줄눈 콘크리트 포장의 Blow-up 발생 예측
Prediction of Blow-up Occurrence for Jointed Concrete Pavement
- 주제(키워드) 도움말 줄눈 콘크리트 포장 , Blow-up , PGBA 모델 , Large-scale Blow-up Test , PGBA 모델 검증 , 민감도 분석
- 발행기관 국립강릉원주대학교 일반대학원
- 지도교수 도움말 이승우
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 토목공학과
- 세부분야 해당없음
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000012250
- UCI I804:42001-000000012250
- 본문언어 한국어
초록/요약 도움말
본 연구는 줄눈 콘크리트 포장에서 발생하는 blow-up 현상의 메커니즘을 규명하고, 이를 정량적으로 예측하는 것을 목적으로 한다. Blow-up은 고온에 따른 슬래브 열팽창이 누적되어 내부 압축 응력이 임계치를 초과할 때 사전 예고 없이 발생하는 파괴 현상이다. 실제 blow-up은 온도뿐만 아니라 포장 구조, 재료 특성 등 다양한 요인의 상호 작용으로 발생하지만, 이러한 복합 요인을 통합적으로 설명하고 예측할 수 있는 실험 기반 분석이나 신뢰성 있는 모델은 아직 구축되지 않은 실정이다. 이러한 한계를 보완하기 위해 본 연구에서는 기존의 PGBA(Pavement Growth and Blow-up Analysis) 모델을 개선하였으며, 이는 두 가지 핵심 요소로 구성된다. 첫째, 슬래브 내부에서 시간에 따라 누적되는 압축 응력을 예측하기 위해 열팽창, 줄눈 닫힘, 슬래브–기층 마찰 및 구속 조건을 고려한 수치해석 모델을 구축하였다. 둘째, blow-up 임계 응력을 산정하기 위해 다양한 geometric imperfection을 적용한 large-scale blow-up test를 수행하고, 압축력, 응력, 수평·수직 변위 및 파괴 양상을 계측하였다. 실험 결과, geometric imperfection이 클수록 blow-up 임계 응력이 감소하였으며, 슬래브 거동에도 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 포장 두께와 geometric imperfection 조건에 따른 blow-up 저항성을 분석하고, 이를 바탕으로 blow-up 임계 응력 예측식을 도출하였다. 이러한 결과를 기반으로 구축된 PGBA 모델은 기후 조건, 구조·재료 특성, 신뢰도, 팽창 줄눈 특성을 입력값으로 사용하며, 슬래브 내부 최대 온도(Tmax)와 팽창 줄눈 내 모든 수축 줄눈이 닫히는 온도(TTPG)를 산정하여 유효 온도 상승(△T)을 정의한다. 이후 △T에 따른 열팽창과 압축 응력을 계산해 누적 응력이 임계 응력을 초과하는 시점을 blow-up 발생 시기로 예측한다. 미국, 대한민국 및 영국의 도로 구간에 적용한 결과, 예측값과 실측값 간 높은 상관성을 보여 PGBA 모델의 신뢰성이 검증되었다. 또한 민감도 분석 결과, blow-up 발생에는 온도 상승과 같은 기후 요인뿐만 아니라 포장 구조, 재료 특성, 팽창 줄눈 간격, 기층 유형, 포장 노후도 등이 복합적으로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히, 쇄석 기층은 높은 마찰과 큰 geometric imperfection으로 인해 조기 blow-up이 발생한 반면, 폴리에틸렌 시트가 적용된 린 콘크리트 기층(LCB-PE)은 낮은 마찰과 작은 geometric imperfection으로 blow-up이 지연되는 경향을 보였다. 또한 포장이 노후화될수록 TTPG 감소와 △T 증가로 인해 blow-up 발생 온도가 낮아졌으며, 이러한 영향은 쇄석 기층, 높은 CTE 및 ASR 조건에서 더욱 두드러졌다. 따라서 본 연구는 PGBA 모델을 통해 blow-up 발생 시기를 정량적으로 예측하고, 주요 영향 요인 간 상호 작용을 규명하였다. 이를 기반으로 포장 설계 및 유지관리 단계에서 blow-up 위험을 평가하고 예방 전략을 수립하는 데 활용 가능한 실질적 근거와 의사결정 지원 도구를 제시하였다.
more목차 도움말
제1장 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 내용 및 방법 3
1.3 연구 개요 5
제2장 Blow-up 관련 선행 연구 및 이론적 배경 6
2.1 국내외 Blow-up 발생 사례 6
2.2 Blow-up 발생 원인 11
2.3 좌굴 이론 14
2.3.1 Plate Buckling Theory(판 좌굴 이론) 17
2.3.2 Kerr 모델 19
2.3.3 Yang 모델 23
2.3.4 기존 Blow-up 모델의 한계점 26
제3장 Pavement Growth 및 압축 응력 발생 메커니즘 28
3.1 Pavement Growth 및 압축 응력 발생 메커니즘 개요 28
3.2 TTPG(Trigger Temperature for Pavement Growth) 29
3.2.1 TTPG 신뢰도 개념 적용 32
3.3 온도 변화에 따른 콘크리트 포장의 거동 메커니즘 33
3.4 유효 온도 기반 슬래브 열팽창 및 압축 응력 발생 메커니즘 35
3.5 팽창 줄눈 작동 유무에 따른 압축 응력 산정 메커니즘 제시 36
제4장 PGBA(Pavement Growth and Blow-up Analysis) 모델 개선 40
4.1 모델 개요 40
4.2 Tmax(슬래브 내부 최대 온도) 산정 42
4.3 ASR에 의한 콘크리트 팽창 메커니즘 및 팽창량 예측 52
4.4 슬래브 열팽창 및 마찰 거동 해석 55
4.5 슬래브 내 발생 압축 응력 산정 및 Blow-up 발생 시기 평가 59
4.6 소결 60
제5장 Blow-up 발생 시기 평가를 위한 Blow-up 임계 응력 산정 62
5.1 Large-scale Blow-up Test 개요 62
5.2 실험체 구성 및 시험 조건 62
5.3 Geometric Imperfection에 따른 Blow-up 파괴 형태 분석 66
5.4 실험 결과 및 분석 68
5.5 Geometric Imperfection에 따른 Blow-up 임계 응력 평가 72
5.6 Blow-up 임계 응력의 타당성 평가 74
5.7 슬래브 두께 및 Geometric Imperfection에 따른 Blow-up 임계 응력 76
5.8 소결 78
제6장 PGBA 모델을 활용한 Pavement Growth 및 Blow-up 발생 시기 예측의 신뢰성 검증 79
6.1 PGBA 모델 신뢰성 검증 개요 79
6.2 미국 메릴랜드 시험 구간에 대한 PGBA 모델의 Pavement Growth 예측 성능 검증 80
6.3 대한민국 고속도로에서의 Blow-up 발생 시기에 대한 PGBA 모델 예측 및 검증 85
6.4 영국 도로에서의 Blow-up에 대한 PGBA 모델 예측 및 검증 90
6.5 PGBA 모델의 적용 가능성 검증 97
6.6 소결 101
제7장 PGBA 모델을 활용한 Blow-up 민감도 분석 102
7.1 Blow-up 민감도 분석 개요 102
7.2 Blow-up 민감도 분석을 위한 입력 조건 선정 103
7.2.1 기층 유형에 따른 Geometric Imperfection 및 마찰 계수 선정 103
7.2.2 PGBA 모델의 기준 입력값 설정 107
7.3 기층 유형에 따른 Blow-up 발생 시기 민감도 분석 109
7.3.1 Blow-up 발생 시기 분석을 위한 시나리오 및 조건 설정 110
7.3.2 기층 유형에 따른 Blow-up 발생 시기 민감도 분석 결과 112
7.4 포장 노후도에 따른 Blow-up 발생 온도 민감도 분석 122
7.4.1 Blow-up 발생 온도 분석을 위한 시나리오 및 조건 설정 123
7.4.2 포장 노후도에 따른 Blow-up 발생 온도 민감도 분석 결과 123
7.5 소결 131
제8장 결론 133
향후 연구 136
References 138
