검색 상세

중하중 도로에 대한 롤러전압콘크리트 기층 복합포장의 설계

초록/요약 도움말

중하중의 교통하중은 포장체에 과도한 응력과 변형을 발생시키므로 이에 대응할 수 있는 포장 단면 설계가 중요하다. 본 연구의 공간적 연구범위로 설정한 항만 배후도로와 산업도로는 일반도로에 비해 중하중 교통의 비율이 높아 포장의 조기 파손으로 인한 문제가 다수 발생되고 있다. 국내 배후도로와 산업도로의 주요 포장 형식은 아스팔트 콘크리트 포장으로 중하중 교통으로 인해 표층 하부와 노상 상부에서 과도한 인장응력과 압축응력의 증가로 피로균열(fatigue cracking)과 소성변형(rutting)으로 인한 포장의 파손이 가속화되고 있다. 국외의 경우 중차량의 통행이 많은 도로의 포장설계는“Perpetual Pavement”설계 개념을 반영한 복합포장이 많이 적용되고 있다. 복합포장은 기존 포장의 설계수명을 2배 이상 증대시켜 보수비용 및 사용자 비용을 절감할 수 있는 경제적 포장 형식으로 인식되고 있다. 국내의 경우, 중하중 도로구간에 대한 포장설계 기준은 따로 마련되어 있지 않으며 한국형포장설계법을 적용하여 일반도로와 동일하게 설계되고 있다. 국외에서 중하중 도로구간의 포장 형식으로 성능이 검증된 복합포장은 한국형포장설계법에서 복합포장의 고강성 기층재료 특성을 반영하지 못하여 실무 엔지니어들이 설계하는데 어려움이 발생하고 있다. 최근 국내에서는 복합포장의 기층재료로 많이 사용되는 롤러전압콘크리트(RCC, Roller-Compacted Concrete)공법이 개발되어 시범적으로 적용된 바 있다. 롤러전압콘크리트 공법은 적은 시멘트 사용량과 롤러전압에 의한 골재 맞물림 효과로 고탄성 기층을 경제적으로 시공할 수 있는 장점을 갖는 공법으로 복합포장의 기층으로 활용성이 높다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 중하중 교통의 비율이 높은 산업도로와 배후도로의 포장 장기공용성을 확보할 수 있도록 롤러전압콘크리트 기층을 활용한 복합포장의 설계 방안을 제안하고자 한다. 롤러전압콘크리트 기층 복합포장은 역학적-경험적 해석을 통해 교통량별 포장수명을 산정하였다. 롤러전압콘크리트 기층 복합포장의 역학적 거동 특성 검토를 위해 다층탄성이론의 적용성을 검토한 결과, 롤러전압콘크리트 기층 복합포장이 아스팔트 포장과 같이 다층으로 구성된 점이 동일하지만 기층에 불연속면이 존재하여 거동 모사가 적합하지 않다는 점을 확인하였다. 3차원 유한유소해석을 통해 롤러전압콘크리트 기층 복합포장의 역학적 거동을 모사한 결과, 표층 하부에서 인장변형이 발생되지 않아 아스팔트 표층의 피로균열은 포장수명에 영향을 미치지 않을 것으로 판단되었다. 롤러전압콘크리트 기층 복합포장의 주요 예상 파손은 아스팔트 표층의 러팅과 고강성 기층의 피로균열로 이를 예측할 수 있는 역학적-경험적 모델을 구성하여 재료물성, 두께 변화에 따른 포장수명을 산정하였다. 롤러전압콘크리트 기층 복합포장의 설계는 일반 엔지니어가 복잡한 해석과정이 없이 쉽게 사용할 수 있도록 계절별 컨테이너트레일러 1대당 발생시키는 손상률을 고려하여 계산된 카탈로그 설계로 제안하였다.

more

초록/요약 도움말

It is important to design the pavement thickness considering the heavy-duty traffic loads that can cause the excessive stress and strain in the pavement. Port rear roads and industrial roads which are regarded as the spatial research scope of this study have many problems due to early distresses to the pavement because these have higher ratio of the heavy loads than general roads such as national road and expressway. In the case of asphalt pavement which is mainly used for port rear roads and industrial roads, early distresses have been accelerated due to fatigue cracking and rutting which are effected by increase in the tensile strain at the bottom of asphalt surface and increase in the compressive strain at the top of subgrade. In abroad, the composite pavement concept of "Perpetual Pavement” design has been widely applied to the pavement design in the heavy duty area. Composite pavement has been established as an economic pavement type that can increase the design life two times longer than that of existing pavement, and decrease the maintenance and user costs. In the case of heavy-duty areas, in Korea, the pavement thickness design criteria are not separately prepared, and design and construction are carried out in the same method as the general roads using KPRP (Korea Pavement Research Program). In addition, there are limitations in applying composite pavement in Korea since KPRP design method did not provide design criteria to consider the characteristics of high-stiffness base material of composite pavement. Recently, in Korea, a roller-compacted concrete (RCC) which is widely used as a base material for composite pavement, has been developed and applied on the pilot site. The strength of RCC can be obtained from not only hydration of binder but also the aggregate interlock resulted from roller-compaction. For this reason, RCC normally achieves higher strength compared to conventional concrete pavement with similar cement content. Therefore, RCC is considered to be highly useful as a base layer for composite pavement. This study aimed to suggest a thickness design method for the composite pavement using roller-compacted concrete as a base material to ensure long-term serviceability in the heavy-duty area such as port-rear roads and industrial roads. The service life of roller-compacted concrete base composite pavement by traffic volume was calculated based on the mechanical-empirical analysis. As a result of confirming the applicability of the multi-layered elasticity theory to the mechanical behavior of roller-compacted concrete base composite pavement, it was confirmed that the use of an axisymmetric model was not suitable since there were discontinuities in the rigid base layer. Also, it was found that the fatigue crack of the asphalt surface did not affect the pavement service life since tensile strain was not occurred at the bottom of surface layer by simulating the mechanical behavior using three dimensional finite element analysis method for roller-compacted concrete base composite pavement. A three-dimensional finite element analysis was used to investigate the mechanical behavior and the long-term pavement performance for suggesting the thickness design method that considers the change in material properties of the roller-compacted concrete base layer. For determining the serviceability of the composite pavement, the fatigue cracks of the base layer and the rutting of the surface layer, which are the main failure types, were confirmed to predict long-term pavement performance. In addition, this study attempted to suggest a user-friendly catalog design method for RCC-base composite pavement considering the concept of linear damage accumulation per each container trailer by season.

more

목차 도움말

제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구목적 3
1.3 연구범위 3
1.4 연구내용의 구성 4

제 2 장 문헌고찰 5
2.1 중하중 도로 현황 5
2.2 도로포장 형식 및 설계 10
2.3 복합포장(Composite Pavement) 13
2.4 롤러전압콘크리트 포장(Roller-Compacted Concrete Pavement) 19

제 3 장 롤러전압콘크리트 기층 복합포장의 구조해석 모델링 26
3.1 개요 26
3.2 롤러전압콘크리트 기층 복합포장 구조해석 방법의 선정 27
3.3 역학적 거동 분석을 위한 구조해석 모델링 35

제 4 장 롤러전압콘크리트 기층 복합포장의 거동 분석 42
4.1 개요 42
4.2 기층의 탄성계수 변화에 따른 거동 특성 42
4.3 기층의 두께 변화에 따른 거동 특성 45
4.4 축하중에 따른 거동 특성 48
4.5 계절별 표층의 탄성계수 변화에 따른 거동 특성 51
4.6 소결 54

제 5 장 롤러전압콘크리트 기층 복합포장 공용성 분석 55
5.1 개요 55
5.2 공용성 평가 방법 57
5.3 롤러전압콘크리트 기층 복합포장의 공용성 분석 65
5.4 소결 77

제 6 장 롤러전압콘크리트 기층 복합포장의 카탈로그 설계 78
6.1 카탈로그 설계 개념 및 결과 78
6.2 카탈로그 설계의 적합성 검토 83

제 7 장 결 론 87

References 90

more
반출 Meta View 목록