도로포장의 구조적 상태를 평가하기 위하여 FWD(Falling weight deflectometer) 시험이 널리 사용되고 있다. FWD 시험은 자유낙하 하는 추에 의하여 포장표면에 발생하는 처짐량을 측정하는 것으로, 이 표 면처짐량으로부터 포장체 각 층의 탄성계수를 역해석하여 추정한다. 역해석시 포장체의 두께는 코어채취를 통하여 측정한 실측값을 사용하거나 설계값을 사용한다. 실제 도로에서 포장체의 두께는 시공상태, 보수이력 등 다양한 원인에 따라 설계 두께와 상이하고, 두께 측정을 위해 코어를 매번 채취하는 것도 현실적으로 거의 불가능하다. 따라서 역해석시 정확한 포장층 두께를 고려하기가 어려운 실정이다. 이러한 부정확한 포장층 두께로 인하여 역산된 탄성계수의 신뢰성이 저하되고, 포장체 구조해석 및 공용수명 예측에 큰 오류가 발생할 수 있다. 포장체의 층두께를 현장에서 빠르고 정확하게 측정하기 위하여 지표투과레이더 (Ground penetrating radar, GPR)가 사용되고 있다. GPR 시험은 지표면으로 송출된 전자기파가 반사, 회절, 산란된 후 돌아오는 시간과 형상을 기초하여 층구조 및 매설물의 위치 등을 탐지할 수 있는 비파괴 시험이다. 본 연구에서는 최근 건설기술연구원의 일반국도 포장관리시스템(Pavement management system, PMS)에 도입된 접촉식(Ground-coupled) GPR을 이용하여 아스팔트 포장의 층두께를 측정하는 방법을 소개하고, 정확한 층두께가 역산된 포장체의 탄성계수의 신뢰성에 미치는 영향을 분석하였다. 조사의 효율성과 공간적 데이터의 신뢰성을 향상시키기 위하여 접촉식 GPR 안테나를 기존 FWD 장비 하부에 설치하였다. 그림 1은 GPR 시험으로 측정한 데이터로 한 지점에서의 시간이력 데이터(A-scan)와 거리 에 따라 연속적으로 나타낸 데이터(B-scan)를 나타낸다. 그림 1b에 나타난 바와 같이 포장층의 두께가 거리에 따라 달라지는 것을 알 수 있다. 이러한 실제 층두께를 역해석에 고려하여 추정된 탄성계수와 가정된 층두께를 고려한 탄성계수를 비교하여 신뢰성 분석을 하였다.

국내 비행장은 민간전용 비행장 7개와 공군전용 비행장 6개, 민과 군이 공동으로 운영하고 있는 8개 등 약 20개의 주요 비행장(소규모 비행장은 제외)이 운영되고 있다. 그리고 대한민국공군과 한국공항공사에서는 정기적으로 포장평가를 실시하여 포장의 잔존수명 및 항공기가 이착륙할 수 있는 허용하중을 결정하는 포장분류등급(PCN)을 결정하고 있으며, 이는 안전한 비행장 포장유지관리에 중요한 부분이다. 이러한 비행장 콘크리트포장시 탄성계수는 코아채취 후 실내실험을 통한 정적탄성계수를 적용함이 가장 정확한 포장물성치를 적용하는 방법이지만 코아채취 및 실내실험(공항별 약300여개소)으로 포장의 손상 및 시간적, 경제적으로 비효율적이다. 따라서 현재 세계적인 추세인 비파괴조사장비(HWD를 이용하여 처짐량을 측정한 후 역산프로그램을 이용하여 동적탄성계수를 추정하고 결과값을 포장평가 분석에 적용하고 있다. 이러한 동적탄성계수 추정방법은 신속하게 시행될 수 있으나 완전한 선형적인 탄성으로 거동하지 않아 정 적탄성계수와 차이가 발생하게 되며, 이는 결국 포장잔존수명 및 항공기허용하중 분석결과에 영향을 미치게 된다. 따라서 7개 비행장 73개소 슬래브중앙에서 HWD 조사시험을 실시하고 동일 지점에서 코아를 채취하여 동적탄성계수를 역산프로그램을 이용하여 추정하고 정적탄성계수 시험을 실시하였다. 그리고 비행장 콘크리트포장 동적탄성계수 추정에 일반적으로 사용되고 있는 역산프로그램들의 결과 값을 비교분석하였고 상관관계 분석을 통해 보정계수 산출연구를 실시하였다. 현장실험을 통하여 분석한 결과, 최근에 미국 FAA에서 개발된 BAKFAA, 미공병단에서 개발된 WESDEF, 공군에서 주로사용하고 있는 ELMOD, Westergard 식 중에서 BAKFAA프로그램과 Westergard 식이 WESDEF과 ELMOD에 비해 정적탄성계수에 근접하게 탄성계수가 추정되었으며 WESDEF과 ELMOD 결과값은 비슷한 경향을 나타내고 상대적으로 높게 추정되었다. 상관관계분석 결과도 BAKFAA프로그램 과 Westergard 식이 WESDEF과 ELMOD에 비해 높게 분석되었다.

본 논문에서는 반강접을 고려한 프레임 구조에서 강재 탄성계수의 불확실성이 프레임 구조의 비선형거동에 미치는 영향을 분석하였다. 강재 탄성계수의 불확실성의 확률분포는 정규분포로 모델링 하였으며, 이러한 확률적 물성치를 반강접 프레임의 비선형 거동에 적용할 수 있는 해석 프로그램을 개발하였다. 프레임의 비선형 거동 인수인 기하학적 비선형, 재료적 비선형, 그리고 접합부의 반강접에 의한 비선형 효과를 고려하여, Monte Carlo Simulation에 기반한 확률론적 해석을 수행하였다. 확률론적 해석을 위해 확률변수를 세 종류로 생성하여 사용하였다. 확정론적 해석의 결과는 기존의 연구 결과와 잘 일치하는 결과를 보였다. 확률론적 해석의 경우, 변위의 분산계수는 구조에 작용하는 하중이 증가함에 따라 증가하는 결과를 나타냈으며, 그 값은 프레임구조의 구조적 특성에 영향을 받는 것으로 나타났다.

1986년 AASHTO 설계법에서 회복탄성계수를 이용한 다짐관리 기법이 제안된 이후, 국내외에서 경험적 설계법에서 역학적-경험적 설계법으로 전환되고 있다. 10여년의 연구결과 노상 다짐관리는 기존의 다짐도와 평판재하시험에서 평판재하시험 및 소형 충격 재하시험, 동적 콘 관입시험으로 전환되어질 예정이다. 본 연구에서는 노상 재료의 물성치와 구조해석을 통해 한국형 도로포장 설계법에서 제시된 회복탄성계수 예측식을 검증하였으며, 실제 평판재하시험, 소형충격재하시험, 동적 콘 관입시험등의 현장시험을 통해 경험적 모델로 추정된 회복탄성계수와 현장 탄성계수 측정값간의 상관관계식들을 개발하였다. 또한 제안된 상관관계를 이용하여 현장시험을 통한 노상의 다짐관리방안을 제안하였다.

비탄성요구스펙트럼의 형상은 구조물의 내진성능평가 결과에 많은 영향을 미친다. 비탄성요구스펙트럼은 강도감소계수를 적용하여 탄성응답스펙트럼을 비례축소시킴으로써 얻어질 수 있다. 이 연구는 기존에 많은 연구자들이 제안한 강도감소계수의 공식을 조사하였다. 이 논문에는 과거에 제안된 공식에 따라 작성된 강도감소계수 곡선과 비탄성요구스펙트럼 곡선의 형상 및 특성을 비교하고 있다. 조사된 공식으로 작성된 강도감소계수 곡선의 평균곡선을 구하고, 회귀분석을 통하여 평균 곡선의 공식을 유도하였다. 비교 연구를 통하여, 새롭게 제안된 강도감소계수 공식에 따라 작성된 비탄성요구스펙트럼의 형상은 기존에 제안된 공식으로 생성한 비탄성요구스펙트럼의 평균곡선과 일치함을 확인하였다.

국내에서 일반적으로 보조기층재료로 사용되고 있는 보조기층 다짐재료의 역학적 특성을 반영한 실내 회복탄성계수는 역학적-경험적 포장설계법에서 적용하는 설계 인자이다. 따라서, 역학적-경험적 포장설계법의 보조기층 현장에서 실시하여야 하는 다짐관리는 다짐 후 측정된 현장 탄성계수가 설계에 적용된 실내 회복탄성계수를 만족하는지 여부를 확인하여야 할 것이다. 이를 위하여 본 연구에서는 기존 다짐관리 시험인 들밀도 시험과 평판재하시험(PBT)의 시험결과와 현장탄성계수와의 상관성을 분석하였고, 현장에서 탄성계수를 측정할 수 있는 소형 충격 재하시험(LFWD)을 통한 현장탄성계수와 실내 회복탄성계수와의 상관관계식과 시험간격을 제안하였다. 또한 제안된 상관관계를 이용하여 현장시험을 통한 보조기층의 다짐관리방안을 제안하였다.

재활용된 암버력-토사의 회복탄성계수 예측모델이 개발되었다. 반복삼축시험을 통한 회복탄성계수의 전통적 평가방법은 큰 입경을 가진 자갈에는 실현 불가능하다. 미세한 차이가 있는 비선형 전단탄성계수를 이용하여 회복탄성계수를 산출하는 대체기법을 제안하였다. 현장에서 측정한 최대전단탄성계수와 대형공진주 시험으로 구한 감소곡선을 이용하여 회복탄성계수 예측모델을 개발하였다. 이 예측모델을 김천의 고속도로공사현장에서 재활용한 암버력-토사에 적용하여 모델인자 AE, nE, εr, α를 각각 9618, 0.47, 0.0135, 0.8로 제안하였다.

노상토의 동상 가능성이 없는 경우 동상방지층을 생략한다. 이러한 조건에서 노상토의 동결 융해가 발생하면, 동상이 없는 상태에서 탄성계수 변화를 수반하고, 포장설계에서 이를 합당하게 고려해야 한다. 동결 융해 과정의 연속적인 탄성계수 변화를 효과적으로 규명하고자 비파괴시험인 충격공진시험(IR, Impact Resonance)을 도입하였다. 동결 융해 과정에서 수분의 공급이 차단된 폐쇄형 동결조건에서 노상토의 탄성계수는 동결 융해 반복횟수에 무관하게 일정한 값으로 나타났다. 또한 시험에 적용한 모든 함수비 및 다짐도 조건에서 동결전의 탄성계수와 동결 융해 후의 탄성계수는 변화가 거의 없이 일정한 값으로 나타났다. 즉 폐쇄형 동결 융해 조건에서는 노상토의 융해 강성도 감소(thaw-weakening)가 발생하지 않았다. 동결시 탄성계수는 다짐도 및 함수비에 따라서 변화하였으나, 포장설계 관점에서는 무시 가능한 수준으로 나타났다.