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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 이러한 요인들로 인하여 현재 국내 교면포장의 공용성은 선진국에 비해 현저히 떨어지는 것으로 파악되고 있어, 교면포장의 공용성 개선을 위한 연구가 시급히 수행되어야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 교면포장의 파손 메커니즘을 유한 요소 해석을 바탕으로 규명하여포장체의 두께선정과 공용성 예측 그리고 적절한 포장공법 선정등의 기초적인 자료를 제공하는데 가장 큰 목적이 있다.
• 현재 국내외적으로 교면포장과 교량상판의 부착성을 검증하기 위하여 주로 살내시험에 의존하고 있으나 이러한 현상이 발생하는 메카니즘에 대한 해석적인 노력은 거의 전무하다할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 유한요소해석을 통하여 차량의 제동하중에 의해 교량상판과 교면포장의 경계면에 발생되는 전단응력을 분석하여 포장의 두께와 대기온도 등이 미치는 영향에 대해 분석하였다.
• 본 연구에서는 교면포장의 파손메커니즘을 규명하기 위하여 유한 요소 해석에 의한 교량상판의 거동특성을 분석하였다. 본 연구에서 얻어진 결론을 요약하면 다음과 같다.

가설 설정

• 따라서, 본 연구에서는 Witczak(2001)의 실험 데이터와 이현종 등(2000)의 실험 데이터를 사용하여 온도에 따른 아스팔트 혼합물의 탄성계수값과 방수시트의 탄성계수값을 표 1과 같이 변경하여 해석에 적용하였다. 수치해석에 적용되는 접지압은 7.03 kg/cm² 이며 접지폭 50cm와 접지길이 20cm인 직사각형으로 가정하여 사용되었다. 강상판, 방수층 및 교면포장은 완전한 부착(perfect bonding)으로 가정하였고, 그림 2는 유한요소해석에 사용된 모델을 나타낸디-.
• 03 kg/cm² 이며 접지폭 50cm와 접지길이 20cm인 직사각형으로 가정하여 사용되었다. 강상판, 방수층 및 교면포장은 완전한 부착(perfect bonding)으로 가정하였고, 그림 2는 유한요소해석에 사용된 모델을 나타낸디-.

제안 방법

•  교면포장에 사용되는 아스팔트는 온도에 따라 강성이 변화되는 점탄성 재료이다. 따라서, 본 연구에서는 Witczak(2001)의 실험 데이터와 이현종 등(2000)의 실험 데이터를 사용하여 온도에 따른 아스팔트 혼합물의 탄성계수값과 방수시트의 탄성계수값을 표 1과 같이 변경하여 해석에 적용하였다. 수치해석에 적용되는 접지압은 7.
• 강상판의 강성이 방수층의 전단응력에 미치는 영향을 조사하기 위하여 그림 3과같이 두 다른 하중 조건에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 여기서 두 다른 하중조건은 차량 접지압만 적용한 경우(s)와 차량 접지압 4 제동하중을 같이 적용한 경우(s+v)를 뜻한다.
• 즉, 강상판의 강성이 일정한 값에 도달한 이후에는 강성이 전단응력에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 현재 국내에 사용되는 강상판의 탄성계수는 대부분 2><105MPa 이상이 되기 때문에 강상판의 탄성계수 변화에 따른 영향을 무시하고 해석을 수행하였다. 물론, 이 결과는 교면포장과 방수시트의 다른 물성치나 두께에 따라 조금은 다른 결과를 낼 수는 있으나 기본적 경향은 같을 것으로 예상된다.
• 차량하중의 급제동, 급출발에 의해 발생하는 아스팔트 혼합물의 밀림에 대한 방수층의 저항성을 조사하기 위해서 전단응력에 대한 분석을 실시하였으며, 결과는 그림 4에 수록하였다. 그림 4에서 보는 바와 같이 포장 층의 온도가 감소할수록 방수층에 발생되는 전단응력은 증가함을 알 수 있디-.
• 차량의 반복하중에 의한 교면포장체의 피로균열에 대한 민감도를 분석하기 위하여, 교면포장체 바닥 면에 발생하는 최대 인장변형률을 조사하였다. 그림 7은 두께와 온도에 따른 최대 인장변형률을 보여준다.
• 따라서 이러한 문제점의 해결과 방지를 위하여 사전에 교면포장의 거동특성 분석이 필요하다. 따라서 앞장과 마찬가지로 상업용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용해서 유한 요소 해석을 통하여 강상판의 거동특성을 분석하였다. 일반적 상대 처짐(리브와리브사이)의 경향을 분석하기위해서 해석에 사용된 하중 조건은 그림 8과 같이 3대의 차륜하중을 각각 다른 위치에 재하 하였다.

대상 데이터

• 일반적 상대 처짐(리브와리브사이)의 경향을 분석하기위해서 해석에 사용된 하중 조건은 그림 8과 같이 3대의 차륜하중을 각각 다른 위치에 재하 하였다. 강상판, 리브, 세로보는 shell element (S4R) 를 사용하였으며, 포장체는 solid element(C₃D8R)를 사용하였匸h 강상판과 아스팔트의 물성은 각각 탄성계수는 2100000kg/cm1 2 3 4f SOOOOkg/cn? 이며, 포아송비는 0.30, 0.

데이터처리

• 본 연구에서는 상업용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용해서 수치해석을 수행하였다, 해석에 사용된 하중과 경계치 조건은 그림 1과 같다. 표 1은 수치해석에서 사용된 강상판, 방수시트 및 교면포장체의재료물성치를 나타내고 있다.

이론/모형

• 35이다. 아스팔트층 하부와 강상판의 사이의 interface는 Tied Contact의 개념을 사용하여 연결하였다. Tied Contact 개념은 Tied Contact 면을 이루는 요소들이 완전히 접착되는 perfect bonding 상태이다.

성능/효과

• 한국도로공사에서 수행한 실내시험 결과에서도 비슷한 경향을 보인 것으로 나타났다. 또한 교면포장의 두께가 감소할수록 방수층에 발생되는 전단응력은 증가하였으며 따라서, 포장층이 너무 얇을 경우에는 이러한 전단응력에 의해 포장층과 교량 상판 사이의 분리가 발생하여 밀림현상이 발생할 가능성이 높은 것을 알 수 있다. 이러한 결과를 활용하면 실험을 통한 방수시트의 전단강도와 수치해석 결과를 비교해 방수시트의 밀림현상 발생 유무를 확인 할 수 있을 것으로 판단된다.
• 포장 체내의 전단응력은 온도가 증가함에 따라 증가하고, 방수층의 전단웅력은 온도가 증가함에 따라 감소함을 알 수 있으며, 포장체내에서 최대전단웅력은 중간 깊이 지점에서 발생함을 알 수 있다.
• 1. 강상판의 강성이 일정한 값(2xH)5MPa)에 도달한 이후에는 강상판의 강성이 방수층의 전단응력에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.
• 2. 포장체와 방수층의 온도가 감소할수록 방수층에 발생되는 전단응력은 증가함을 알 수 있다. 또한 교면포장의 두께가 감소할수록 방수층에 발생되는 전단응력은 증가하였으며 따라서, 포장층이 너무 얇을 경우에는 이러한 전단응력에 의해 포장층과 교량사이의 분리가 발생하여 밀림현상이 발생할 가능성이 높은 것을 알 수 있다.
• 포장체와 방수층의 온도가 감소할수록 방수층에 발생되는 전단응력은 증가함을 알 수 있다. 또한 교면포장의 두께가 감소할수록 방수층에 발생되는 전단응력은 증가하였으며 따라서, 포장층이 너무 얇을 경우에는 이러한 전단응력에 의해 포장층과 교량사이의 분리가 발생하여 밀림현상이 발생할 가능성이 높은 것을 알 수 있다. 특히 강상판, 방수층 및 교면포장은 완전한 부착(perfect bonding)으로 가정 하여 구조해석을 수행하였으나 공용에 따른 실제 교량상판에서 접착층은 노화와 손상으로 인해 방수층의 전단강도를 완전히 발휘하지 못하므로 저온에서의 파괴발생 가능성이 크다고 볼 수 있다.
• 3. 포장체내의 전단응력은 온도가 증가함에 따라 증가하고, 반대로 방수층의 전단응력은 온도가 증가함에 따라 감소하였다.
• 4. 포장체 바닥면에 발생하는 최대 인장변형률은 고온에서 최대가 되고 두께가 증가할수록 감소함을 알 수 있다. 또한 저온(-5°C, ()1)에서는 두께에 따른 최대 인장변형률의 변화가 거의 없음을 알 수 있다'
• 5. 종방향 리브간의 최대 상대 처짐은 차량하중이 주형이 위치한 한쪽에만 가해졌을 때 최대값이 발생함을 알 수 있다. 따라서 이러한 하중상태에서의 최대상대처짐과 한계상대처짐(일본규정 0.

후속연구

• 또한 교면포장의 두께가 감소할수록 방수층에 발생되는 전단응력은 증가하였으며 따라서, 포장층이 너무 얇을 경우에는 이러한 전단응력에 의해 포장층과 교량 상판 사이의 분리가 발생하여 밀림현상이 발생할 가능성이 높은 것을 알 수 있다. 이러한 결과를 활용하면 실험을 통한 방수시트의 전단강도와 수치해석 결과를 비교해 방수시트의 밀림현상 발생 유무를 확인 할 수 있을 것으로 판단된다. 그림 5는 전단응력 분포도를 나타낸다.
• 종방향 리브간의 최대 상대 처짐은 차량하중이 주형이 위치한 한쪽에만 가해졌을 때 최대값이 발생함을 알 수 있다. 따라서 이러한 하중상태에서의 최대상대처짐과 한계상대처짐(일본규정 0.4mm)을 비교함으로써 종방향 균열 발생지점을 예측할 수 있을 것으로 사료된다.

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이 논문을 인용한 문헌

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