본 연구에서는 기존의 아스팔트 콘크리트 포장구조해석에 사용되는 다층탄성해석에서 경계면의 영향을 평가하기 위해 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS와 다층탄성 프로그램인 KENLAYER를 이용하여 연직하중이 작용하는 경우의 경계면 특성에 따른 포장성능에 관한 비교 분석을 실시하였다. 그리고 실제 주행하중에 의해 발생되는 수평하중이 포장체에 미치는 영향을 고찰하기 위해 수평하중을 고려한 포장구조해석도 실시하였다. 이를 위해 ABAQUS를 이용하여 경계면 상태에 따른 포장구조체 내부에서 발생하는 변형률 및 처짐을 분석하고, 경계면의 접합상태에 따른 효과를 분석하였다. 이러한 과정을 통해 경계면 상태에 따른 포장체의 공용성에 관한 기존의 정성적 평가로부터 수치해석을 통해 정량적 평가를 실시하고, 경계면 효과에 대한 기본연구를 실시하였다. 연구 결과 기존 해석에서 사용되는 연직하중만 작용하는 경우와 실제 주행하중을 모사하는 연직하중과 수평하중이 동시에 작용하는 경우 수평하중의 작용으로 인해 공용횟수가 약 1/300로 감소하여 포장구조해석시 수평하중을 고려한 해석이 절실히 필요함을 알 수 있었다.

국내의 경우 도로포장설계시 외국의 설계법을 단순히 도입하여 사용하고 있지만 건설재료,기후 및 교통조건 등이 외국과 상이하기 때문에 근본적 인 제한성이 있다. 특히, 국내 포장구조해석에서 아스팔트층 거동특성만을 중요시하는 해석은 포장구조체가 각 층의 영향을 받는 종합적인 거동특성을 보인다는 포장구조체 시스템적인 특성을 고려한다면 많은 문제점을 내포하고 있다. 따라서, 도로포장 설계시 합리적이고 경제적인 설계를 할 수 있도록 포장구조체의 해석 시스템을 구축하여야 한다. 본 연구에서는 비선형성이 포장체에 미치는 영향을 알아보기 위한 수치해석의 기본작업으로 다층구조상태인 포장체의 거동해석에 영향을 미치는 두께와 탄성계수 조합으로 구성된 243개의 표준단면과 하중종류에 따른 영향을 분석하여 응력의 변화분포가 큰 경우를 해석단면으로 결정하였다. 분석결과 탄성계수보다 층 두께의 영향이 더 큼을 알 수 있었다. 또한. 하중의 경우 원형등 분포하중인 정적하중과 FWD 시험하중을 비교한 결과 FWD 시험하중의 응력분포가 더 큼을 알 수 있었다. 결정된 해석단면을 이용하여 포장하부의 재료적 특성을 대변하는 비선형탄성모델을 각 층별로 적용시켜 기존의 선형탄성모델을 이용한 해석결과와 비교 분석한 결과 포장하부시스템 중 보조기층에서는 지반내 응력상태를 반영할 수 있는 비선형모델을 고려해야 하는 것이 보다 합리적임을 알 수 있었다.

이 논문에서는 비선형 지반-구조물 상호작용해석을 위한 새로운 시간-주파수영역 복합법을 제시하였다. 제안한 방법은 등가선형 지반-구조물 상호작용해석 프로그램과 범용 비선형 유한요소해석 프로그램을 동시에 사용하는 실용적인 방법이다. 이 방법에서는 먼저 주파수영역에서 등가선형 지반-구조물 상호작용해석을 수행하여 유한요소 영역의 경계면에서 응답을 구한 다음, 이를 범용 비선형 유한요소해석 프로그램에 의한 비선형 동적해석의 시간의존 경계조건으로 입력한다. 제안된 방법의 검증을 위하여 2차원 지하철 정거장 구조물에 대한 지진해석을 수행하였다. 이를 위하여 등가선형 지반-구조물 상호작용해석 프로그램 KIESSI-2D와 비선형 유한요소해석 프로그램 ANSYS를 사용하였다 수치적인 해석결과로부터 이 연구에서 제안한 방법의 타당성을 확인할 수 있었다.

포장구조체에서 요구되는 강도를 갖게 하는 구조 설계의 방법은 경험적 절차부터 반역학적 절차까지 발전되어 왔다. 재생 가열아스팔트혼합물이 기존의 가열아스팔트혼합물(HMA)과 비교하여 비슷하거나 때에 따라 더 좋은 성능을 가져오므로, AASHTO설계지침서에서는 본질적으로 재생(recycled) HMA 재료와 신생(virgin) HMA 재료간의 차이가 없다고 기술하고 있으며, 기존 HMA 재료에 사용되는 덧씌우기설계법의 구조회복 분석방법(structural rehabilitation analysis method)을 재생포장설계에도 권장하고 있다. 재생 가열아스팔트의 설계를 위한 AASHTO 방법은 설계교통량, 교통량 및 수행능력예측의 신뢰수준, 공용기간, 그리고 포장상태 평가지수에 의하여 결정된 포장구조체에서 요구되는 포장두께지수(SN)에 기초한다. 포장두께지수(SN)는 포장층 두께, 상대강도계수, 각 층의 배수조건들의 곱의 조합으로서 나타내어질 수 있다. 덧씌우기로 간주될 수 있는 재생된 층의 포장두께지수(SN)는 기존 포장에서의 포장두께지수와 보강된 포장에서 요구되는 포장두께지수의 차이에 의하여 계산되어질 수 있다. 상대강도계수의 값은 AASHTO 설계지침에 명시되어 있다. AI 방법은 교통량, 노상의 회복탄성계수, 그리고 설계두께를 계산하기 위한 표층과 기층의 종류를 사용한다. 이 방법은 재생된 가열혼합물질과 기존의 가열혼합물질과는 거의 비슷한 성능을 나타낸다고 본다. 또다른 AI 방법에 의하면 재생된 층은 덧씌우기층이라고 간주하고, 현재의 포장두께와 요구되어지는 포장두께 사이의 차를 이용하여 재생될 층의 두께를 산정한다. 소요되는 덧씌우기 두께는 포장의 현장 상태지수(condition rating)와 각 종류에 따른 포장체와 포장재료가 아스팔트 콘크리트층의 등가두께로 전환되어 나타나는 방법에 근거하여 결정될 수 있다. 또 다른 방법은 포장체 각 층의 물성과 하중을 이용한 컴퓨터 프로그램에 의하여 산정된 하중-변형 응답에 의한 설계 방법을 포함한다. 이런 방법들에서는 포장체는 탄성이나 점탄성층 위에서 탄성이나 점탄성 거동을 보인다고 가정한다. 재생 상온혼합물에서의 AASHTO 설계 방법은 가열혼합물의 설계방법과 유사하다. 그러나, 재생 상온혼합물에서의 상대강도계수는 시공방법에 좌우되므로, 기술자의 판단을 근거로 하여 결정되어져야 한다. AI방법에서는 포장구조체를 다층탄성구조라고 보고, 노상의 강도와 설계 교통량을 근거로 요구되는 포장두께를 결정한다. 재생 상온혼합물 기층의 두께는 재생 상온혼합물 기충 위에서 가열아스팔혼합물에 대하여 산정된 덧씌우기 두께를 이용하여 결정할 수 있다. 아스팔트 표면의 재생은 기존 포장의 구조적 능력을 정상적으로 개선할 수 없으므로, 표면 재생의 두께를 설계하는 방법은 없다. 그러나, 임의의 덧씌우기 두께는 기존의 덧씌우기 설계법에 기초하여 산정 할 수 있다. 만약 덧씌우기가 승차감만을 개선시킨다고 여겨진다면, 혼합물에서 사용되어지는 최대 골재 크기에 기초한 최소 두께를 결정할 수 있다.

본 연구에서는 현재 사용하고 있는 다짐시험결과 분석에 있어서 시험자에 따라 개인 오차가 발생하는 실내다짐시험 결과의 적부판정을 위한 기준을 제시하고자 실시한 실내시험결과를 분석하여 ASTM 규정을 이용한 다짐도 산정프로그램을 개발하였다. 또한 시공단계부터 탄성계수와 같은 역학적 정수를 이용함으로써 시공관리와 도로설계 및 도로관리의 개념적인 차이를 줄이고 추후 개발 및 실용화되어야 할 체계적인 다짐관리기법 개발을 위한 기초연구로서 노상토의 기초물성시험, 다짐시험과 더불어 삼축압축시험과 공진주시험 등을 실시하였다. 선정된 전체 7개 지역에 대하여 실내시험을 수행하였으며, 다짐시험은 다짐에너지별 특성을 파악하기 위하여 다섯 종류의 다짐에너지별로 시험을 수행하여 국내 7개 지역에 대한 실내시험(기초물성시험, 다짐시험)과, 역학적 시험(삼축. 공진주시험)에 대한 D/B를 구축하였다. AASHTO 기준의 구속압에 따른 공진주 시험결과 노상토의 변형률별 G/Gmax의 회귀분석식을 제안하고, 구축된 실험결과 데이터베이스(DB)로부터 기본물성과 다짐도와의 상관관계를 도출하여 역학적 시험결과를 토대로 노상토의 역학적 특성인 탄성계수를 이용한 다짐 관리기법을 제안하였다.

국내의 경우 도로포장설계시 외국의 설계법을 단순히 도입하여 사용하고 있지만 건설재료,기후 및 교통조건 등이 외국과 상이하기 때문에 근본적 인 제한성이 있다. 특히, 국내 포장구조해석에서 아스팔트층 거동특성만을 중요시하는 해석은 포장구조체가 각 층의 영향을 받는 종합적인 거동특성을 보인다는 포장구조체 시스템적인 특성을 고려한다면 많은 문제점을 내포하고 있다. 따라서, 도로포장 설계시 합리적이고 경제적인 설계를 할 수 있도록 포장구조체의 해석 시스템을 구축하여야 한다. 본 연구에서는 비선형성이 포장체에 미치는 영향을 알아보기 위한 수치해석의 기본작업으로 다층구조상태인 포장체의 거동해석에 영향을 미치는 두께와 탄성계수 조합으로 구성된 243개의 표준단면과 하중종류에 따른 영향을 분석하여 응력의 변화분포가 큰 경우를 해석단면으로 결정하였다. 분석결과 탄성계수보다 층 두께의 영향이 더 큼을 알 수 있었다. 또한. 하중의 경우 원형등 분포하중인 정적하중과 FWD 시험하중을 비교한 결과 FWD 시험하중의 응력분포가 더 큼을 알 수 있었다. 결정된 해석단면을 이용하여 포장하부의 재료적 특성을 대변하는 비선형탄성모델을 각 층별로 적용시켜 기존의 선형탄성모델을 이용한 해석결과와 비교 분석한 결과 포장하부시스템 중 보조기층에서는 지반내 응력상태를 반영할 수 있는 비선형모델을 고려해야 하는 것이 보다 합리적임을 알 수 있었다.

지금까지 1940년대부터 최근까지 건설된 미국의 시험도로에 대한 목적과 주요특징 등에 대해 알아보았다. 과거와 다르게 최근 건설된 시험도로들은 크게 도로 본선 옆에 시공한 시험도로의 형태와 시험 주로 형식의 루프구간으로 이루어져 있음을 알 수 있었다. 이는 시험주로에서는 포장재료 영향 평가를 목적으로, 시험도로에서는 포장층의 구조적 영향을 파악하기 위한 것으로 판단된다. 표 4는 최근 미국에서 건설된 시험도로를 간략하게 요약한 것이다.