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문제 정의
- 결과적으로 ‘A’공항 포장 접속부의 buried slab의 크기와 설치 깊이를 약간 조절하는 수준으로도 쇼빙을 크게 줄일 수 있다고 판단되었다. 본 연구에서는 공항의 콘크리트 포장과 아스팔트 포장의 접속부에 발생하는 쇼빙을 줄이기 위해서 UFC 표준단면을 차용한 국내 민간공항 ‘A’공항의 포장 접속부 설계의 수정방안을 제시하였다. 다만 콘크리트 슬래브가 팽창하여 아스팔트 포장을 밀어낼 때 발생하는 쇼빙의 정도를 포장 접속부 형식에 따라 비교한 결과이므로 추후 항공기 하중에 의한 단차 발생 비교해석을 추가로 실시하여 최적의 포장 접속부 단면을 제시할 것이다.
- 본 연구에서는 콘크리트 포장과 아스팔트 포장 접속부 인근에서 발생가능한 쇼빙을 저감할 수 있는 접속부 단면을 제시하고자 하였다. 쇼빙 저감효과를 비교하기 위해 국내 ‘A’공항의 실제 포장 접속부 단면과 포장 접속부 수정제안 단면 그리고 아직 국내 적용 사례가 없는 FAA의 포장 접속부 표준단면에 대해서 콘크리트 포장부 팽창에 따른 아스팔트 포장부의 쇼빙 발생 정도를 유한요소해석으로 비교하였다.
제안 방법
- (2009)를 참고하여 50℃의 고온에 해당되는 탄성계수와 크리프 상수(A: 0.5×10-4, n: 0.8, m: -0.1)를 적용하였다.
- 하지만 기존 UFC의 민간공항 포장 접속부의 표준단면은 Fig. 2(b)와 같이 buriedslab가 보조기층의 일부 깊이까지만 설치되도록 제안하고 있어 시공상 비효율적이기 때문에 본 연구에서는 buried slab의 하단을 쇄석보조기층의 하단에 일치하도록 계획하였다. 그 결과, 포장 접속부에서 아스팔트포장부가 밀리면서 솟아오르는 쇼빙을 저감할 수 있는 수정단면을 Fig.
- 2. FAA 표준단면, ‘A’공항 실제단면, 그리고 본 연구에서 제시한 ‘A’공항 수정단면에 대해서 유한요소 해석을 실시하여 콘크리트 포장이 팽창할 때 아스팔트 포장에 발생하는 쇼빙의 크기와 위치를 비교하였다.
- 콘크리트 포장과 아스팔트 포장의 접속부 형식에 따라 아스팔트 포장에 발생한 쇼빙의 정도를 해석하였다. 동일한 조건에서 쇼빙의 발생 정도를 확인하기 위해 다음과 같이 3단계로 나누어 해석모형에 하중을 적용하였다.
- 2(a)와 같이 포장접속부의 좌우측 대칭으로 콘크리트 포장과 아스팔트 포장 모두에 변단면을 두도록 표준단면을 제시하고 있으나, 콘크리트 포장과 아스팔트 포장의 급격한 강성차이를 완화할 수 있는 buried slab가 없기 때문에 접속부에 단차가 발생할 가능성이 있다. 따라서 buried slab가 설치되어 단차발생을 줄일 수 있는 UFC의 민간공항 표준 단면을 참고하기로 하였다. 하지만 기존 UFC의 민간공항 포장 접속부의 표준단면은 Fig.
- FAA는 포장접속부의 좌우측 대칭으로 콘크리트 포장과 아스팔트 포장 모두 변단면을 두도록 표준단면을 제시하고 있으나, 콘크리트 포장과 아스팔트 포장의 급격한 강성차이를 완화할 수 있는 burried slab가 없어 접속부에 단차가 발생할 가능성이 있다. 따라서 burried slab가 설치되어 단차발생을 줄일 수 있는 UFC의 민간공항 표준단면을 참고하기로 하였다. 하지만 UFC의 표준단면은 buried slab가 기층의 일부 깊이까지만 설치되도록 제안하고 있어 시공상 비효율적이기 때문에 본 연구에서는 buried slab의 하단을 쇄석기층의 하단에 일치하도록 ‘A’공항의 실제 포장 접속부를 수정한 단면을 제시하였다.
- 쇼빙 저감효과를 비교하기 위해 국내 ‘A’공항의 실제 포장 접속부 단면과 포장 접속부 수정제안 단면 그리고 아직 국내 적용 사례가 없는 FAA의 포장 접속부 표준단면에 대해서 콘크리트 포장부 팽창에 따른 아스팔트 포장부의 쇼빙 발생 정도를 유한요소해석으로 비교하였다.
- Table 1은 미공병단에서 제시하고 있는 쇼빙의 심각도 구분기준이다. 쇼빙의 심각도를 아스팔트 포장부에서 발생하는 범프(bump) 혹은 높이차이로 구분하고 있으며, 단위 면적당 포장의 솟아오름 정도를 측정하여 판단한다. Fig.
- 콘크리트 포장과 아스팔트 포장의 접속부 형식에 따라 아스팔트 포장에 발생한 쇼빙의 정도를 해석하였다. 동일한 조건에서 쇼빙의 발생 정도를 확인하기 위해 다음과 같이 3단계로 나누어 해석모형에 하중을 적용하였다.
- 콘크리트 포장부의 팽창 때문에 발생한 아스팔트 포장부의 쇼빙 발생 정도를 콘크리트 포장과 아스팔트 포장 접속부의 형상에 따라 비교하기 위하여 유한요소 모형을 제작하였다. 비교대상은 FAA 150/5320-6F에서 제시하고 있는 표준단면, ‘A’공항의 현재 포장 접속부 단면, 그리고 본 연구에서 제시하고자 하는 ‘A’공항의 수정된 포장 접속부 단면이다.
- 하지만 UFC의 표준단면은 buried slab가 기층의 일부 깊이까지만 설치되도록 제안하고 있어 시공상 비효율적이기 때문에 본 연구에서는 buried slab의 하단을 쇄석기층의 하단에 일치하도록 ‘A’공항의 실제 포장 접속부를 수정한 단면을 제시하였다.
대상 데이터
- 비교대상은 FAA 150/5320-6F에서 제시하고 있는 표준단면, ‘A’공항의 현재 포장 접속부 단면, 그리고 본 연구에서 제시하고자 하는 ‘A’공항의 수정된 포장 접속부 단면이다.
성능/효과
- ‘A’공항의 포장 접속부를 수정하여 본 연구에서 제안한 단면에서는 buried slab의 하단이 쇄석보조기층의 하단과 나란하도록 설치하여 콘크리트 포장부가 팽창할 때 buried slab가 쇄석보조기층만을 압축시키며 밀고 들어오게 되어 아스팔트 포장에 발생하는 수직변위의 크기가 상대적으로 작게 나타난 것으로 판단되었다.
- 3. ‘A’공항 포장 접속부에는 buried slab가 아스팔트 포장의 보조기층 상부의 일부분까지 깊게 설치되기 때문에 콘크리트 포장이 팽창할 때 buried slab가 보조기층부터 쇄석기층까지 모두 밀어 올려 큰 수직변위를 발생시킨 것으로 판단되었다. 이와는 대조적으로 본연구에서 제안한 단면에서는 buried slab의 하단이 쇄석기층의 하단과 나란하게 설치되므로 콘크리트 포장이 팽창할 때 buried slab가 쇄석기층만을 압축시켜 수직변위가 상대적으로 작게 발생한 것으로 판단되었다.
- 3가지 형식의 포장 접속부에서 콘크리트 포장의 팽창에 의한 아스팔트 포장 표층의 쇼빙 발생의 경향을 분석한 결과, 현재 ‘A’공항에서 사용되고 있는 포장 접속부는 쇼빙의 발생에 취약한 것으로 판단되었다.
- 본 연구에서 제시된 포장 접속부의 형태는 FAA에서 제시한 포장 접속부와 유사하게 쇼빙의 크기가 작았고 쇼빙이 발생한 구간의 길이는 더 짧은 것으로 나타났다. 하지만 FAA 표준단면에 buried slab가 없어 단차에 취약한 점을 고려할 때 본 연구에서 제시한 포장 접속부의 형태는 쇼빙과 단차 모두에서 유리하다고 판단되었다.
- 이와는 대조적으로 본연구에서 제안한 단면에서는 buried slab의 하단이 쇄석기층의 하단과 나란하게 설치되므로 콘크리트 포장이 팽창할 때 buried slab가 쇄석기층만을 압축시켜 수직변위가 상대적으로 작게 발생한 것으로 판단되었다. 결과적으로 ‘A’공항 포장 접속부의 buried slab의 크기와 설치 깊이를 약간 조절하는 수준으로도 쇼빙을 크게 줄일 수 있다고 판단되었다. 본 연구에서는 공항의 콘크리트 포장과 아스팔트 포장의 접속부에 발생하는 쇼빙을 줄이기 위해서 UFC 표준단면을 차용한 국내 민간공항 ‘A’공항의 포장 접속부 설계의 수정방안을 제시하였다.
- 또한 ‘A’공항 수정단면에 대해서는 동일한 수평변위에 대해서 약 17mm의 최대 수직변위가 발생하였으며, 쇼빙 발생 구간의 길이는 FAA 표준단면의 경우보다 짧은 것으로 나타났다.
- 7은 3가지 형태의 포장 접속부에 대해서 동일한 크기의 콘크리트 포장의 수평변위가 발생하였을 때의 아스팔트 포장의 최대 수직변위를 비교한 것이다. 본 연구에서 제시된 포장 접속부의 형태는 FAA에서 제시한 포장 접속부와 유사하게 쇼빙의 크기가 작았고 쇼빙이 발생한 구간의 길이는 더 짧은 것으로 나타났다. 하지만 FAA 표준단면에 buried slab가 없어 단차에 취약한 점을 고려할 때 본 연구에서 제시한 포장 접속부의 형태는 쇼빙과 단차 모두에서 유리하다고 판단되었다.
- 예시로 국내 ‘B’공항의 경우 2016년 이후 활주로와 유도로의 포장접속부를 재시공하였으나 FAA의 표준단면이 아닌 UFC에서 제시하고 있는 형태의 단면으로 시공한 것이 확인되었다.
- ‘A’공항 포장 접속부에는 buried slab가 아스팔트 포장의 보조기층 상부의 일부분까지 깊게 설치되기 때문에 콘크리트 포장이 팽창할 때 buried slab가 보조기층부터 쇄석기층까지 모두 밀어 올려 큰 수직변위를 발생시킨 것으로 판단되었다. 이와는 대조적으로 본연구에서 제안한 단면에서는 buried slab의 하단이 쇄석기층의 하단과 나란하게 설치되므로 콘크리트 포장이 팽창할 때 buried slab가 쇄석기층만을 압축시켜 수직변위가 상대적으로 작게 발생한 것으로 판단되었다. 결과적으로 ‘A’공항 포장 접속부의 buried slab의 크기와 설치 깊이를 약간 조절하는 수준으로도 쇼빙을 크게 줄일 수 있다고 판단되었다.
- 콘크리트 포장에 100mm의 수평변위가 발생할 때, ‘A’ 공항 포장 접속부 아스팔트 포장의 최대 수직변위는 55mm로 계산되어 FAA 표준단면의 11.7mm보다 약 5배 큰 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 제시된 포장 접속부의 형태는 FAA에서 제시한 포장 접속부와 유사하게 쇼빙의 크기가 작았고 쇼빙이 발생한 구간의 길이는 더 짧은 것으로 나타났다. 하지만 FAA 표준단면에 buried slab가 없어 단차에 취약한 점을 고려할 때 본 연구에서 제시한 포장 접속부의 형태는 쇼빙과 단차 모두에서 유리하다고 판단되었다.
후속연구
- 본 연구에서는 공항의 콘크리트 포장과 아스팔트 포장의 접속부에 발생하는 쇼빙을 줄이기 위해서 UFC 표준단면을 차용한 국내 민간공항 ‘A’공항의 포장 접속부 설계의 수정방안을 제시하였다. 다만 콘크리트 슬래브가 팽창하여 아스팔트 포장을 밀어낼 때 발생하는 쇼빙의 정도를 포장 접속부 형식에 따라 비교한 결과이므로 추후 항공기 하중에 의한 단차 발생 비교해석을 추가로 실시하여 최적의 포장 접속부 단면을 제시할 것이다.
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