본 논문에서는 PSC 거더의 Prestress를 관리하기 위하여 EM 센서를 활용한 PSC 텐던 긴장력 손실 관리 기법을 소개한다. PSC 거더는 콘크리트 거더에 Prestress를 도입함으로써 기존 콘크리트 거더보다 높은 성능을 가지며 보다 저비용의 거더 설계가 가능해 짐으로 현재 많은 교량에 사용되고 있는 거더이다. 그러나 PS 텐던의 긴장력 관리는 거더 성능 관리에 있어 매우 중요한 항목이나 현재는 시공시 설계 긴장력의 도입 여부만을 검증한 후 공용시에는 그 관리가 이루어지지 않는 실정이다. 이에 본 연구에서는 강자성 재료가 인장력에 따라 비투자율이 변화하는 특성을 이용하여 EM 센서를 이용해 PS 텐던의 투자율을 계측하여 PS 텐던의 긴장력을 계측하는 기법을 제안하였다. PSC 거더 내부에서 PS 텐던의 투자율을 계측하기 위하여 EM 센서 시작품을 제작하였으며 MTS 실험을 통해 PS 텐던으로 주로 사용되는 7연선 1가닥의 0, 40, 80, 120, 160, 200kN의 긴장력에 따른 투자율 변화를 계측하였다. 계측 결과 각 긴장력 단계마다 EM 센서를 통해 계측된 B-H Loop가 정량적으로 변화하는 것을 확인하였으며 계측된 투자율과 긴장력을 회귀분석한 결과 투자율과 긴장력은 선형 관계를 나타내었다. 이를 활용하여 EM 센서를 이용하여 PS 텐던의 긴장력 관리가 가능함을 검증하였다.

본 연구에서는 BWIM(Bridge Weigh-in-Motion) 시스템을 기반으로 주행차량의 총중량 및 축중량 추정을 수행하였다. BWIM 시스템의 개발을 위해 차량 주행시험은 필수적이지만 그 비용과 시간이 많이 소요되고, 다양한 차량 주행 조건의 적용이 어렵다. 따라서 차량 주행시험의 비용 및 시간적 문제점을 보완하고, 주행 조건에 따른 다양한 교량응답의 확보할 수 있는 수치 시뮬레이션이 현장실험과 병행되어야한다. 본 연구에서는 교량의 동적특성을 반영하는 수치 시뮬레이션을 수행하여 교량의 응답을 획득하고, 통행 차량의 중량을 산출하는 BWIM 시스템에 적용하여 총중량 및 축중량 추정을 수행하고 정밀해석모델기반 과적단속기술에 대하여 제안하였다.

공항 콘크리트 포장의 설계방법은 기존의 현장시험 결과를 바탕으로 한 경험적 설계방법에서, 하중조건을 고려하여 포장의 잔존수명을 예측하는 역학적-경험적 설계방법으로 발전해왔다. 미연방항공청(Federal Aviation Administration)에서는 3차원 유한요소해석에서 산출된 응력으로 공항 포장두께를 결정하는 역학적 설계방법을 병행하는 역학적-경험적 설계지침 AC-150/5320-6E을 제시하였다. 하지만, 국내에서도 적용되는 이 방법은 환경조건을 고려하지 못한 단점이 있어, 이에 대한 개선이 필요하다(Jeong et al., 2010). 환경하중은 공항포장에서 슬래브의 파손을 야기하는 주요 원인 중 하나이다. 콘크리트 슬래브에서 깊이에 따 른 온도 분포와 상하부의 부등건조수축으로 인해 하향컬링과 상향컬링 현상이 발생하며, 슬래브의 자중, 보조기층과의 마찰, 그리고 다웰바 등에 의해 구속되어 슬래브 내부에 응력을 발생시킨다. 내부 응력이 발생한 상태에서 교통하중이 복합적으로 작용하여 슬래브의 파손을 야기하므로 환경하중을 고려하지 않은 기존의 역학적 설계는 실제 포장의 공용성을 정확하게 예측할 수 없다(박주영 등. 2013). 본 논문에서는 공항포장에서 환경하중의 영향을 분석하기 위해 환경하중 및 교통하중을 고려한 수치해석을 실시하였고, 슬래브에 발생되는 최대인장응력의 크기와 그 때의 기어하중 위치를 찾았다. 환경하중을 적용하기 위해 미국 켄터키주 공항 콘크리트 포장의 열팽창계수 실측 데이터를 적용하여 등가선형온도차를 산출하였으며, 양과 음의 온도구배를 각각 재하하였다. 분석 결과, 그림 1과 같이 단일 하중조건만 고려했을 경우는 교통 하중이 환경하중에 비해 더 큰 인장응력이 나타났지만, 환경하중과 교통하중을 복합적으로 적용했을 때에는 발 생되는 인장응력이 큰 차이를 보였다. 또한 이러한 해석 결과들은 실제 공항에서 파손이 자주 발생되는 취약구간과 일치하는 경향을 보였다. 이로써 공항 콘크리트 포장의 공용 수명을 예측하고, 합리적인 설계를 위해서는 환경하중이 고려되어야한다 판단되었다.

종방향 그루빙 공법은 포장의 표면적과 타이어와의 접촉 면적을 넓혀줌으로써, 마찰에너지에 의해 결빙된 구간을 빨리 녹여주고, 차량의 주행성을 증가시키는 역할을 한다. 뿐만 아니라 요철이 있는 노면과 차량간의 충격 에너지, 제설 작업 시 살포된 염화칼슘의 잔류효과로 인하여 해빙 효율을 더 높일 수 있다(노성렬 외 2005; 김광우 외 2003). 본 연구에서는 폐비닐골재 혼합 아스팔트포장에 그루빙 공법을 적용하였을 때, 융설효과가 증진되는지를 확인하기 위한 현장실험을 실시하였다. 시험 시공은 총 4구간(일반 아스팔트, 일반 아스팔트 + 그루빙, 폐비닐골재 혼합 아스팔트, 폐비닐골재 혼합 아스팔트 + 그루빙)을 덧씌우기 형태로 시공하였다. 그루빙 공법은 배수성 향상, 결빙 억제 및 미끄럼 저항성 향상을 위한 설치 규격인 9mm(폭) × 6mm(깊이) × 60mm (간격 : CTC)을 적용하였다. 현장의 기온이 -3℃일 때 4cm 두께로 동일하게 인공눈을 포설하였고, 차량 통과 횟수 20, 100, 200, 400회 간격으로 적설 높이를 측정하여 융설효과를 정량적으로 비교하였다. 현장실험 결과, 융설효과는 그림 1과 같이 폐비닐+그루빙 구간, 폐비닐 구간, 일반+그루빙 구간, 그리고 일반 아스팔트 구간 순으로 뛰어난 것으로 나타났다. 이를 통해 융설효과에 영향을 미치는 폐비닐골재와 그루빙 두 인자를 비교하였을 때, 폐비닐골재의 기여도가 그루빙보다 큰 것으로 파악되었다. 또한 동일한 포장재료가 사용된 경우는 그루빙을 설치하였을 때 융설효과가 더 우수한 것으로 확인되었다. 차량주행횟수에 따른 융설효과를 비교하였을 경우 초기(100회 미만)에는 각 구간별 융설효과가 큰 차이를 보이지 않았지만, 주행횟수가 100회를 초과하면서 차이를 보이기 시작하였으며, 주행횟수가 200회일 때 가장 큰 차이를 보였다. 이는 주행횟수가 적은 초기에는 차량하부의 열과 포장의 마찰에너지가 포장 내부에 축적되는 과정으로, 융설에 미치는 영향이 미비하였지만, 에너지가 축적된 이후(주행횟수 100회 이상)에는 지속적인 차량주행으로 공급된 에너지가 폐비닐골재의 단열 및 보온 효과로 인하여 급격한 융설이 진행된 것으로 판단되었다.

최근 지구온난화에 따른 제트기류의 영향으로 겨울철 최저기온이 낮아지면서 한파가 증가함에 따라 도 로포장과 지중구조물의 동상에 의한 파손 가능성이 점차 증가하고 있다. 동절기가 되면 0℃ 이하의 낮은 온도에서 흙 속의 간극수와 수분 유입에 따라 빙정(Ice lens)이 형성되며, 체적이 팽창되는 동상 현상이 발생한다(이경하 등, 2002). 포장하부의 동상은 0℃ 이하의 온도, 수분의 공급, 토질의 3가지 요소의 조 합에 의하여 발생되며, 한 가지 요소라도 충족되지 않으면 발생하지 않는다(신은철 등, 2012). 지중구조물 주변은 지중구조물 내부로 통과하는 대기에도 영향을 받아 포장 표면과 지중구조물 상단으로 부터 위아래로 결빙이 확산된다. 또한 박스형 암거와 보강슬래브의 간섭으로 인해 하부로 흘러내려야 할 유입수분이 정체하기 쉬운 구조적 여건이므로 동상으로 인한 파손에 매우 취약하다. 국내에서는 포장하부 동상을 방지하기 위해 노상 상부에 별도로 동상방지층을 설치하고 있지만, 흙쌓기 높이 2m 이상인 구간에는 동상방지층을 생략하고 있다(국토해양부, 2012). 하지만, 지중구조물이 매설된 구간은 대부분 흙쌓기 높이가 2m 이상이므로 국토교통부 기준에 따라 동상방지층이 생략되고 있기 때문에 동상으로 인한 포장융기, 평탄성 저하, 동결융해 반복에 따른 지반열화 등으로 인해 다양한 포장파손이 발생한다(권기철, 2002). 본 논문에서는 포장하부 지반의 동상을 최소화 시키기 위해, 박스형 암거 상부에 Crown 경사를 적용하 여 지중구조물 구간으로 유입된 수분을 배수시키는 방안을 고찰하였다. 포장하부의 재료별 배수성능을 검토하였고, 기상청 자료를 참고하여 지역별 동절기(12월~1월)의 1시간 최대강수량과 폭우를 기준으로 한 시간당 강수량을 비교분석하였다. 그리고 노면배수를 고려하여 포장하부 유입량을 산정하였다. 박스형 암거는 일반적으로 시공되는 중형 박스암거(4.5m×4.5m)를 기준으로 0%~10%의 Crown 경사를 적용하였으며, 동상방지재료(SB-1 또는 SB-2)와 일반 노상재료에 대해 배수성능을 분석하였다. 국내의 겨울철 기후특성을 고려하여 분석한 결과, 그림 1과 같이 동상방지재료는 1%를, 노상재료의 경우 6%의 Crown 경사를 적용함으로써 동상을 최소화할 수 있는 방안을 제시하였다.

건설당시 엄격한 다짐관리로 시공된 노상과 보조기층은 공용기간이 경과함에 따라 압밀침하, 배수불 량, 그리고 지하수위 상승 등의 원인으로 품질이 저하된다. 지반에 변형이 생기면 포장표층과 지반사이에 공동이 발생되며, 여기에 하중이 재하 되면 설계 당시 예상한 것보다 더 큰 응력이 발생하여 포장에 파손이 발생하고 결과적으로 공용성이 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있다(박주영 등, 2013). 따라서, 포장 하부 공동유무의 평가는 매우 중요하지만, 육안으로 확인하는 것은 불가능하므로 비파괴 방법을 사용하여야 한다. 구조물 내의 이격된 공간을 검사하는 비파괴 방법 중 하나인 충격반향기법(Impact-Echo Method)은 많은 분야에서 사용되고 있지만 포장하부의 공동탐사에 적용된 사례는 드물다. 충격반향기법은 그림 1과 같이 구조물에 응력파(Stress wave)를 발생시켜 그 응답을 분석하여 결함을 탐지하는 방법이다(Sansalone et. al., 1986). 응력파는 가진력을 일으킬 수 있는 장비에 의해 발생되며 표면과 내부결함 사이에서 다중반사가 일어나면서 일시적인 공진이 발생하여 구조물의 상태를 평가한다. 본 논문에서는 충격반향기법을 콘크리트 포장 하부 공동유무 평가에 적용하기 위한 기초연구를 수행하 였다. 먼저, 콘크리트 포장의 구조적 특징, 물성값, 각 층간의 댐핑계수(Damping Coefficient) 등을 조사 하였다. 조사된 자료를 바탕으로 상용 프로그램 ABAQUS를 이용하여 2D 유한요소해석을 실시하였다. 시간이력해석을 위해 Dynamic-explicit 방법을 적용하여 충격반향기법을 모사하였으며, 동적해석을 통해 콘크리트 포장의 공동의 유무에 따른 응력파 정보를 수집하였다. 최종적으로 획득된 응력파에 대하여 공동의 존재 여부 및 단면에 따른 거동차이를 비교·분석 하였다

탄산칼슘 형성 미생물은 요소(CO(NH2)2)의 가수분해를 통해 탄산염이온(CO3 2-)을 생성하고, 분해된 탄산 염이온은 칼슘이온(CO3 2+)과 결합하는 탄산칼슘형성작용(Microbially Induced Calcite Precipitation)을 하는 것으로 알려져 있다. Muynck et al.(2008)은 탄산칼슘(CaCO3) 형성 미생물을 콘크리트에 적용하여, 자가 균열보수 및 강도 증진 효과의 가능성을 언급하였다. 이러한 탄산칼슘 형성 미생물을 콘크리트 도로포장에 적용할 경우, 경화 시 발생하는 미세균열을 방지하고, 초기강도 증진효과를 얻을 수 있으며, 장기강도 및 공용성을 증진시킬 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 본 연구는 탄산칼슘 형성 미생물을 콘크리트 포장에 적용하기 위한 기초연구로서, Lysobacillus sphaericus종의 탄산칼슘형성 미생물을 적용시킨 시멘트 모르타르에서 탄산칼슘 형성량과 초기강도 발현을 확인하였다. 이를 위해, SEM 촬영 및 EDS 분석을 실시하여 탄산칼슘 형성능력을 비교하였고, 3일, 7일 28일 압축강도 시험을 통해 초기강도를 측정하였다. SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영 결과, 미생물에 의해 탄산칼슘이 형성된 공시체의 단면은 그림 1(a)와 같이 탄산칼슘 결정들에 의해 거칠게 나타난 반면, 탄산칼슘 미생물이 주입되지 않은 일반 시멘트 모르타르의 표면은 그림 1(b)와 같이 비교적 매끄러운 것으로 확인되었다. EDS(Energy Dispersive x-ray Spectroscopy) 분석을 실시하여 탄산칼슘 형성량을 비교한 결과, 미생물을 적용한 시멘트모르타르 공시체에서 탄산칼슘 질량이 16.7% 증가함이 확인되었다. 그리고 미생물에 의해 생성된 탄산칼슘이 압축강도에 미치는 영향을 분석한 결과, 탄산칼슘 형성 미생물을 적용시킨 시멘트 모르타르의 경우 일반 시멘트 모르타르에 비해 강도가 48.1% 증가하는 것으로 나타났다.

공항 콘크리트 포장 파손에 영향을 미치는 대표적인 인자는 환경하중과 교통하중이다. 최근의 포장 설 계는 기존 현장 실험을 바탕으로 한 경험적 설계 방법에서 환경하중과 교통하중에 의한 포장 거동을 해석하고 잔존 수명을 예측하는 역학적-경험적 설계 방법으로 전환되고 있다. 이전 연구에서는 공항 콘크리트 포장에 작용하는 온도하중과 수분하중의 서로 다른 환경하중 요소를 슬래브 상하부 간의 온도차이 하나로 합할 수 있는 방법을 제시하였다. 본 논문에서는 FAA에서 제공하는 FEAFAA 프로그램으로 그림 1(a)와 같이 이전 연구에서 개발된 온도와 습도에 의한 등가온도차이, 설계항공기 중 대형항공기에 해당 하는 DDT(Double Duals in Tandem) 기어형상, 포장구조, 재료물성 등의 인자에 따른 응력을 산출하였 다. FEAFAA에서는 결과값을 처리하는 포스트 프로세서를 지원하지 않으므로 그림 1(b)와 같이 Tecplot 사의 Tecplot 360 프로그램을 사용하여 최대인장응력 발생위치와 응력크기를 파악하였다. 본 논문에서는 국내외 공항 설계 시 사용되는 기준으로 입력 변수의 범위를 설정하였고, 작용하는 하중 (환경, 교통)별 입력 변수의 민감도분석을 실시하여 응력에 미치는 영향을 분석하였다. 환경하중의 경우 지역별 연평균 일교차와 연평균 상대습도가 반영된 등가온도차이를 사용하였으며, 교통하중의 경우 설계 항공기 중 대형항공기에 해당하는 DDT 기어형상을 적용하였다. 이러한 역학적 근거에 따라 국내의 공항 위치별 환경 특성 및 설계항공기 기어 특성이 고려된 응력회귀모형을 개발하였다. 또한 개발된 회귀모형에 인자를 대입하여 얻은 응력과 유한요소해석 프로그램에 인자를 입력하여 산출된 응력의 비교를 통해 회귀모형의 타당성을 검토하였다.

지중구조물 주위는 다짐이 어려워 장기침하 가능성이 매우 높으며, 지중구조물과 지반의 강성천이구간 은 포장지지력의 심한 변화를 유발시켜 도로의 수명을 저하시킨다. 여기에 여러 하중이 가해지면 설계 시 예상한 것보다 큰 응력이 도입되어 도로 및 구조물에 파손이 발생하고 수명이 감소하게 된다(Darter et al.). 이러한 현상들은 유지관리 비용을 발생시킬 뿐 아니라 차량의 주행성과 안전성에도 영향을 미친다. 이전 연구(박주영 외, 2012)에서는 지중구조물 주변 도로의 건전성 확보를 위한 방안을 제시하고자 유한 요소 방법으로 현장 상황을 모사할 수 있는 모형을 제작하였다. 줄눈위치, 박스 암거의 크기, 보강슬래브의 길이 등을 바꿔가며 지중구조물 상부 도로시스템 거동을 해석하였다. 그 결과 박스 암거의 크기에 관계없이 줄눈을 암거 측면 가까이 설치하는 방법으로 슬래브의 파손을 최소화 할 수 있으며, 보강슬래브의 길이가 2m를 넘게 되면 콘크리트 슬래브에 발생되는 최대인장응력에는 큰 차이가 없으므로, 현재 6m로 설계·시공되는 기준은 과대설계의 가능성이 크다는 결론을 얻었다. 본 논문에서는 위의 연구결과를 검증하기 위해 1/2 상사율을 적용하여 가속시험용 콘크리트 포장을 설계하였고, 한국도로공사의 포장가속시험동에 현장 상황 및 절차에 맞도록 시공하였다. 그리고 위의 그림 1과 같이 실제 차량하중을 이동시키면서 각 지점별 변형률을 분석하였다. 그 결과 암거 측면에 줄눈을 일치시킨 구간이 슬래브 중앙이 암거 측면에 놓인 구간에 비해 슬래브 상·하부 모두에서 인장변형률이 매우 작게 측정되어 선행 연구의 해석결과와 일치함을 확인하였다. 또한 보강슬래브 2m와 6m 구간에서는 유사한 인장변형률의 크기를 보여 합리적이고 경제적인 보강슬래브 길이를 검증할 수 있었다.

PURPOSES : In this study, various laboratory tests were performed to investigate basic physical properties of the asphalt concrete which uses wasted vinyl aggregates. METHODS : The thermal conductivity, ultrasonic velocity, Marshall stability, flow, indirect tensile strength were measured according to binder content and wasted vinyl aggregate content. An experimental construction was performed to verify construct ability of the asphalt pavement using the wasted vinyl aggregates. RESULTS : The thermal conductivity and ultrasonic velocity decreased showing insulation effect by mixing more wasted vinyl aggregate, whereas stability and flow increased. The void ratio shows similar value regardless of the mixing ratio. The highest indirect tensile strength was measured at 2.5% of wasted vinyl aggregate content. The construct ability was verified by observing the process of mixing, placing, and compaction and the state of the pavement surface. CONCLUSIONS : The basic properties and construct ability of the asphalt concrete using the wasted vinyl aggregates were verified. The temperature according to pavement depth will be measured to verify the insulation effect of the wasted vinyl aggregates. In addition, amount of snowfall, snowmelt area, and ice adhesion strength will be analyzed quantitively.

PURPOSES: The existing method evaluating the existence of the hollows in concrete pavement does not consider the stiffness of pavement. In addition, the method uses unreasonable logic judging the hollow existence by the deflection caused by zero loading. In this study, the deflection of slab corner due to heavy weight deflectometer (HWD) was measured in concrete pavement sections where underground structures are located causing the hollows around them. METHODS: The modulus of subgrade reaction obtained by comparing the actual deflection of slab to the result of finite element analysis was calibrated into the composite modulus of subgrade reaction. The radius of relative stiffness was calculated, and the relationship between the ratio of HWD load to the radius of relative stiffness and the slab deflection was expressed as the curve of secondary degree. RESULTS: The trends of the model coefficients showing width and maximum value of the curve of secondary degree were analyzed by categorizing the pavement sections into three groups : hollows exist, additional investigation is necessary, and hollows do not exist. CONCLUSIONS: The results analyzed by the method developed in this study was compared to the results analyzed by existing method. The model developed in this study will be verified by analyzing the data obtained in other sections with different pavement structure and materials.

PURPOSES : Hollows are easily made, and bearing capacity can be lowered near underground structures because sublayers of pavement settle for a long time due to difficult compaction at the position. If loadings are applied in this condition, distresses may occur in pavement and, as the result, its lifespan can decrease due to the stress larger than that expected in design phase. Although reinforced slab is installed on side of box culvert to minimize the distresses, length of the reinforced slab is fixed as 6m in Korea without any theoretical consideration. The purpose of this paper is investigating the behavior of concrete pavement according to the cover depth of the box culvert ad the length of the reinforced slab. METHODS : The distresses of concrete pavement slabs were investigated and cover depth was surveyed at position where the box culverts were located in expressways. The concrete pavements including the box culverts were modeled by finite element method and their behaviors according to the soil cover depth were analyzed. Wheel loading was applied after considering self weight of the pavement and temperature gradient of the concrete pavement slab at Yeojoo, Gyeonggi where a test road was located. After installing pavement joint at various positions, behavior of the pavement was analyzed by changing the soil cover depth and length of the reinforced slab. RESULTS : As the result, the tensile stress developed in the pavement slab according to the joint position, cover depth, and reinforced slab length was figured out. CONCLUSIONS : More reasonable and economic design of the concrete pavement including the box culvert is expected by the research results.

역학적-경험적 포장설계 프로그램 중에서, 미국 AASHTO 설계법을 기초로 개발된 MEPDG는 교통량, 기상, 재료물성, 포장구조 등을 입력변수로 하여 기술자가 최적의 대안을 찾도록 한다. 하지만 MEPDG에서 기술적 문제가 발견되고 있기 때문에 이를 해결하여 프로그램을 개선하기 위한 노력이 계속되고 있다. 한편, 국내에서도 KPRP 연구과제에서 역학적-경험적 포장설계 프로그램이 개발되어 왔다. 이 한국형 포장설계 프로그램을 더욱 합리적으로 개발하고 개선하기 위해서는 이미 사용되고 있는 MEPDG를 분석하여 서로 비교할 필요가 있다. 콘크리트 포장설계의 경우, 피로균열은 다른 공용성 인자와는 달리 매우 복잡한 로직을 통해 예측된다. 따라서 본 논문에서는 MEPDG 버전 0.5, 버전 1.0, 그리고 버전 1.1의 피로균열 전이함수를 분석하였다. 그리고 버전별 MEPDG와 KPRP 입력변수들의 누적피로손상에 대한 민감도를 서로 비교하였다.