PURPOSES : Previously, airport concrete pavement was designed using only aircraft gear loading without consideration of environmental loading. In this study, a multiple-regression model was developed to predict maximum tensile stress of airport concrete pavement based on finite element analysis using both environmental and B777 aircraft gear loadings. METHODS: A finite element model of airport concrete pavement and B777 aircraft main gears were fabricated to perform finite element analysis. The geometric shape of the pavement, material properties of the layers, and the loading conditions were used as input parameters for the finite element model. The sensitivity of maximum tensile stress of a concrete slab according to the variation in each input parameter was investigated by setting the ranges of the input parameters and performing finite element analysis. Based on the sensitivity analysis results, influential factors affecting the maximum tensile stress were found to be used as independent variables of the multi regression model. The maximum tensile stresses predicted by both the multiple regression model and finite element model were compared to verify the validity of the model developed in this study. RESULTS: As a result of the finite element analysis, it was determined that the maximum tensile stress developed at the bottom of the slab edge where gear loading was applied in the case that environmental loading was small. In contrast, the maximum tensile stress developed at the top of the slab center situated between the main gears in the case that the environmental loading got larger. As a result of the sensitivity analysis and multiple regression analysis, a maximum tensile stress prediction model was developed. The independent variables used included the joint spacing, slab thickness, the equivalent linear temperature difference between the top and bottom of the slab, the maximum take-off weight of a B777 aircraft, and the composite modulus of the subgrade reaction. The model was validated by comparing the predicted maximum tensile stress to the result of the finite element analysis. CONCLUSIONS : The research shown in this paper can be utilized as a precedent study for airport concrete pavement design using environmental and aircraft gear loadings simultaneously.

PURPOSES : The purpose of this study is to analyze the magnitude of shoving of asphalt pavement by junction type between airport concrete and asphalt pavements, and to suggest a junction type to reduce shoving. METHODS : The actual pavement junction of a domestic airport, which is called airport “A”was modified by placing the bottom of the buried slab on the top surface of the subbase. A finite element model was developed that simulated three junction types: a standard section of junction proposed by the FAA (Federal Aviation Administration), an actual section of junction from airport “A”and a modified section of junction from airport“ A”. The vertical displacement of the asphalt surface caused by the horizontal displacement of the concrete pavement was investigated in the three types of junction. RESULTS: A vertical displacement of approximately 13 mm occurred for the FAA standard section under horizontal pushing of 100 mm, and a vertical displacement of approximately 55 mm occurred for the actual section of airport “A”under the same level of pushing. On the other hand, for the modified section from airport“ A”a vertical displacement of approximately 17 mm occurred under the same level of pushing, which is slightly larger than the vertical displacement of the FAA standard section. CONCLUSIONS: It was confirmed that shoving of the asphalt pavement at the junction could be reduced by placing the bottom of the buried slab on the top surface of the subbase. It was also determined that the junction type suggested in this study was more advantageous than the FAA standard section because it resists faulting by the buried slab that is connected to the concrete pavement. Faulting of the junctions caused by aircraft loading will be compared by performing finite element analysis in the following study.

PURPOSES : In this study, the propriety of expansion joint spacing of airport concrete pavement was examined by using weather and material characteristics. METHODS: A finite element model for simulating airport concrete pavement was developed and blowup occurrence due to temperature increase was analyzed. The critical temperature causing the expansion of concrete slab and blow up at the expansion joint was calculated according to the initial vertical displacement at the joint. The amount of expansion that can occur in the concrete slab for 20 years of design life was calculated by summing the expansion and contraction by temperature, alkali-silica reaction, and drying shrinkage. The effective expansion of pavement section between adjacent expansion joints was calculated by subtracting the effective width of expansion joint from the summation of the expansion of the pavement section. The temperature change causing the effective expansion of pavement section was also calculated. The effective expansion equivalent temperature change was compared to the critical temperature, which causes the blowup, according to expansion joint spacing to verify the propriety of expansion joint applied to the airport concrete pavement. RESULTS: When an initial vertical displacement of the expansion joint was 3mm or less, the blowup never occurred for 300m of joint spacing which is used in Korean airports currently. But, there was a risk of blow-up when an initial vertical displacement of the expansion joint was 5mm or more due to the weather or material characteristics. CONCLUSIONS: It was confirmed that the intial vertical displacement at the expansion joint could be managed below 3mm from the previous research results. Accordingly it was concluded that the 300m of current expansion joint spacing of Korean airports could be used without blowup by controling the alkali-silica reaction below its allowable limit.

PURPOSES : In this study, the pavement condition of non-mill-and-overlay and mill-and-overlay on deteriorated concrete pavement was compared. In addition, the suitable time to perform the initial overlay was investigated.METHODS : The condition of the pavement sections that were not additionally overlaid on non-mill-and-overlay or mill-and-overlay on deteriorated concrete pavements was investigated according to overlay pavement age. The condition of non-mill-and-overlay and mill-andoverlay sections of expressway route 25, which has more information on overlay history than other routes, was compared according to the number of times of overlay. The relation between the concrete pavement condition just before the overlay and the number of times of overlay was investigated for the non-mill-and-overlay and mill-and-overlay sections for which the first overlay was performed in the same year.RESULTS: The pavement condition of the non-mill-and-overlay sections was better than that of the mill-and-overlay sections, showing higher Highway Pavement Condition Index(HPCI) regardless of overlay pavement age. The number of reflection crackings of the non-mill-and-overlay sections was smaller than that of the mill-and-overlay sections. As a result of observing the cores obtained from the overlay sections, the proportion of the deteriorated non-mill-and-overlay sections was smaller than that of the mill-and-overlay sections. The SD measured just before the overlay on the concrete pavement for which additional overlay was not performed was smaller than that for which additional overlay was performed regardless of the milling of the concrete slab surface. The HPCI of the concrete pavement for which overlay was performed just once was higher than that for which overlay was performed more than one time.CONCLUSIONS : Accordingly, it was concluded that the condition of the non-mill-and-overlay sections was better than that of the milland-overlay sections. In addition, the better the condition of concrete pavement just before the initial overlay, the longer the duration of the overlay effect.

PURPOSES: In this study, a three-dimensional nonlinear finite element analysis (FEA) model for airport concrete pavement was developed using the commercial program ABAQUS. Users can select an analysis method and set the range of input parameters to reflect actual conditions such as environmental loading.METHODS : The geometrical shape of the FEA model was chosen by considering the concrete pavement located in the third-stage construction site of Incheon International Airport. Incompatible eight-node elements were used for the FEA model. Laboratory test results for the concrete specimens fabricated at the construction site were used as material properties of the concrete slab. The material properties of the cement-treated base suggested by the Federal Aviation Administration(FAA) manual were used as those of the lean concrete subbase. In addition, preceding studies and pavement evaluation reports of Incheon International Airport were referred for the material properties of asphalt base and subgrade. The kinetic friction coefficient between the concrete slab and asphalt base acquired from a preceding study was used for the friction coefficient between the layers. A nonlinear temperature gradient according to slab depth was used as an input parameter of environmental loading, and a quasistatic method was used to analyze traffic loading. The average load transfer efficiency obtained from an Heavy falling Weight Deflectomete(HWD) test was converted to a spring constant between adjacent slabs to be used as an input parameter. The reliability of the FEA model developed in this study was verified by comparing its analysis results to those of the FEAFAA model.RESULTS : A series of analyses were performed for environmental loading, traffic loading, and combined loading by using both the model developed in this study and the FEAFAA model under the same conditions. The stresses of the concrete slab obtained by both analysis models were almost the same. An HWD test was simulated and analyzed using the FEA model developed in this study. As a result, the actual deflections at the center, mid-edge, and corner of the slab caused by the HWD loading were similar to those obtained by the analysis.CONCLUSIONS : The FEA model developed in this study was judged to be utilized sufficiently in the prediction of behavior of airport concrete pavement.

최근, 장기간의 집중호우 및 장마로 인하여, 상대적으로 구조가 불안정한 보도 하부에 공동이 발생하여, 상당수의 지반함몰이 발생되었다. 또한 내진·지질학 전문가들에 따르면 최근 잦아진 지진이 지반연화에 영향을 미쳐 지반함몰 현상이 더욱 늘어날 수 있다고 경고하고 있다. 이에 본 연구에서는 지반하부에 존재하는 공동을 EM방법을 활용하여 미연에 탐지함으로써, 인적·물적 피해를 최소화하고, 시민의 안전을 도모하고자 한다. 지반하부 공동 탐사에 이용되는 기존의 방법들은 탐사시간이 지나치게 길거나, 포장에 파손을 야기하고, 좁은 지역에서는 탐사가 불가능한 단점이 있다. 하지만 EM방법의 경우 탐사시간이 비교적 짧고, 비접지식이기 때문에 포장에 파손도 야기하지 않으며, 좁은 지역에서의 탐사도 가능하기 때문에, 본 연구에서는 보도, 공원도로, 이면도로 등 좁은 지역에 대해서 EM방법을 활용하여 지반함몰 위험지역 예측에 대한 기초연구를 진행하고자 한다. 기존에 사용되는 EM방법은 터널탐사 및 매립지 오염도 탐사에만 이용되고 있었기 때문에, 체코 GF Instrument사의 EM장비인 CMD Mini Explorer를 이용하여 기반하부 공동 탐사를 위한 실험을 진행하였다. 공동탐사 이외의 외부조건을 통일하기 위해서 나대지에서 실험을 진행하였으며, 기존 지반상태, 공동 모사상태, 공동 및 금속 모사상태에서 각각 탐사를 진행하였다. 탐사 결과, 금속의 존재유무와 관계없이 공동 위치에서 전기비저항 이상대가 나타났으며, 되메움 작업 시 다짐상태에 따라 일어난 지반의 교란이 층 형태의 전기비저항 분포로 나타났다. 따라서, EM방법은 공동 탐사에 있어 충분한 성능을 가지고 있으며, 금속에도 큰 영향을 받지 않는다는 것이 확인되었고, 연약지반에 대한 탐사에도 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.

콘크리트에 발생하는 건조수축은 콘크리트 구조체 내부에 존재하는 수분의 이동에 의해 발생하며 강도발현시점 이후부터 점진적으로 그 크기가 커진다. 콘크리트에 발생할 수 있는 건조수축의 크기는 골재나 시멘트 등의 특성에 따라 다르나 약 40-1000 의 범위에서 발생하므로 그 크기는 무시할 수 없는 수준이다. 많은 연구자들은 콘크리트의 건조수축의 약 20-25%가 재령 2주내에, 약 50-60%가 3개월 내에, 80% 이상이 재령 1년 이내에 발생하는 것으로 판단하고 있다. 다만 콘크리트 포장에서는 깊이에 따라 건조수축의 발생의 진행정도가 다르며 이로 인해 포장체 상부와 하부에서의 수축차이가 생기는 부등건조수축이 발생하므로 단순히 구조체 전체가 동등하게 수축한다고 가정할 수 없다. 본 연구는 공항 콘크리트포장을 대상으로 한 유한요소해석 모형에 실제 현장에서 약 9개월간 계측한 슬래브 깊이별 실측 온도를 적용하여 계절적 온도변화에 의한 포장체의 거동을 해석하였다. 유한요소해석 결과와 실제 현장에서 계측한 슬래브 위치별, 깊이별 변형률을 비교 분석하였으며, 온도의 영향만을 반영하여 해석을 실시한 결과와 건조수축이 발생하는 실제 슬래브의 거동사이에 차이가 발생함을 확인하였다. 상대적으로 재령 초기에 건조수축의 발생이 작은 슬래브 바닥면을 기준으로 보정계수를 추정하여 해석결과를 보정하였으며 슬래브의 재령에 따른 깊이별 건조수축의 발생 경향을 확인할 수 있었다.

공항 콘크리트 포장 슬래브는 온도와 습도 등 환경요인의 복합적인 영향으로 수축과 팽창을 반복한다. 하지만 슬래브 상·하부간의 비선형적인 온도구배로 인해 깊이에 따른 열팽창률이 다르며, 슬래브 표면에서의 증발로 인한 수분 손실로 인해 부등건조수축이 발생하여 위아래로 뒤틀리는 컬링(Curling)거동을 야기한다. 이처럼 환경요인에 의한 슬래브의 거동은 단기적으로 일주기의 대기 온도변화에 의한 거동특성을 보이며, 장기적으로 건조수축 및 계절적인 온도변화에 의한 거동특성을 보인다. 본 연구에서는 인천국제공항 현장에서의 HWD실험을 통하여 단기 및 장기적인 콘크리트 포장 슬래브의 거동을 예측하고자 하였다. 본 연구를 위해 2016년 11월부로 인천국제공항의 4단계 건설사업 중 3단계 건설사업이 진행중인 여객계류장 현장에 정적 및 동적 계측기를 설치하였으며, 상시적으로 정적변형률을 계측함과 동시에 정기적으로 HWD실험을 통해 동적변형률을 계측하였다. 계절별 거동특성을 분석하기 위해 2017년 3월, 5월, 8월 3차례에 걸쳐 HWD실험을 실시하였으며, 일주기 거동특성을 분석하기 위해 매 실험마다 3시, 7시, 11시, 15시, 21시에 걸쳐 총 5회의 실험을 실시하였다. HWD 실험을 통해 그림 1과 같이 슬래브의 중심, 모서리, 우각부의 내측 및 외측을 대상으로 타격하였으며, 처짐량, 충격강도계수(ISM), 하중전달률(LTE), 포장체 내 변형률, 역산 탄성계수를 조사하여 분석하였다. 현재까지의 HWD실험을 통해 슬래브 거동특성을 분석한 결과 초기상태의 슬래브는 부등건조수축으로 인한 Curl-up이 발생하며, 우각부와 보조기층이 분리된 것으로 예측되었다. 하지만 재령이 지날수록 일정한 Curl-up상태를 유지한 체 보조기층의 침하가 동반되어 Curl-up이 완화되는 거동이 예측되었다. 본 연구진은 추후 추가적인 HWD실험을 실시하여 슬래브 거동 예측결과를 검증 할 예정이다.

국내 항공 교통량은 매년 4.9∼9.9% 상승률을 보이며 꾸준히 증가하고 있는 가운데, 공항 포장의 중요성 또한 날로 높아지고 있다. 현재 국내 건설된 공항포장은 국외의 공항포장 설계법을 기반으로 설계되고 있는데, 이는 국내의 지역적, 환경적 영향을 충분히 반영하지 못해 포장파손이 빈번히 발생되고 있다. 이에 본 연구에서는 인천국제공항 3단계 건설사업 계류장에 변형률 및 온도 계측기를 설치하여, 각 환경요인에 따른 공항 콘크리트 슬래브의 거동 분석을 수행하였다. 공항 콘크리트 슬래브의 위치별, 깊이별 거동 계측을 위해 슬래브의 Corner, Mid-Edge, Center 위치에 각각 5개 깊이로 정적변형률계를 설치하였으며, 슬래브 내부의 깊이별 온도 측정을 위해 Center 위치에 5개 깊이로 온도계를 설치하였다. 계측 데이터는 영점조정 및 보정을 거치고, 온도와 습도의 복합적인 영향으로 발생하는 변형률인 Real Strain과 습도의 영향만으로 발생하는 변형률인 Shrinkage Strain으로 분류되어 10분 단위로 수집되고 있다. 수집된 데이터를 바탕으로 분석을 수행한 결과, Real Strain은 온도의 영향을 지배적으로 받아 단기적으로는 온도의 일변화에 따라 Curling 거동을 반복하고, 장기적으로는 계절 온도 변화에 따라 수평방향으로 수축·팽창하는 거동을 반복하는 것으로 확인되었다. Shrinkage Strain은 건조수축의 영향을 받아 거동을 하는데, 초기에는 상부가 수축하고 하부가 팽창하는 부등건조수축이 발생하여 Upward Curling 거동이 확인되고, 일정 시점이 지난 이후부터는 하부에서도 건조수축이 발생하여 수평방향으로 수축하는 거동이 확인되었다.

PURPOSES : The pole electrode method damaged the concrete pavement on inserting the electrode into the pavement surface. This study examined the feasibility of the flat electrode method to observe the concrete pavement instead of the pole electrode method and analyzed the resistivity characteristics of the concrete by performing laboratory tests. METHODS : The resistivity of the concrete specimens manufactured with three different mixing ratios (38.50%, 39.50%, and 40.50%) were measured using the pole and flat electrode methods according to the concrete age (7 and 28 days) and electrode spacing (20 mm, 30 mm, and 40 mm). RESULTS : In both pole and flat electrode methods, the resistivity increased with increasing fine aggregate proportion regardless of the concrete age. The resistivity measured at a concrete age of 28 days was slightly larger than that measured at 7 days. In the case of a concrete age of 7 days, the resistivity measured by the flat electrode method was larger than that measured by the pole electrode method. The difference disappeared at 28 days. CONCLUSIONS: The results suggest that the flat electrode method can replace the pole electrode method because the resistivity measured by both methods was similar. Hence, the development of a technology to apply the flat electrode method to actual concrete pavement is necessary.

일반적으로 도로포장 하부층의 다짐상태는 시간이 경과함에 따라 배수불량, 관로의 노후화 등으로 인 하여 품질이 저하되어 지지력이 약해지거나 공동(Cavity)이 발생하게 된다. 이러한 공동으로 인해 지반 사이에 이격이 발생하여 설계 당시의 하중보다 더 큰 하중이 가해지게 되며 이로 인해 포장에 침하 및 균 열이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위해서는 포장 하부층의 상태를 사전에 파악하고 조치를 취해야한다. 하부층의 상태파악을 위해서는 코어링(Coring)을 통해 직접 육안으로 확인하는 것이 가장 확실한 방법이 다. 하지만, 포장체에 파손을 발생시키고, 천공 중 교란이 발생할 수 있으며 깊은 곳에 존재하는 공동까지 천공이 불가능하다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해서는 다양한 비파괴 검사를 통한 포장 하 부층의 상태조사가 필요하다. 그 중 전기비저항 탐사(Electrical Resistivity Survey)는 전자기기 및 컴퓨 터 발달에 힘입어 짧은 시간에 많은 양의 데이터를 획득할 수 있을 뿐 아니라 해석 결과의 신뢰성도 높아 져서 현재 국내에서 많이 이용되고 있는 방법 중 하나이다. 일반적으로 전기비저항 탐사는 전극봉(Pole) 을 지면에 설치하여 탐사를 진행하는데 포장표면에서는 전극봉 설치가 용이하지 않으며 설치과정에서 파 손을 발생시킬 수 있다. 본 연구의 목적은 평판접지전극방법(Flat Electrode Method)과 전극봉전극방법(Pole Electrode Method)의 비교를 통해 각 포장층별 재료들의 전기비저항 특성(Resistivity Characteristic)을 분석하고 평판접지전극방법을 이용한 전기비저항 탐사를 포장 하부 공동탐사에 적용할 수 있는지에 대한 여부를 파 악하는 것이다. 포장층별 재료들의 공시체를 이용한 실내실험(Laboratory Test)을 통해 전기비저항 특성 을 분석하고, 공동 및 포장을 모사한 현장실험(Field Test)을 통해 평판접지전극방법을 이용한 전기비저 항 탐사의 적용 가능성을 파악한다.

최근 국내외 많은 지역에서 발생하는 싱크홀은 그 발생의 규모와 시기를 예측하기가 어렵다. 현재의 기 술로는 싱크홀이 발생할 가능성이 있는 위험지역에 Coring을 이용하여 도로하부 공동의 유무를 파악하는 방법이 최선이다. 하지만 포장된 도로에 Coring을 실시하면 그 후 보수하더라도 보수한 부분이 취약해져 추가 파손이 발생하기 쉽다. 따라서 도로하부에 존재 가능한 싱크홀을 찾기 위해 무작위로 Coring을 실시 하는 것은 상당히 비효율적인 방법이다. 이러한 단점을 보완하기 위해 도로포장면의 파손 없이 도로하부 에 싱크홀이나 공동 혹은 이상대의 유무를 파악하기 위해 전기비저항 탐사(Resistivity Survey)방법을 이 용하였다. 하지만 현재 실시되고 있는 전기비저항 탐사는 지면과 접촉하는 전극부가 말뚝형태를 하고 있 어 도로 천공이 불가피하다. 본 연구의 목적은 기존의 전기비저항 탐사의 단점을 보완하여 도로의 파손 없이 하부에 존재하는 싱크 홀 등을 파악하는 것이다. 전기비저항 탐사의 전극부를 기존의 천공방법에서 접지방법으로 변형하여 전기 비저항 탐사를 실시할 수 있음을 파악하고 싱크홀과 지반연화를 모사한 실내실험을 통해 접지전극방식의 전기비저항 탐사기법을 검증한다.

현재 국내에서 개발된 콘크리트 포장의 설계프로그램은 도로포장에 관련된 한국형 포장설계프로그램 (KPRP)로 교통하중과 지역별 환경조건을 복합적으로 고려하여 포장 설계를 실시한다. 하지만 공항 콘크 리트포장 설계프로그램은 국내 환경조건을 고려할 수 있는 프로그램은 전무하고 미연방항공청(FAA)에서 개발된 FAAFIELD프로그램이 존재하나 항공기 기어하중과 온도하중만을 고려하고 습도하중을 고려하지 못해 합리적인 설계를 못하는 실정이다. 따라서 항공기 기어하중과 환경하중을 복합적으로 고려하는 공항 설계 프로그램 개발이 필요하다. 본 연구에서 개발된 프로그램개발은 국내 공항 콘크리트 포장 응력해석 및 설계 프로그램이다. 선행연 구에서 유한요소해석과 다중회귀분석을 통해 개발된 국내공항의 설계항공기에 따라 각 기어별 환경하중 과 기어하중을 동시에 고려한 응력 회귀모형과 이에 적합한 합리적인 설계 수명을 산출을 위해 응력보정 계수를 보정한 수정 FAA AC 150/5320-6E 피로모형을 적용하였다. 프로그램은 비주얼베이직을 기반으 로 개발되었으며 입력부와 출력부로 구분된다. 입력부에 입력변수로는 설계 교통 특성, 포장구조 특성, 환경 특성으로 구분되며 설계 교통 특성에는 기어의 종류, 설계항공기하중, 설계교통량을 입력한다. 포장 구조 특성에는 설계의 응력검토를 위해 슬래브 두께, 줄눈간격, 복합지지력을 입력하며 환경하중을 고려 하기 위해 환경조건이 내장되어있는 17개의 지역을 선택할 수 있다. 이 외의 지역에 설계는 일교차와 상 대습도를 입력하여 환경조건을 고려한다. 본 프로그램은 사용자 중심으로 단순화된 인터페이스로 구성되어 있어 공항포장 실무자들의 편의성을 고려하였으며 기어의 종류, 설계항공기하중, 설계교통량, 지역설정 등을 통해 줄눈간격에 따른 적정 슬래 브 두께가 산출된다. 향후 콘크리트 포장 뿐만 아니라 아스팔트 포장관련 추가 연구를 통해 개발된다면 국내 공항 포장의 보완을 통해 정확한 설계가 가능할 것으로 기대한다.

교량 지지용으로 사용되는 강재 케이블에 대한 장력측정은 교량 안전관리의 중요한 측정항목이다. 현재 케이블에 걸린 장력을 진동법과 로드셀로 측정하고 있으며, 최근에는 선진국에서 자기적 방식에 의한 장력측정 방법을 연구하여 이에 대해 여러 가지 결과물을 제공하고 있다. 그러나 아직 우리나라에서는 이에 대한 체계적인 연구가 수행되지 않고 있어 자기적 방식에 의한 장력측정 연구를 시작하였으며 장력측정 정밀도 향상을 위해 연구하고 있다. 자기적 방식의 장력측정에서 강재 케이블 내의 온도와 자기장에 대한 영향을 검토해야 한다. 금번 논문에서는 온도에 따라 장력센서의 출력특성을 시험하였고 주어진 자기장에서 온도보정계수를 도출하였으며 시험실 내의 장력측정 시스템에 보정계수를 적용하여 케이블 장력에 따른 장력센서의 출력특성에 대한 시험 결과를 분석하고 평가하였다.