PURPOSES : Almost every design method for airport concrete pavements considers only traffic loading and not environmental loading. This study proposes a mechanistic design method for airport concrete pavements, that considers both environmental and traffic loading simultaneously. METHODS: First, the environmental loading of concrete pavements in Korean airports was quantified. FEAFAA, a finite element analysis program for airport pavements, was used to calculate the maximum tensile stress (MTS) of the slab, caused by both environmental and traffic loadings. The factors that influence the MTS were identified via sensitivity analysis, and an MTS prediction model was developed using the statistical analysis program SPSS. The ratio of MTS to the tensile strength of slab was calculated using the prediction model. The fatigue model under the AC 150/5320-6E and AC 150/5320-6F standards of the FAA was corrected to make it suitable for the predicted stress-strength ratio. RESULTS : The MTS prediction model and corrected fatigue model were used to redesign the slab thickness and joint spacing of airport concrete pavements originally designed using the AC 150/5320-6D standard, which empirically considers traffic loading only. As a result, different slab thicknesses and joint spacings were redesigned with consideration for environmental loading, specifically the weather conditions of airports. . CONCLUSIONS: The slab thickness and joint spacing can be mechanistically designed at the same time, whereas previously, only the slab thickness was designed, and the joint spacing was determined empirically.

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.

인천국제공항은 타당성 조사 및 기본설계를 거쳐 1단계 사업에서 11.7km²의 부지조성 및 활주로 2본 등을 건설하였고, 뒤이어 시작한 2단계 사업에서 길이 4,000m의 활주로 1본과 0.13km²규모의 화물터 미널 등을 추가 건설하였다. 그리고 2013년 6월부터 본격적인 공사가 시작된 3단계 사업에서는 제2여객 터미널을 건설하고, 계류장과 화물 터미널을 확장하여 연간 6천 200만 명의 승객과 580만 톤의 화물 처 리를 목표로 하여 진행 중에 있다. 현재 1단계 사업에서 건설된 콘크리트 포장의 경우 2001년 3월 개통 이래 공용연수가 14년으로 설계수명 20년에 다다르고 있으며, 3단계 사업에서 건설 예정인 계류장 및 화 물 터미널의 경우 대부분 콘크리트 포장으로 계획되어 있다. 향후 설계수명이 지난 포장에 대하여 이를 평가하여 복구하고, 건설 예정된 포장의 공용수명을 증진시키기 위하여 국내 현실과 맞지 않는 외국의 포 장 설계방법이 아닌 인천공항 고유의 포장설계방법 개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 합리적인 포장의 잔존수명을 예측하고, 신설 포장의 조기 파손을 최소화하여 인천공항 콘크리트 포장의 전반적인 성능 향상을 도모할 수 있도록 역학적-경험적(M-E: Mechanistic-Empirical) 공항 콘크리트 포장 설계기준 및 방법을 개발하기 위해 필요한 기초자료 및 검증 자료인 콘크리트 포장 거동 계측 데이터 확보를 위해 3단계 포장 구간 내 온도계, 습도계, 변형률계, 변위계 등의 계측기 매설계 획과 수동 및 자동 계측데이터 수집 시스템 구축방안을 수립하였다.