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환경하중에 의한 장스팬 콘크리트 포장 슬래브의 컬링 거동 특성 분석
Curling Behavior of Long-Span Concrete Pavement Slab under Environmental Loads 원문보기

한국도로학회논문집 = International journal of highway engineering, v.11 no.3 = no.41, 2009년, pp.151 - 161  

김성민 (경희대학교 공과대학 토목공학과) ,  심재수 (경희대학교 공과대학 토목공학과) ,  박희범 (경희대학교 대학원 토목공학과) ,  윤동주 (경희대학교 대학원 토목공학과)

초록
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본 연구는 장스팬 콘크리트 포장 슬래브가 환경하중을 받아 컬링 거동을 할 때의 특성을 분석하기 위하여 수행되었다. 먼저 장스팬 포장 슬래브의 유한요소해석 모델을 구성하여 컬링 시 응력분포 특성 및 슬래브 길이, 두께, 하부지지층 강성, 슬래브 단부 구속 등이 컬링 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 실제 시공된 장스팬 포장 슬래브를 이용하여 현장에서 환경하중에 의한 거동을 측정함으로써 컬링 거동 특성을 실험적으로도 분석하였다. 연구 결과, 장스팬 포장 슬래브는 단부에서 부터 슬래브 중앙을 따라 어느 정도 안쪽으로 들어오면 컬링에 의한 수직변위가 발생하지 않으며 응력은 이곳에서부터 일정하게 최대치를 보이게 된다. 장스팬 포장 슬래브의 길이 및 하부지지층의 강성은 최대 컬링 응력에 영향을 미치지 않았으며, 슬래브 단부의 구속은 컬링 응력이 단부까지 발생하게 하지만 최대 컬링 응력의 크기에는 거의 영향을 미치지 않았다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was conducted to investigate the characteristics of the curling behavior of long-span pavement slabs under environmental loads. By developing and using finite element models of the long-span pavement slabs, the stress distribution and the effects of slab length, slab thickness, stiffness ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 장스팬 콘크리트 포장 슬래브의 환경하중에 의한 컬링 거동 특성을 분석하기 위하여 수행되었다. 장스팬 슬래브의 수치해석 모델을 구성하여 컬링 시 응력분포 및 슬래브 길이, 두께, 하부층 강성, 단부 구속 등이 컬링 거동에 미치는 영향을 분석하였으며, 실제 시공된 PTCP 슬래브를 이용하여 현장 실험을 수행함으로써 장스팬 슬래브의 컬링 거동 특성을 실험적으로도 분석하였다.
  • 본 연구의 목적은 구조해석과 현장 실험을 통해 PTCP 슬래브 등 줄눈간격이 100m 이상으로 긴 장스팬 포장 슬래브의 컬링 특성을 분석하는 것이다. 우선 유한요소법을 이용하여 장스팬 포장 슬래브의 모델을 구성하여 수치해석에 의해 장스팬 포장 슬래브의 길이, 두께, 하부지지층 강성, 단부 구속 등이 컬링 거동에 미치는 영향을 분석하였다.

가설 설정

  • - 장스팬 포장 슬래브에서는 하부지지층의 강성이 컬링에 의한 슬래브 최대 응력의 크기에 영향을 미치지 않는다.
  • 슬래브가 온도 하중을 받을 때의 거동은 종횡 양방향으로 대칭이므로 그림 2와 같이 슬래브의 1/4 만 모델링하였다. 슬래브 하부의 지지층은 복합 수직강성을 가지는 무인장(Tensionless) 스프링을 사용하여 모델링 하였으며 슬래브에 작용하는 온도구배(Temperature Gradient)를 1℃/cm로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
컬링이란 무엇인가? 콘크리트 포장 슬래브는 슬래브 상하부의 온도차에 의해서 휨이 발생하게 되며 이러한 현상을 컬링(curling)이라 부른다. 그림 1에 나타낸 바와 같이 일반적으로 낮에는 슬래브 표면의 온도가 하부의 온도보다 커지기 때문에 슬래브의 중앙부가 위로 솟고줄눈부 또는 단부가 아래로 내려가는 형태의 휨인 컬 다운(curl down)이 발생하게 되며, 반대로 밤에는 슬래브 표면의 온도가 하부보다 낮아져서 슬래브의 중앙부가 아래로 내려가고 줄눈부가 위로 올라가는 형태의 휨인 컬업(curl up)이 발생하게 된다.
콘크리트 포장 슬래브에서 휨 현상은 왜 나타나는가? 콘크리트 포장 슬래브는 슬래브 상하부의 온도차에 의해서 휨이 발생하게 되며 이러한 현상을 컬링(curling)이라 부른다. 그림 1에 나타낸 바와 같이 일반적으로 낮에는 슬래브 표면의 온도가 하부의 온도보다 커지기 때문에 슬래브의 중앙부가 위로 솟고줄눈부 또는 단부가 아래로 내려가는 형태의 휨인 컬 다운(curl down)이 발생하게 되며, 반대로 밤에는 슬래브 표면의 온도가 하부보다 낮아져서 슬래브의 중앙부가 아래로 내려가고 줄눈부가 위로 올라가는 형태의 휨인 컬업(curl up)이 발생하게 된다.
포스트텐션 콘크리트 포장이란? 콘크리트 포장 형식 중에 최근에 주목받고 있는 포장 형식으로 포스트텐션 콘크리트 포장(PTCP: Post-Tensioned Prestressed Concrete Pavement)을 들 수 있다. PTCP는 강선의 긴장을 이용하여 콘크리트 슬래브에 프리스트레스를 도입함으로써 콘크리트의 인장응력을 감소시켜 파손을 방지할 수 있는 포장 공법이다(Friberg and Pasko, 1973; Brunner, 1975; Klunker, 1981; Powers, R. and Zaniewski, 1987).
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참고문헌 (14)

  1. 김성민, 박희범 (2008). "지반위에 놓인 콘크리트 슬래브의 온도하중 하의 컬링 거동 및 하부층 영향 실험적 분석," 한국도로학회논문집, 한국도로학회, Vol. 10, No. 4, pp. 171-180. 

  2. 윤동주, 김성민, 배종오 (2009). "포스트 텐션드 콘크리트 포장의 종방향 긴장 설계 방안," 한국도로학회논문집, 한국도로학회, Vol. 11, No. 1, pp. 203-215. 

  3. ABAQUS (2007). User's Manual Version 6.7, Hibbit, Karlsson & Sorensen, Inc., Pawtucket, R. I. 

  4. Bradbury, R, D. (1938). Reinforced Concrete Pavements, Wire Reinforcement Institute, Washington, D.C. 

  5. Brunner, R. J. (1975). "Prestressed Pavement Demonstration Project," Transportation Research Record, No. 535, Transportation Research Board. 

  6. Friberg, B. F. and Pasko, T. J. (1973). "Prestressed Concrete Highway Pavement at Dulles International Airport," Highway Research Record, No. 466, Highway Research Board, pp. 1-19. 

  7. Huang, Y. H. (1993). Pavement Analysis and Design, Prentice Hall, New Jersey. 

  8. Jeong, J. H. and Zollinger, D. Z. (2004). "Earlyage curling and warping behavior: Insights from a fully instrumented test-slab system," Transportation Research Record - Journal of the Transportation Research Board, No.1896, National Research Council. pp. 66-74. 

  9. Kim, S.-M., Won, M. C. and McCullough, B. F. (1998). "Numerical modeling of continuously reinforced concrete pavement subjected to environmental loads," Transportation Research Record, No. 1629, Transportation Research Board, National Research Council, pp. 76-89. 

  10. Klunker, F. (1981). "Status and Developments in the Construction of Prestressed Concrete Runways in European Airport," Proceedings of the 2nd International Conference on Concrete Pavement Design, Session 6: Airport Pavement, Purdue University, West Lafayette, Indiana. 

  11. Medina-Chavez, C. I. and Won, M. (2005). "Design Standards, Special Specifications, and Monitoring Plan for PCP in Texas," Research Report 5-4035-01-1, Center for Transportation Research, The University of Texas at Austin. pp. 1-50. 

  12. Nam, J.-H., Kim, S.-M. and Won, M.C. (2006). "Measurement and analysis of early-age concrete strains and stresses: Continuously reinforced concrete pavement under environmental loading," Transportation Research Record-Journal of the Transportation Research Board, No.1947, National Research Council. pp. 79-90. 

  13. Powers, R. and Zaniewski, J. (1987). "Nine Year Performance Evaluation of Arizona's Prestressed Concrete Pavement," Transportation Research Record, No. 1136, Washington, D. C. 

  14. Westergaard, H. M. (1925). "Stresses in Concrete Pavements Computed by Theoretical Analysis," Public Roads, Vol. 7, pp. 25-35. 

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