[논문]지방도 도로교 노면조도의 스펙트럼

정태주; 차봉기

doi:10.12652/ksce.2016.36.5.0757

지방도 도로교 노면조도의 스펙트럼
Spectra of Road Surface Roughness on Bridges of Minor Road 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.36 no.5, 2016년, pp.757 - 767

정태주 (한라대학교 토목공학과) , 차봉기 (한라대학교 정보산업대학원 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 강원도 원주 횡성 부근의 지방도 및 군도에 위치한 18개의 지방도 도로교에 대한 노면조도의 PSD를 제시하였다. 18개 대상교량에 대하여 GPS 측정기를 사용하여 교량의 노면조도를 10~30 cm의 간격으로 직접 측정하였다. 노면조도의 PSD는 평균값이 영인 정상확률분포로 가정하고 측정한 노면조도를 사용하여 MEM으로 구하였다. 도로교의 동적응답 연구에 적합한 노면조도의 PSD 값을 계산할 수 있는 식을 RC 슬래브교, 라멘교 및 PSC거더교 등 교량형식별 및 전체 교량에 대하여 제안하였다. 그리고 대상교량의 노면조도를 평가하고 IRI와 노면 조도계수 사이의 관계를 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The power spectral density (PSD) for the road surface roughness on the bridges of minor roads in Wonju city and Hoengseong-gun, Gangwon-do is presented. To obtain the PSD, the road surface roughness on 18 different bridges with various superstructure type and span is measured by GPS at every 10 to 30cm interval. Assuming the PSD as the stationary normal probability process with zero mean value, the PSD of measured road surface roughness is obtained by applying the Maximum Entropy Method (MEM). A simple formula in evaluating the PSD of RC slab bridge, Rahmen bridge and PSC I-girder bridge which is applicable to the dynamic response analysis of bridges considering the road surface roughness is proposed. Using the calculated PSD curves, the road surface conditions on the 18 bridges are evaluated. The statistical relationship between the PSD and the IRI is presented by applying linear regression and correlation analysis.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 강원도 원주․횡성 부근의 지방도 및 군도에 위치한 18개 대상교량의 노면조도를 직접 측정하고 MEM을 사용 하여 구한 대상교량 노면조도의 PSD 함수식을 토대로 RC 슬래브교, 라멘교 및 PSC 거더교 등 교량형식별 및 전체 대상교량의 노면조도의 PSD 함수식을 제안하고자 한다. 그리고 대상교량에 대하여 평균값이 영인 정상확률분포로 가정한 노면조도의 PSD로부터 노면 조도계수를 계산하여 Dodds and Robson (1973)이제안한 도로 분류표에 따라 대상교량의 노면상태를 평가하고, 측정한 노면조도로부터 구한 IRI와 노면 조도계수 사이의 관계를 분석하였다.

가설 설정

Eqs. (5)~(8)에서 노면조도의 PSD의 값은 파수 γ가 γ_a보다 작은 경우에는 일정한 값으로 가정하고, 파수 γ가 γb보다 큰 경우에는 영으로 가정하였다. Fig.

제안 방법

(1) 지방도 및 군도에 위치한 기존 도로교에 대한 노면조도의 PSD 를 지수함수 형태로 나타내어 구한 교량형식별 및 전체 교량에 대한 노면조도의 PSD 식을 제안하였다.
교량의 노면조도에 대한 연구는 Honda et al. (1982)이 56개 교량의 84개 차선에 대한 교량의 노면조도를 레벨로 직접 측정하여 도로교에 대한 노면조도의 PSD 함수식을 제안하였다. 국내에서는 Kim (1994)이 경기도 일대 국도상의 21개 교량을 대상으로 직접 레벨로 측정하여 구한 노면조도의 PSD를 제안하였고, Park et al.
따라서 본 연구에서는 강원도 원주․횡성 부근의 지방도 및 군도에 위치한 18개 대상교량의 노면조도를 직접 측정하고 MEM을 사용 하여 구한 대상교량 노면조도의 PSD 함수식을 토대로 RC 슬래브교, 라멘교 및 PSC 거더교 등 교량형식별 및 전체 대상교량의 노면조도의 PSD 함수식을 제안하고자 한다. 그리고 대상교량에 대하여 평균값이 영인 정상확률분포로 가정한 노면조도의 PSD로부터 노면 조도계수를 계산하여 Dodds and Robson (1973)이제안한 도로 분류표에 따라 대상교량의 노면상태를 평가하고, 측정한 노면조도로부터 구한 IRI와 노면 조도계수 사이의 관계를 분석하였다.
본 연구에서는 강원도 원주․횡성 부근의 지방도 및 군도에 위치한 18개 대상교량의 노면조도를 직접 측정하고 MEM을 사용하여 대상교량 노면조도의 PSD를 구하였다. 노면조도의 PSD로부터 구한 노면 조도계수를 Table 2에 나타낸 도로분류표와 비교하여 노면상태를 평가하였으며 측정한 노면조도로부터 구한 IRI와 노면 조도계수 사이의 관계를 분석하였다. 이들 결과로부터 본 연구에서 얻은 결과를 요약하면 다음과 같다.
노면조도의 측정위치는 차량의 진행방향으로 볼 때 차량의 좌측과 우측 바퀴가 통과하는 부분을 측정하였으며, 노면조도의 측정 길이는 교량의 시점에서부터 약 15 m 전부터 교량의 종점을 지나 약 7 m까지를 10~30 cm 간격으로 측정하였다. 그리고 신축이음장치 부분은 일반적으로 불연속적인 노면상태를 갖고 있으므로 전후 1.
그러나 현장에서 직접 측정한 교량의 노면조도에는 교량의 종단구배가 포함되어 있기 때문에 평균값이 영인 교량의 노면조도를 구하기 위해서는 측정한 노면조도에 포함된 교량의 종단구배를 제거시켜야 한다. 따라서 본 연구에서는 그래픽 전문 프로그램인 GRAPHER를 이용하여 측정한 노면조도를 1차 선형식 또는 2차 이상의 다항식으로 Curve Fitting하여 교량의 종단구배를 구한 후, 교량의 종단구배를 제거한 교량의 노면조도를 구하였다. 예로서 Fig.
본 연구에서는 강원도 원주․횡성 부근의 지방도 및 군도에 위치한 18개 대상교량의 노면조도를 직접 측정하고 MEM을 사용하여 대상교량 노면조도의 PSD를 구하였다. 노면조도의 PSD로부터 구한 노면 조도계수를 Table 2에 나타낸 도로분류표와 비교하여 노면상태를 평가하였으며 측정한 노면조도로부터 구한 IRI와 노면 조도계수 사이의 관계를 분석하였다.
(2)를 사용하여 노면조도의 PSD를 나타내었다. 이 경우 파수가 영인 경우에는 노면조도의 PSD가 무한대로 발산하게 되므로 본 연구에서는 교량의 동적응답에 관한 연구에 적합한 노면조도의 PSD 함수식 S(γ)을 다음 식과 같은 형태로 제안하고자 한다.

대상 데이터

본 연구에서는 강원도 원주․횡성 부근의 지방도 및 군도에 위치한 18개의 도로교를 대상교량으로 선정하였다. Table 1에 나타낸 바와 같이 대상교량은 교량의 형식 및 지간 등을 고려하여 RC 슬래브교 9개, 라멘교 5개 및 PSC 거더교 4개를 선정하였으며, 도로포장은 모두 아스팔트 포장이다.
본 연구에서는 강원도 원주․횡성 부근의 지방도 및 군도에 위치한 18개의 도로교를 대상교량으로 선정하였다. Table 1에 나타낸 바와 같이 대상교량은 교량의 형식 및 지간 등을 고려하여 RC 슬래브교 9개, 라멘교 5개 및 PSC 거더교 4개를 선정하였으며, 도로포장은 모두 아스팔트 포장이다.

데이터처리

(4)의 값은 각 교량에 대하여 Eq. (3)을 사용하여 계산한 노면조도의 PSD로부터 전문 프로그램인 GRAPHER를 이용하여 구하였다. 회귀분석 결과인 Eq.
그러므로 이동차량이 통과하는 도로교의 동적응답을 연구할때 사용되는 노면조도의 PSD와 IRI 사이의 관계를 파악하고 있으면 IRI를 사용하여 노면조도의 PSD를 추정할 수 있다. 따라서 18개 대상교량 좌우측 라인에 대한 IRI 와 조도계수 사이의 관계를 알아보기 위하여 회귀분석과 상관분석을 실시하였다. 본 연구에서 회귀분석은 그래픽 전문 프로그램인 GRAPHER를 이용하였다.
따라서 18개 대상교량 좌우측 라인에 대한 IRI 와 조도계수 사이의 관계를 알아보기 위하여 회귀분석과 상관분석을 실시하였다. 본 연구에서 회귀분석은 그래픽 전문 프로그램인 GRAPHER를 이용하였다. Fig.
= 1/(2π)일 때의 PSD 값인 노면 조도계수를 사용하여 평가할 수 있다. 본 연구에서는 Table 3에 나타낸 각각의 대상교량의 좌우 라인에 대한 노면 조도계수 L(\(\gamma_0\) )와 Dodds and Robson (1973)이 제안한 도로 분류표인 Table 2에서 지방도(minor roads) 에 상응하는 노면 조도계수를 서로 비교하여 대상교량의 노면상태를 평가하였다. Table 3에서 전체 대상교량의 조도계수는 (107.

이론/모형

Fig. 3에 나타낸 측정한 교량 노면조도의 PSD는 FFT (Fast Fourier Transform) 또는 MEM을 사용하여 계산할 수 있으나, 본 연구에서는 Burg (1967)에 의해 제안된 MEM을 사용하여 노면조도의 PSD를 구하였다. MEM은 짧은 자료로부터의 스펙트럼 추정이 가능하고 또한 분해능력이 높은 안정된 스펙트럼을 구할 수 있는 특징이 있는 것으로 알려져 있다.
본 연구에서는 Table 1에 나타낸 18개의 대상교량에 대한 노면 조도를 측정하기 위하여 정적측정방법 중 하나인 GPS 측정기를 사용하였다. GPS 측정기는 KOSEKO에서 개발한 Hi-Target V30로 기기 상부에 부착된 GPS 수신기와 인공위성과의 수신을 통해 현재 위치의 3차원 좌표 측정이 가능하고 별도의 콘트롤러와 불루투스 기능을 통해 측정자료를 저장하여 정리할 수 있는 최신의 장비로 정밀도는 ±2.

성능/효과

(2) 대상교량의 형식별 노면상태는 평균 조도계수가 180.4× 10^-6 m³/cycle인 PSC 거더교가 가장 양호하고 다음으로 평균 조도계수가 181.4× 10^-6m³/cycle인 라멘교, 평균 조도계수가 266.5× 10^-6m³/cycle인 RC 슬래브교의 순서로 나타났다.
(3) 전체 대상교량의 노면상태는 평균 조도계수가 225.1× 10^-6 m³/cycle로 불량한 노면상태를 나타내며 보통의 노면상태를 나타내는 고속도로 및 국도 상의 교량에 비해 노면상태가 매우 불량함을 알 수 있다.
(4) 대상교량에 대한 IRI와 조도계수 사이의 관계는 Fig. 14에나타낸 바와 같이 선형관계임을 알 수 있으며, 이는 도로교의 노면 상태가 불량하여 IRI가 증가하면 조도계수가 증가함을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	도로교의 동적거동에 영향을 미치는 요소는?	도로교는 차량하중을 주로 받는 구조물로서 차량이 교량을 통과할 때 발생하는 차량의 동적하중으로 인하여 동적거동을 하게 된다. 도로교의 동적거동에 영향을 미치는 요소로는 교량의 동적특성, 차량의 동적특성 및 교량 진입부의 단차와 교량 바닥판의 노면조도 등이 있다. 이러한 요소 중에 차량이 교량을 통과할 때 차량의 진동 원인이 되는 도로교의 노면조도는 도로교의 동적거동에 매우 많은 영향을 미치는 요소이다.
	도로교가 동적거동을 하게 되는 원인은?	도로교는 차량하중을 주로 받는 구조물로서 차량이 교량을 통과할 때 발생하는 차량의 동적하중으로 인하여 동적거동을 하게 된다. 도로교의 동적거동에 영향을 미치는 요소로는 교량의 동적특성, 차량의 동적특성 및 교량 진입부의 단차와 교량 바닥판의 노면조도 등이 있다.
	교량의 동적해석을 실시할 때 사용되는 교량의 노면조도는 교량 노면조도의 PSD를 사용하여 인공적으로 생성시킨 노면조도를 사용하는 것이 일반적인 이유는?	교량의 동적해석을 실시할 때 사용되는 교량의 노면조도는 직접 측정하는 방법과 교량의 노면조도를 평균값이 영인 정상확률분포로 가정한 PSD로 나타내는 방법이 있다. 교량의 노면조도는 직접 측정하여 사용하는 것이 가장 바람직하나, 도로 및 교량의 형식에 따라 노면조도가 다르므로 여러 가지 도로 및 교량형식에 대한노면조도를 직접 측정하는 데는 많은 어려움이 있다. 따라서 교량의 동적해석을 실시할 때 사용되는 교량의 노면조도는 교량 노면조도의 PSD를 사용하여 인공적으로 생성시킨 노면조도를 사용하는 것이 일반적이다.

참고문헌 (12)

Blejwas, T. E., Feng, C. C. and Ayre, R. S. (1979). "Dynamic Interaction of moving vehicles and structures." Journal of Sound and Vibration, Vol. 67, No. 4, pp. 513-521.

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Burg, J. P. (1967). "Maximum entropy spectral analysis." Paper presented at the 37th Annual International Meeting, Soc. of Explor, Geophys., Oklahoma City, Okla.
Chung, T. J. (1994). Dynamic analysis of steel highway bridges in consideration of road surface roughness using 3-D. vehicle model, Ph.D. Dissertation, Univ. of Myong-Ji (in Korean).
Dodds, C. J. and Robson, J. D. (1973). "The description of road surface roughness." Journal of Sound and Vibration, Vol. 31, No. 2, pp. 175-183.

상세보기
Gupta, R. K. (1980). "Dynamic loading of highway bridges." ASCE, Vol. 106, No. EM2, pp. 377-394.
Honda, H., Kajikawa, Y. and Kobori, T. (1982). "Spectra of road surface roughness on bridges." ASCE, Vol. 108, No. ST9, pp. 1956-1966.
Hwang, E. S. (1990). Dynamic Load for Girder Bridges, Ph.D. Dissertation, Univ. of Michigan.
Kim, K. C. (1994). Dynamic analysis of highway bridges under the passing and braking of vehicles, Ph.D. Dissertation, Univ. of Korea (in Korean).
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT) (2015). Road bridge and tunnel statistics in korea (in Korean).
Park, Y. S., Chung, T. J., Shin, D. K., Lee, W. T. and Cho, S. W. (1999). "A study on the spectra of road surface roughness on highway bridges." Journal of korean Society of Civil Engineers, Korean Society of Civil Engineers, Vol. 19, No. I-1, pp. 67-78 (in Korean).
Sayer, M. W. and Karamihas, S. M. (1998). The little book of profiling : Basic information about measuring and interpreting road profiles.
Wang, T. L., Huang, D. and Shahawy, M. (1992). "Dynamic response of multi-girder bridges." ASCE, Vol. 118, No. ST8, pp. 2222-2238.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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