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가설 설정
- 가정 할 수 있다. 동적하중은 여러 조건하에서 발생할 수 있지만 본 연구에서는 프로파일의 상이함으로 인해서만 생기는 것으로 가정하였다. 프로파일이 평탄함으로 인해 발생하는 하중과 평탄하지 못해서 발생하는 하중으로 인해 피로균열수명의 차이 (ΔNf))가 일어나며 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.
- 파괴매개변수를 이용하여 구하였다. 이는 포장에 피로 균열에 의한 포장수명의 변화전도는 재하되는동적하중의 변화정도에 비례한다는 가정 하에 분석하였다. 일반적으로 목표 평탄성지수를 기준으로 산정한 포장파손 지수는 음의 수를 나타내는데 이는 포장 공용성의 감소를 나타낸다.
제안 방법
- 3축 10륜 트럭 차량의 현가장치, 포장표면 프로파일, 차량속도를 다르게 하여 동적하중을 모사하였다. 그림 1에 후축 복축의 동적하중을 현가장치에 따라 속도를 다르게 하여 나타내었다.
- 사용하여 동적하중을 분석하였다. 3축 트럭의 동적 하중 분석을 위하여 트럭 전축(Front axle)의 현가장치를 Flat leaf 스프링으로 고정시키고 후축(Rear axle)의 현가장치는 Taper leaf, Air spring,Walking beam 현가장치를 이용하였다. 포장 프로파일 데이터는 미국연방도로국의 평탄성지수 기준에 따라 6구간으로 나누어 입력하였으며, 트럭의 속도는 60~ 120km/hr까지 증가시켜 각각 입력하였다.
- 포장 평탄성, 차량속도 및 차량 현가장치(Suspension)를 다르게 하여 동적하중을 모사하였다. 모사한 동적하중과 아스팔트 혼합물의 파괴매개변수(Fracture parameters)를 이용하여 포장파손지수 (Pavement Damage Index) 를 구하여 프로파일 상태에 따라 아스팔트 콘크리트 포장의 피로 균열에 의한 수명 감소 변화를 분석하였다.
- 본 연구에서 중차량의 동적하중을 분석하기 위하여 TruckSim을 이용하였으며, 3축의 10륜의 트럭을 사용하여 동적하중을 분석하였다. 3축 트럭의 동적 하중 분석을 위하여 트럭 전축(Front axle)의 현가장치를 Flat leaf 스프링으로 고정시키고 후축(Rear axle)의 현가장치는 Taper leaf, Air spring,Walking beam 현가장치를 이용하였다.
- 본 연구에서는 포장표면의 프로파일 데이터를 이용하여 포장 평탄성, 차량속도 및 차량 현가장치(Suspension)를 다르게 하여 동적하중을 모사하였다. 모사한 동적하중과 아스팔트 혼합물의 파괴매개변수(Fracture parameters)를 이용하여 포장파손지수 (Pavement Damage Index) 를 구하여 프로파일 상태에 따라 아스팔트 콘크리트 포장의 피로 균열에 의한 수명 감소 변화를 분석하였다.
- 그림 2에 현가장치별로 나타내었다. 세 종류의현가장치 인 Taper leaf, Air spring, Walking beam현가장치를 이용하여 포장 평탄성에 따른 동적하중을 분석하였다. Air spring 현가장치에 의해 발생하는 동적하중이 가장 작았으며 , Walking beam 현가장치에 의한 동적하중이 가장 큼을 보였다.
- 아스팔트 콘크리트 포장의 평탄성지수와 차량 특성인 현가장치와 차량속도를 이용하여 동적하중 분석을 실시 하였으며, 포장 표층 프로파일에 의한 동적 하중의 변화정도인 공분산을 구하여 이에 근거한 피로 균열에 의한 포장파손지수를 국내 아스팔트 혼합물의 파괴매개변수를 이용하여 구하였다. 이는 포장에 피로 균열에 의한 포장수명의 변화전도는 재하되는동적하중의 변화정도에 비례한다는 가정 하에 분석하였다.
- 차량의 속도와 현가장치, 표층표면의 평탄성 프로파일을 이용하여 동적하중을 분석하였고 동적 하중의 공분산과 아스팔트 혼합물의 파괴매개변수를 이용하여 포장 파손지수, △를 산정하였으며 , 각 조건이 포장파손 지수에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 하였다. 식(4)를 이용하여 평탄성지수가 Om/km인 이상적인 포장 상태에서를 목표포장 상태지수로 하고평탄성 지수가 3.
- 3축 트럭의 동적 하중 분석을 위하여 트럭 전축(Front axle)의 현가장치를 Flat leaf 스프링으로 고정시키고 후축(Rear axle)의 현가장치는 Taper leaf, Air spring,Walking beam 현가장치를 이용하였다. 포장 프로파일 데이터는 미국연방도로국의 평탄성지수 기준에 따라 6구간으로 나누어 입력하였으며, 트럭의 속도는 60~ 120km/hr까지 증가시켜 각각 입력하였다. 표 1에 동적하중 모사를 위한 트럭의 재원과 입력변수를 요약하였다.
- 본 연구에서 평탄성지수가 포장피로균열 공용수명에 미치는 영향을 분석하기 위하여 Rawool과 Fernando (2005)에 의해 개발된 동적하중의 변화 와이에 따른 포장파손지수(Pavement damageindex), △를 이용하였다. 포장의 포장파손지수를 이용하여 포장의 목표 (Target) 평탄성지수에 의한 동적 하중과 실제 시공되는 평탄성에 의한 동적 하중 차이에서 생기는 포장의 피로균열 공용성 변화를 예측하였다. 포장파손지수를 식(2)에 나타내었으며,Paris and Erdogan방정식을 식(1)에 대입하여 도출하였다(Paris and Erdogan, 1963).
이론/모형
- 이 개념은 한국형 포장설계법의 아스팔트 포장이나 콘크리트 포장에 모두 사용할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서 평탄성지수가 포장피로균열 공용수명에 미치는 영향을 분석하기 위하여 Rawool과 Fernando (2005)에 의해 개발된 동적하중의 변화 와이에 따른 포장파손지수(Pavement damageindex), △를 이용하였다. 포장의 포장파손지수를 이용하여 포장의 목표 (Target) 평탄성지수에 의한 동적 하중과 실제 시공되는 평탄성에 의한 동적 하중 차이에서 생기는 포장의 피로균열 공용성 변화를 예측하였다.
성능/효과
- (1) 포장 평탄성 프로파일과 차량특성을 고려하여 동적 하중을 분석한 결과 Walking beam 현가장치가 Air spring 현가장치에 비해 포장에미치는 영향이 큰 것으로 판단된다. 저속의 차량속도에서는 Air spring과 Walking beam현가장치의 동적하중 차이점이 미비하였으나 속도가 증가할수록 두 현가장치에 의한 동적 하중 차이가 증가하였으므로, 현가장치와 속도의 영향을 고려하여 동적하중 영향을 분석하여야 할 것이다.
- (2) 비교적 평탄성이 좋은 포장이하) 의경우 속도증가에 따라 동적하중 증가율이 크지 않았으나 평탄성이 좋지 못한 포장 (1.7m/km)의 경우 속도증가에 따라 동적 하중증가율이 큰 것을 알 수 있었다. 본 연구에서의 한계점은 1.
- (3) 차량속도에 따른 동적하중 분석 결과 Air spring 현가장치에서는 저속과 고속차량의 동적 하중 차이가 크지 않았으나 Taper leaf와 Walking beam 현가장치에서는 속도에 따른 동적 하중의 차이가 큰 것으로 나타나, Taper leaf와 Walking beam의 동적하중은 속도에따라 급격히 증가하는 것으로 판단된다.
- (4) 동적하중의 공분산을 이용하여 포장파손지수산정 결과 동적하중의 공분산이 증가할수록 포장파손지수도 증가하였다. 또한, 신뢰도가 증가할수록 동일한 포장파손지수를 유지하기 위하여 평탄성이 좋은 포장이 필요한 것으로 판단된다.
- (5) 현가장치에 의한 동적하중분석을 통하여 포장파손지수를 분석한 결과 Walking beam 현가장치를 이용한 차량이 Air spring 현가장치를이용한 차량에 비해서 포장파손지수에 미치는 영향이 컸으나 그 영향은 미비한 것으로 판단된다.
- 0m/km의 평탄성에서는 속도가 증가할수록 동적하중도 증가함을 보였다. 0.9와 1.2m/kni의 비교적 평탄성 이 좋은 포장에서는 속도에 따른 동적하중 증가율이 크지 않았으나 L7m/km의 평탄성에서는 동적하중 증가율이 증가하였으며, 2.3과 3.0m/km의 평탄성이 좋지 않은 포장에서는 동적 하중의 증가율이 매우 큰 것으로 나타났다.
- 세 종류의현가장치 인 Taper leaf, Air spring, Walking beam현가장치를 이용하여 포장 평탄성에 따른 동적하중을 분석하였다. Air spring 현가장치에 의해 발생하는 동적하중이 가장 작았으며 , Walking beam 현가장치에 의한 동적하중이 가장 큼을 보였다. 세 종류의 현가장치에 의한 도로 평탄성의 변화에 따른 동적 하중을 분석한 결과 완전히 평탄한 Om/km의 경우 속도와 무관하게 약 24kN의 타이어 하중을 보였으며, 0.
- 그림 3에 차량 속도별 동적하중 분석 결과를 나타내었다. Air spring의 경우 저속인 40km/hr와 고속인 120km/hr의 동적하중 분석 결과 큰 차이를 보이지 않았으나 Taper leaf와 Walking beam 현가장치의 경우 속도가 증가할수록 평탄성 이 좋지 못한 경우 동적 하중의 차이가 증가하는 것으로 나타났다.
- 또한 신뢰도가 높을수록 동일한 포장파손지수를 유지하기 위하여 평탄성이 좋은 포장이 필요하다. 각각 현가장치를 이용한 포장파손지수를 분석한 결과 Air spring에 의한 포장파손지수가 Walking beam에 의한 포장파손지수보다 작은 것을 볼때 Air spring을 장착한 차량이 포장 균열파손 절감에 더 효과적인 것으로 나타났으나 그 차이는 미비한 것으로 판단된다.
- 평탄 성지 수가 Om/km일 경우 동적하중이 24kN으로 속도에 무관하였으나, 평탄성지수가 증가할수록 속도 증가에 따라 타이어 동적하중도 크게 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 40km/hr의 저속도의 경우 Air spring 과 Walking beam 현가장치의 동적하중 차이는 비교적 작았으나 속도가 120km/hr의 고속에서는 두 현가장치 사이에 동적하중 차이가 큰 것으로 나타나 속도가 증가할 때 현가장치에 의한 영향도 증가하는 것으로 판단된다. 미국등 선진국에서는 화물 보호를 위하여 Air spring을 주로 사용하고 있으나 한국은 Walking beam 현가장치를 주로 사용하는 것으로알려져 있다.
- Sweatman(1983)이 호주에서 포장의 평탄성, 현가장치, 차량속도를 다르게 하여 현장 시험한결과 Walking beam 현가장치 가 Air spring 현가장치에 비해 포장 파손에 대한 영향이 더 큰 것으로 나타났다. 또한 포장 거칠기와 속도가 증가할 수 록 동적 하중 계수가 증가하는 것으로 나타났다.
- Air spring 현가장치에 의해 발생하는 동적하중이 가장 작았으며 , Walking beam 현가장치에 의한 동적하중이 가장 큼을 보였다. 세 종류의 현가장치에 의한 도로 평탄성의 변화에 따른 동적 하중을 분석한 결과 완전히 평탄한 Om/km의 경우 속도와 무관하게 약 24kN의 타이어 하중을 보였으며, 0.9~3.0m/km의 평탄성에서는 속도가 증가할수록 동적하중도 증가함을 보였다. 0.
- Walking Beam 현가장치가 Air 스프링 현가장치에 비해 동적 하중이 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 평탄 성지 수가 Om/km일 경우 동적하중이 24kN으로 속도에 무관하였으나, 평탄성지수가 증가할수록 속도 증가에 따라 타이어 동적하중도 크게 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 40km/hr의 저속도의 경우 Air spring 과 Walking beam 현가장치의 동적하중 차이는 비교적 작았으나 속도가 120km/hr의 고속에서는 두 현가장치 사이에 동적하중 차이가 큰 것으로 나타나 속도가 증가할 때 현가장치에 의한 영향도 증가하는 것으로 판단된다.
- 수 있다. 포장시공 후 프로파일을 측정하여 동적 하중을 분석하여 포장파손지수를 산정하고 이를 근거로 +5% 이상의 포장파손지수이면 인센티브를 -5%의 포장파손지수이면 벌금을 물리는 방식으로 포장 평탄성에 근거한 지불규정에 효과적으로 사용할 수 있다고 판단된다.
후속연구
- 증가하였다. 또한, 신뢰도가 증가할수록 동일한 포장파손지수를 유지하기 위하여 평탄성이 좋은 포장이 필요한 것으로 판단된다.
- 7m/km)의 경우 속도증가에 따라 동적 하중증가율이 큰 것을 알 수 있었다. 본 연구에서의 한계점은 1.2m/kin의 평탄성으로 포장 유지관리에서 평탄성 기준을 정하는데 기초 자료로 사용가능할 것이라 판단된다.
- 본 연구의 결과를 이용하여 차량속도와 표층 아스팔트 혼합물 파괴특성에 근거한 포장 평탄성 규정에 이용할 수 있다. 포장시공 후 프로파일을 측정하여 동적 하중을 분석하여 포장파손지수를 산정하고 이를 근거로 +5% 이상의 포장파손지수이면 인센티브를 -5%의 포장파손지수이면 벌금을 물리는 방식으로 포장 평탄성에 근거한 지불규정에 효과적으로 사용할 수 있다고 판단된다.
- Air spring 현가장치에 비해 포장에미치는 영향이 큰 것으로 판단된다. 저속의 차량속도에서는 Air spring과 Walking beam현가장치의 동적하중 차이점이 미비하였으나 속도가 증가할수록 두 현가장치에 의한 동적 하중 차이가 증가하였으므로, 현가장치와 속도의 영향을 고려하여 동적하중 영향을 분석하여야 할 것이다.
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