PURPOSES : This study aims to evaluate the vertical displacement caused by differential drying shrinkage in concrete pavements within tunnels under various independent variables using structural analysis. METHODS : The behavior of differential drying shrinkage was assessed based on literature reviews of slab thickness and atmospheric humidity. The equivalent linear temperature difference (ELTD) values were analyzed using regression analysis. A three-dimensional solid element model of a two-lane highway tunnel section with six slabs was created using the ABAQUS finite element program by referring to standard drawings. Dowels and tie bars were placed in accordance with the highway standards of the Korean Highway Corporation. RESULTS : The results of a finite element analysis revealed no significant difference in vertical displacement owing to the type of slab base. However, thicker slabs exhibited a smaller vertical displacement. Additional dowels installed at the shoulder of the driving lane did not significantly inhibit vertical displacement. A narrower joint spacing resulted in a smaller vertical displacement. A comparison with field data from Tunnel A showed that the amount of differential drying shrinkage varied with the relative humidity of the atmosphere during different seasons. CONCLUSIONS : Increasing the slab thickness and reducing the joint spacing can improve driving performance by mitigating differential drying shrinkage during dry winter conditions. Future research will involve the creation of indoor test specimens to further analyze the behavior of differential drying shrinkage under varying conditions of relative humidity, slab base moisture, and wind presence.

본 연구에서는 연속철근 콘크리트 포장(CRCP) 본선차로에 줄눈 콘크리트 포장(JCP) 길어깨가 적용되었을 경우에 타이바와 슬래브에 작용하는 응력을 완화시키고자 창녕밀양 고속도로 건설사업단 1공구에 타이바 규격 및 배치에 따른 3가지 경우를 구성하여 시험시공 을 실시하였다. 각 경우마다 타이바에 철근 변형률계를 설치하고 길어깨 포장에 콘크리트 변형률계를 설치하여 거동 분석을 수행하였 다. 분석 결과, 모든 경우에서 타이바와 콘크리트 슬래브의 응력이 강도에 비해 작게 분석되어 공용성에는 문제가 없음을 확인하였다. 향후 주기적인 거동 분석을 통해 최적의 타이바 배치 및 규격을 설계하여 콘크리트 포장의 공용성을 향상시키고자 한다.

현재 국내 고속도로는 과거 대비 새로운 재료 개발 및 공법이 적용되고 있으나, 설계법은 과거 10년 대비 큰 변화가 없어서 실무에 서 적지 않은 어려움을 호소하고 있다. 2011년 개발 완료되어 실용화된 “한국형 포장설계법(KPRP, Korean Pavement Research Program)”을 통해 포장단면 설계 및 시공에 있어서 공기단축 및 원가절감은 어느 정도 달성했으나, 그 후 후속 연구 및 효율적 유지 관리로 인하여 “변화하는 포장 설계 트랜드” 반영이 미흡한 현실이다. 최근 고속도로 포장은 “효율적 포장”이 아닌 “장수명 포장”으로 그 설계, 시공 및 유지관리 패러다임에 변화를 주는 추세로, 이에 상응하는 포장설계 플랫폼 개발이 필요한 상황이다. 본 연구는 EXPD-JCP의 개선 방향으로 매뉴얼에서 제시한 전이함수와 기존 KPRP 소스코드 내 전이함수를 비교하여 가장 적합한 전이함수를 선정하는 방향으로 진행한다. Spalling의 변수들로는 중차량 비율, 수정동결지수, 쪼갬인장강도, 포장 두께가 있다. IRI 산 정 시 주요한 인자인 Spalling의 계산식을 검토하고 계산식 내의 변수들을 검증한다. 기존 KPRP JCP의 공용성해석 소스코드가“도로 포장 구조 설계 요령(국토교통부, 2015)”과 상이함과 더불어 피로균열과 IRI 둘 다 과소설계의 가능성이 매우 다분하므로 학술용역 발 주기관과 협의하여 확보한 HPMS 데이터를 활용하여 소스코드와“도로포장 구조 설계 요령(국토교통부, 2015)”의 전이함수를 검증하고 보정한 후 안전측의 포장설계가 가능한 전이함수를 선정한다. 데이터 확보가 용이하지 않을 경우 KPRP JCP에 대한 과거의 문헌들을 수집하고 분석하여 JCP의 공용성 전이함수들의 변수와 식을 검토하고 KPRP 소스코드와“도로포장 구조 설계 요령(국토교통부, 2015)” 의 전이함수 식 중 안전측의 포장설계가 가능한 전이함수 식을 선정하여 적용한다.

도로 결빙이란 도로 표면에 형성된 얼음층으로 도로 결빙으로 인한 교통사고의 치사율은 결빙이 원인이 아닌 교통사고의 치사율과 비교하여 1.5배 높은 수치인 2.3으로 나타났다. 현재 국토교통부에서는 결빙사고 취약구간을 선정하고 관리하기 위하여 결빙 취약구간 평가기준표를 제시하였다. 그러나 도로 결빙은 노면 온도와 수분 공급에 따라 형성되며 기온, 구름량, 풍속, 풍향, 상대습도, 강수량 등 의 기상인자들이 복합적으로 작용하여 발생하며, 기존의 평가 기준은 이와 같은 인자들을 충분히 반영하지 못하여 결빙 형성을 예측 하고 평가하는 능력이 부족하다고 판단된다. 따라서 본 연구는 결빙 교통사고 데이터의 통계적인 분석을 통하여 결빙이 형성되는 기 상 조건을 구체화하고 결빙사고 및 결빙 형성을 예측하기 위한 기상학적 기준을 마련하는 것을 목적으로 진행되었다. 2018년 1월 1 일～2024년3월 15일 동안 발생한 결빙 사고와 사고 발생 당시 및 이전 6시간동안의 기상 데이터를 분석 데이터로 사용하였다. 이때, 역거리 가중법, 기온감률 등 공간보간기법을 적용하였다. 이후, 박스도표, 히스토그램, 경험적 누적분포함수 등의 통계분석을 적용하여 결빙사고의 기상 분포 특성을 확인하였다. 최종적으로 결빙사고의 몬테카를로 시뮬레이션을 활용하여 기온 및 습도에 따른 결빙사고 의 발생 확률을 계산하였다. 이와 같은 연구 결과는 결빙 형성을 예측하는 기온 및 습도의 기준점으로 제시할 수 있으며 더 나아가, 추후 결빙사고 예방 및 예보의 기준으로 활용이 가능할 것으로 기대된다.

콘크리트 포장의 평탄성과 내구성은 환경 조건에 크게 영향을 받으며, 슬래브 상하부 간의 온습도 차이는 부등건조수축 및 와핑 (Warping) 현상을 유발하여 포장의 장기 성능 저하를 초래할 수 있다. 이는 주행성 저하, 균열 발생, 유지보수 비용 증가의 원인이 되 며, 특히 터널과 같은 특수 환경에서는 상하부 간의 습도 차이가 더욱 크게 나타나 부등건조수축이 심화될 가능성이 높다. 터널 내부 는 직사광선의 영향을 받지 않지만, 통풍이 잘 이루어져 건조한 환경이 조성되며, 이러한 조건에서는 슬래브 상부에서 수분 손실이 가 속화되고 하부는 습윤 상태를 유지하여 상하부 간의 큰 습도 차이를 발생시킨다. 이는 슬래브의 비균일한 수분 이동을 유발하여 부등 건조수축을 더욱 크게 발생하게 한다. 국내에서는 터널 길이가 500m 이상인 장대 터널에서 콘크리트 포장 적용이 증가하고 있으며, 아스팔트 포장 대비 화재 시 유독가스 발생 위험이 낮다는 이유로 국토교통부에서 콘크리트 포장을 권장하고 있다. 이로 인해 터널 내 콘크리트 포장의 사용이 증가하고 있 으나, 기상환경 변화 및 습도 관리 미흡으로 인해 콘크리트 포장 줄눈부에서의 평탄성 불량 문제가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 문제는 주행성 저하, 도로 이용자의 민원 증가 및 유지보수 비용 상승을 초래하고 있어, 구체적인 원인 분석과 대책 마련이 필요한 실 정이다. 따라서 본 연구는 터널과 같은 특수 환경에서 습도 조건이 콘크리트 슬래브의 부등건조수축에 미치는 영향을 실험적으로 분석하고, 슬래브의 수평 변형률 및 수직 변위를 측정하여 건조 수축에 따른 변형 거동을 정량적으로 평가하고자 하였다. 다양한 습도 조건에서 슬래브의 변형 양상을 비교 분석함으로써, 터널 환경에 적합한 콘크리트 포장 설계 및 유지관리 기준을 제시하고, 콘크리트 포장의 장 기 성능을 개선하기 위한 대책을 마련하고자 한다.

대한민국의 도로망 확장과 복잡화에 따라 터널의 수와 연장이 지속적으로 증가하고 있다. 이와 함께 시멘트콘크리트 포장의 성능과 수명에 미치는 환경 조건의 중요성도 높아지고 있다. 특히, 많은 고속도로 구간이 시멘트콘크리트로 시공되었으며, 기존 연구는 온습 도 차이에 따른 슬래브의 부등건조수축 현상을 주로 다루었다. 슬래브 상하부의 온습도 차이는 일일 및 계절적 주기에 따라 컬링과 와핑을 유발하며, 이러한 현상은 포장의 평탄성과 주행성에 문제를 일으킨다. 그러나, 콘크리트 내부 습도 변화와 이에 따른 장기적인 변형 거동에 대한 연구, 특히 배수가 어려운 터널 환경에서 습도 변화가 콘크리트 슬래브의 변형에 미치는 영향에 대한 이해는 미비 한 실정이다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 터널과 같은 환경에서 하부 습도 조건이 콘크리트 슬래브의 거동에 미치는 영향을 실험적으 로 조사하고자 한다. 실험에서는 서로 다른 하부 수침 조건을 적용하여 콘크리트 시편을 제작하고, 부등건조수축으로 인한 변형률과 수직변위를 측정하였다. 이를 통해 슬래브의 습도 분포와 변형 거동 간의 관계를 파악하고, 장기적인 성능 예측에 필요한 데이터를 확 보할 예정이다. 또한, 유한 요소 해석(FEM)과 데이터 간의 관계 분석을 통해 실험 결과의 신뢰성을 높이고, 향후 터널 포장 설계에 반 영할 수 있는 구체적인 지침을 마련할 것이다.

국내에는 지형적인 조건 또는 그 외의 여러 제약에 따라 줄눈 콘크리트 포장(JCP)을 시공하는 경우가 많았다. JCP는 시공 이후 양생 제로 도포함에도 불구하고 시간이 지남에 따라 부등건조수축이 나타나, 운전자의 승차감과 안정성을 악화시킨다. 이를 해결하기 위해 포장설계 지침을 지속적으로 개정하고 있지만, 부등건조수축으로 인한 민원이 계속 발생하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 JCP의 부등건조수축량에 영향을 줄 수 있는 변수를 설정하여 변수에 따른 거동 차이를 보고자 하였다. 3D 유한요소해 석 프로그램 ABAQUS를 이용하여 유한요소법을 통한 해석을 진행하였고, 모델링은 2차로 6 슬래브를 모형화하였다. JCP의 부등건조 수축량에 영향을 주는 슬래브 깊이별 온도변화가 포장설계에 따라 어떻게 변화하는지 고려하기 위하여, 그에 대한 변수로 하부층 종 류의 영향, 슬래브 두께의 영향, 주행차로 다웰바 추가 설치 유무의 영향, 줄눈 간격의 영향을 설정하였다. 기본적인 모델의 유한요소해석 부등건조수축량 결과와 위에서 설정한 변수를 적용하여 만든 모델에 대한 유한요소해석 부등건조수축 량 결과를 각각 도출하였고, 기본 모델 결과와 변수를 적용한 모델 결과를 비교하여 각각의 인자가 어느 정도의 영향을 미치는지 확 인해 보았다. 영향이 큰 인자들을 선별하여 복합적인 변수에 대한 영향을 보고자 하였고, 복합 변수를 적용한 모델의 유한요소해석 부등건조수축 량 결과와 기본 모델의 유항요소해석 부등건조수축량 결과를 비교하여 그 차이가 어느 정도인지 확인하였다. 이에 따라 앞으로 JCP구 간 부등건조수축에 대한 해결을 위해 중점을 두어야 할 인자를 파악할 수 있었으며, 결과를 현장에 적절하게 적용한다면 도로 주행성 과 안전성을 개선할 수 있을 것으로 판단된다. 유한요소해석 결과에 대한 신뢰도를 부여하기 위해 현장 데이터와도 비교 분석하였고, 계절에 따라 약간의 차이는 있었으나, 평균값 과는 유사하여 본 연구의 구조해석 모형이 다양한 조건에 따른 연직변위 발생함에 있어 비교하는데 유용하다고 판단하였다.

블로우업이 발생하는 구간에 ASR이 발생하고 있지만, 한국도로공사는 재료팽창인 ASR을 고려하지 않고, 콘크리트 팽창량을 계산하 여 팽창줄눈 설치간격을 제시하고 있다. 또한, 블로우업은 일종의 좌굴현상이므로 슬래브 두께에 따라 응력완화줄눈 설치 간격을 제시 할 필요가 있다. 따라서 본연구는 재료팽창과 슬래브 두께를 고려하여 응력완화줄눈 설치 간격을 제시하고자 한다. 팽창량 계산시, 재 료변형률과 지역별 온도와 건조수축을 고려하였으며, 이를 동등한 팽창을 유발하는 온도상승량으로 변환하는 식을 도출하였다. 기준온 도를 정하기 위해 실제 현장데이터를 팽창량 식에 대입하여 온도상승량으로 변환하였으며, 이를 블로우업을 모사한 콘크리트 포장 모 형의 유한요소해석 결과를 이용하여 결과값을 비교하였다. 안전설계를 위해 더 작은 온도 값인 블로우업 구조해석 결과 값 중 안전온 도를 블로우업이 일나는 기준으로 선정하였으며, 안전 온도를 넘지 않은 지역별 슬래브 두께에 따른 최대 응력완화줄눈 설치 간격을 제시했다. 한국도로공사가 제시하고 있는 기준과 비교한 결과, 일부 지역은 한국도로공사에서 제시하고 있는 기준에 만족하지 않았다. ASR 변형률을 고려하여 슬래브 두께에 따라 지역별로 응력완화줄눈 설치 간격을 제시하는 것이 블로우업 파손을 저감하고, 포장의 안정성을 향상시키는데 도움이 될 것이라고 판단된다.

PURPOSES : In this study, a preliminary study on the optimal clustering techniques for the preprocessing of pavement management system (PMS) data was conducted using K-means and mean-shift techniques to improve the correlation between the dependent and independent variables of the pavement performance model. METHODS : The PMS data of Jeju Island was preprocessed using the K-means and mean-shift algorithms. In the case of the K-means method, the elbow method and silhouette score were used to determine the optimal number of clusters (K). Moreover, in the case of the mean-shift method, Scott’s rule of thumb and Silverman’s rule of thumb were used to determine the optimal cluster bandwidth. RESULTS : The optimal cluster sets were selected for the rut depth (RD), annual average daily traffic (AADT), and annual maximum temperature (AMT) for each clustering technique, and their similarities with the original data were investigated. Additionally, the correlation improvement between the dependent and independent variables were investigated by calculating the clustering score (CS). Consequently, the K-means method was selected as the optimal clustering technique for the preprocessing of PMS data. The K-means method improved the correlations of more variables with the dependent variable compared to the mean-shift method. The correlations of the variables related to high temperature—such as the annual temperature change, summer days, and heat wave days—were improved in the case wherein the AMT, a climate factor, was used as an independent variable in the K-means clustering method. CONCLUSIONS : The applicability of the clustering methods to preprocessing of PMS data was identified in this study. Improvements in the pavement performance prediction model developed using traditional statistical methods may be identified by developing a model using clustering techniques in a future study.

PURPOSES : The study aims to establish a comprehensive life cycle assessment model for bridges in South Korea considering domestic carbon emission factors. The main aims are to evaluate the carbon emission of bridge construction, focusing on the Seong-ri Bridge as a case study, and to improve national environmental policies and management strategies. METHODS : We utilized the life cycle assessment (LCA) methodology, adhering to standards set by ISO, to categorize each phase of the bridge's life cycle. The process involved selecting the bridge type based on the compilation of a detailed analysis range. The analysis covered various stages from raw material supply (A1-A3) to construction (A4-A5) and maintenance (B2-B5), excluding certain stages due to data unavailability. Carbon emission factors were then applied to quantify emissions at each stage. RESULTS : The findings indicate that the raw material production phase (A1-A3) contributes to approximately 96% of the total carbon emissions, highlighting its significant impact. We report detailed calculations of emissions using domestically developed emission factors for materials such as steel and concrete and establish a carbon emission per unit length measure for comparative analysis with other infrastructure. CONCLUSIONS : We leveraged LCA ISO standards to analyze each stage of the Seong-ri bridge, calculating its carbon emissions based on domestic factors for CO2, CH4, and N2O. By tailoring the study to Korea-specific emission factors, we develop a greenhouse gas model closely aligned with the nation’s environmental conditions. The results contribute to improving environmental impact assessments and strategically aiding national policy and management decisions.

PURPOSES : This study aims to provide quantitative profile values for the objective evaluation of concrete surface profile (CSP) grades in concrete structures. The main aims are to quantify the CSP grade required for concrete surface pretreatment and proposing a more suitable CSP grade for structural maintenance. METHODS : Initially, the challenges in measuring concrete surface profiles were outlined by analyzing pretreatment work and profile samples of concrete pavements. Theoretical foundations for quantifying concrete surface roughness were established, and regression models including linear regression, cubic regression, and log regression were selected. Additionally, the interquartile range anomaly removal technique was employed to preprocess the data for regression modeling. RESULTS : Concrete CSP profiles were measured through indoor tests, and the measured data were quantified. Linear regression, cubic regression, and log regression models were applied to each CSP grade for comparative analysis of the results. Furthermore, comparative studies were conducted through adhesion strength tests based on the CSP grade. CONCLUSIONS : Our results are expected to establish objective standards for the pretreatment stage of concrete repair and reinforcement. The derived reference values can inform standards for the restoration and reinforcement of concrete structures, thereby contributing to performance improvement. Moreover, our results may serve as primary data for the repair and reinforcement of various concrete structures such as airports, bridges, highways, and buildings.

PURPOSES : The purpose of this study is to statistically analyze the meteorological factors that contribute to the formation of road surface icing based on actual cases of icing accidents and provide directions for improving icing evaluation criteria. METHODS : In this study, we collected cases of domestic road icing accidents by searching news articles with the keyword ‘icing collision accidents’. Subsequently, we determined the latitude, longitude, and altitude of accident locations using satellite map service. We applied the Inverse Distance Weighting (IDW) method and temperature lapse rate to estimate meteorological data at each location. Finally, statistical analysis was conducted for temperature, humidity, and precipitation occurrence using probability density functions. RESULTS : As a result, road icing accident data points with identifiable location coordinates were collected. Among these, temperature, humidity, and precipitation occurrence from Automated Weather Stations (AWS) data were selected for analysis. During the process of correcting meteorological factors using the Inverse Distance Weighting (IDW) method, the optimal Weighting Exponent (p) that minimizes the error was determined and applied. The results showed that accidents occurring in the morning indicated the highest accident occurrence rate. The average temperature at the time of the accidents was -1.4°C, with a humidity level of 85.1%. Precipitation was observed at the time of the accident in 19 cases. CONCLUSIONS : Icing on pavement can occur not only under extreme weather conditions but also under typical meteorological conditions. Typically, icing can occur when the relative humidity is above 70%. Accordingly, for future improvements in the evaluation criteria for icing-prone areas by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, it is possible to incorporate the temperature and humidity ranges that generally lead to icing, taking into account climate characteristics.

PURPOSES : The purpose of this study was to improve the performance of concrete pavements by decreasing measurement deviations using an Internet of Things (IoT)-based air content measurement device. METHODS : We calculated the properties of concrete which varied according to the air content. For a low measurement deviation, the concrete pavement performed according to the design standard. To confirm the difference in the performance of the concrete pavement for various air contents, we verified the change in the relative dynamic modulus according to the number of freeze–thaw cycles for each value of the air content. In addition, we analyzed the number of durability cracks according to the freeze–thaw cycles in the field. RESULTS : We confirmed that IoT-based measurement equipment improved the performance of pavements without changing their mixing designs or specifications. We confirmed that the performance of concrete pavements changed even with variations in air content within the range of quality standards. Using IoT-based air content management, we confirmed the reduction in concrete pavement durability cracks without changing the mixing design. CONCLUSIONS : We confirmed that IoT-based air-content management improved pavement performance. The feasibility of extending this concept to manage other concrete properties such as the chloride content should be acknowledged. Future research will require laboratory tests to understand the variation in concrete properties with varying air contents and to consider diverse load conditions.

PURPOSES : This study aims to understand the effect of defective dowel bar installation on jointed concrete pavement (JCP), which can cause joint freezing, spalling, cracking, and faulting and finally shorten the lifespan of the pavement. METHODS : A comprehensive field survey was undertaken at an expressway construction site in South Korea to assess dowel bar installation conditions. In addition, finite element (FE) analysis was used to simulate JCP behavior with both vertical and horizontal dowel misalignments. Different temperature conditions, including a change of -55 °C and gradient of -0.1 °C/mm, were integrated into the FE model to examine horizontal slab contraction and simultaneous slab curling. RESULTS : The analysis revealed pronounced slab behaviors under specific temperature changes, particularly when combined with dowel misalignments. The simultaneous effects of horizontal contraction and slab curling owing to temperature changes and gradients became more evident in the presence of dowel misalignments. CONCLUSIONS : The results confirmed that dowel bar misalignment considerably affected the behavior of the JCP, thereby emphasizing the importance of the proper installation of dowel bars.