefficients to reflect either bond or unbond of layer interface condition. Since any standardized test procedure has not been set up, determination of bonding coefficients well representing field conditions is still controversial. Insufficient bond between pavement layers may also cause tensile stresses to be concentrated at the bottom of the upper pavement layer. Such concentrated stresses may accelerate fatigue cracking and lead to total pavement failure. It is necessary that pavement behaviors should be evaluated quantitatively with considering interface characteristics to modify practical and reasonable pavement behaviors. To examine adequacy of existing multi-layer elastic analysis of layer interface conditions, this study compared outputs of finite element analysis and multi-layer elastic analysis as vertical load was applied to the surface of asphalt pavements. Structural pavement analysis considering influence of a horizontal load was also carried out in order to simulate passing vehicle loads under various interface conditions using ABAQUS, a three dimensional finite element program. Pavement performance depending on interface conditions was quantitatively evaluated and fundamental study of layer interface effect was performed in this study. As results of the study, if only vertical load is applied, subdivision of either fully bonded or fully unbonded is enough to indicate interface condition. On the other hand, when horizontal load is applied with vertical load, pavement behavior and performance are greatly changed with respect to layer interface condition. The thinner thickness of the asphalt layer is and the smaller elastic modulus of the asphalt layer is, the more pavement behavior is influenced by interface condition. In addition, regression analysis equation analytically computing tensile strain which was considered thicknesses and elastic moduli of the asphalt layer and layer interface condition at the bottom of the asphalt layer was presented using database from numerical analyses on national pavement model sections.
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