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논문 상세정보

중앙부와 모서리부 다축 차량 하중에 의한 콘크리트 도로포장의 응력 상관관계

Relationship between Concrete Pavement Stresses under Multi-Axle Interior and Edge Loads

초록

본 연구는 콘크리트 도로 포장에 복륜 단축, 복륜 복축, 복륜 삼축 등 복륜 다축 하중이 포장의 중앙부와 모서리부에 작용할 때 포장의 응력 분포 및 최대 응력의 차이를 분석하고 이러한 응력의 차이가 콘크리트 탄성계수, 슬래브 두께, 그리고 지반 탄성계수에 따라 어떠한 특성을 갖는지를 분석하기 위하여 수행되었다. 변환영역에서의 해석법을 이용하여 중앙부 하중에 의한 응력을 구하였으며 유한요소법을 이용하여 모서리부 하중에 의한 응력을 구하였다. 여러 가지 변수에 대하여 중앙부 하중에 의한 최대 응력과 모서리부 하중에 의한 최대 응력을 비교하였으며 이러한 최대 응력 비율을 예측할 수 있는 공식을 개발하였다. 이러한 공식을 이용하여 중앙부 하중에 의한 최대 응력에서 모서리부 하중에 의한 최대 응력을 예측하여 최대 응력 비율 예측 공식의 정확성을 검증하였다. 연구결과 중앙부와 모서리부 하중에 의한 콘크리트 포장의 최대 응력 변화 경향은 매우 비슷하였으며 종방향 상의 최대 응력 발생 위치는 일치하였다. 모서리부 하중에 의한 최대 응력을 중앙부 하중에 의한 최대 응력으로 나눈 최대 응력 비율은 하중 축 수가 많아질수록 감소하며, 콘크리트 탄성계수가 증가, 슬래브 두께가 증가, 지반 탄성 계수가 감소, 그리고 하중 접지압이 증가할수록 커지게 된다.

Abstract

The differences in the stress distribution and the critical stresses in concrete pavement systems were analyzed when the dual-wheel single-, tandem-, and tridem-axle loads were applied at the interior and the edge of the pavement. The effects of the concrete elastic modulus, slab thickness, foundation stiffness, and tire contact pressure were investigated. The stresses under the interior loads were calculated using the transformed field domain analysis and stresses under the edge loads were obtained using the finite element method. The critical stresses under the interior and the edge loads were compared with respect to various parameters and the equations to predict the ratio between the stresses under the edge and the interior loads were developed and verified. From this study, it was found that the trends of the changes in the critical concrete stresses under the interior and the edge loads were very similar and the critical stress locations under those loads were identical. The critical stress ratio, which was obtained by dividing the critical stress under the edge loads into that under the interior loads, decreased with increasing the number of axles. That ratio became larger as the concrete elastic modulus increased, the slab thickness increased, the foundation stiffness decreased, and the tire contact pressure increased.

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