PURPOSES : The purpose of this study is to investigate the optimal joint positions which can minimize distresses of concrete pavement containing box culvert with horizontally skewed angles. METHODS : The concrete pavement containing the box culvert with different skewed angles and soil cover depths was modeled by 3 dimensional finite element method. The contact boundary condition was used between concrete and soil structures in addition to the nonlinear material property of soil in the finite element model. A dynamic analysis was performed by applying the self weight of pavement, negative temperature gradient of slab, and moving vehicle load simultaneously. RESULTS : In case of zero skewed angle (0˚), the maximum tensile stress of slab was the lowest when the joint was positioned directly over side of box culvert. In case there was a skewed angle, the maximum tensile stress of slab was the lowest when the joint passed the intersection between side of the box culvert and longitudinal centerline of slab. The magnitude of the maximum tensile stress converged to a constant value regardless the joint position from 3m of soil cover depth at all of the horizontally skewed angles. CONCLUSIONS : More reasonable and accurate design of the concrete pavement containing the box culvert can be possible based on the research results.

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.

콘크리트 슬래브는 온도 및 수분의 영향을 받아 체적이 변화된다. 이때 슬래브와 보조기층 간의 마찰저항이 슬래브 체적변화를 구속하여 인장응력이 발생되고 경우에 따라 균열이 유발되기도 한다. 따라서 연구자들은 Push-off 실험을 실시하여 슬래브와 보조기층간의 마찰특성을 파악하려고 노력해 왔다. 최근에는 마찰특성에 의한 콘크리트 포장의 거동을 유한요소법으로 해석하려는 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 국내 콘크리트 포장에 주로 사용되는 린콘크리트, 쇄석, 아스팔트 보조기층에 대하여 실시된 마찰실험 결과를 바탕으로 슬래브와 보조기층 간 마찰특성을 조사하였다. 비선형의 마찰저항과 변위의 관계를 이중선형화하는 에너지 방법이 제시되었다. 마찰실험을 3차원 유한요소 프로그램 ABAQUS로 모형화하였으며 해석결과를 실험결과와 비교하여 모형을 검증하였다. 비선형과 이중선형 마찰저항-변위 관계를 각각 입력값으로 사용하여 얻은 해석결과를 비교하여 에너지 방법으로 개발된 이중선형 모형의 타당성을 검증하였다. 일반적인 국내 콘크리트 포장을 ABAQUS와 EverFE로 모형화하고 해석결과를 비교하여 이중선형 모형의 적용성을 평가하였다.

본 연구는 조립식 콘크리트 포장 공법을 이용한 급속 도로 포장 보수 방법의 적용성을 분석하기 위하여 시험시공을 수행하고, 슬래브 접합 방식의 효과를 분석하기 위해 수행되었다. 시험시공은 줄눈콘크리트포장의 4개 슬래브를 교체하는 것으로 하였다. 시험시공을 위해 프리캐스트 슬래브를 설계하고 제작한 후, 기존 슬래브를 커팅하여 제거한 후 이 곳에 제작한 슬래브를 안착시켰다. 그 후 평탄성을 조절한 후 포켓 및 홀 부분과 슬래브 하부의 공간을 그라우팅 함으로써 시공을 신속 용이하게 수행할 수 있었다. 시험 시공을 수행하며 보수용 프리캐스트 포장의 설계 및 시공과 관련된 세부 사항을 면밀히 분석하였다. 또한 슬래브 간의 연결을 위한 방식으로 포켓과 홀 접합 방식을 모두 적용해 보았으며 실험을 통해 두 접합 방식에서의 슬래브의 컬링 거동을 비교하였다. 연구 결과 두 방식 모두 적용성이 우수했으나, 홀 접합 방식이 보다 적절한 것으로 파악되었다.

본 연구는 포스트텐션 콘크리트 포장(PTCP: Post-Tensioned Concrete Pavement) 공법의 Gap Slab 설계 방안을 구축하기 위하여 수행되었다. Gap Slab은 특징에 따라 Unbonded, Half Bonded, Bonded 방식으로 구분하여 고려하였다. 먼저 각 Gap Slab 방식에 따라 환경하중이 작용할 때 슬래브의 컬링에 의해 발생하는 인장응력을 산정하였으며, 차륜하중에 의한 응력은 단축과 복축 하중을 모두 고려하여 산정하였다. 환경 및 차륜하중에 의해 발생하는 혼합 최대 인장응력을 구하여 허용인장응력과의 비교를 통하여 Gap Slab에 도입하는 긴장량을 산정하는 방법을 제시하였다. Unbonded 방식은 Gap Slab 만을 고려하여 응력 분포를 분석함으로써 긴장량을 설계할 수 있으나, Half Bonded 및 Bonded 방식은 PTCP의 전체 슬래브의 거동을 분석함으로써 적절한 설계가 가능하며 이에 대한 방법론을 제시하였다.

본 연구는 포스트텐션 콘크리트 포장(PTCP: Post-Tensioned Concrete Pavement)의 슬래브 두께가 긴장 설계에 미치는 영향을 분석하여 PTCP에서 최적의 슬래브 두께를 선정하기 위하여 수행되었다. 먼저 슬래브 두께에 따른 차륜과 환경하중에 의한 인장응력을 유한요소해석 모델을 이용하여 구하였으며 허용 휨강도를 선정하여 긴장 응력을 산출하였다. 슬래브의 컬링을 야기하는 환경하중은 두께에 따라 동일한 온도구배 및 동일한 상하부 온도차의 두 가지 가정을 모두 고려하였다. 그리고 프리스트레싱을 위한 강선 긴장 시 긴장량의 손실을 고려하여 슬래브 두께 별로 긴장 설계를 수행하였다. 이러한 설계 결과를 비교 분석해 보면 일반적으로 슬래브 두께가 증가하면 강선의 개수도 따라서 증가되기 때문에 콘크리트와 강재 비용 모두가 증가하게 되어 비경제적인 설계가 된다. 환경하중의 영향이 미약하여 두께가 증가할 때 강선의 개수가 줄어드는 경우에도 두께 증가에 의한 비용이 강재 절감에 따른 비용보다 더 커지므로 두께가 증가할수록 경제적이지 못하다. 따라서 일반적으로 PTCP에서 슬래브 두께는 시공이 가능한 정도에서 최소로 유지하는 것이 타당하다고 할 수 있다.

본 연구는 장스팬 콘크리트 포장 슬래브가 환경하중을 받아 컬링 거동을 할 때의 특성을 분석하기 위하여 수행되었다. 먼저 장스팬 포장 슬래브의 유한요소해석 모델을 구성하여 컬링 시 응력분포 특성 및 슬래브 길이, 두께, 하부지지층 강성, 슬래브 단부 구속 등이 컬링 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 실제 시공된 장스팬 포장 슬래브를 이용하여 현장에서 환경하중에 의한 거동을 측정함으로써 컬링 거동 특성을 실험적으로도 분석하였다. 연구 결과, 장스팬 포장 슬래브는 단부에서 부터 슬래브 중앙을 따라 어느 정도 안쪽으로 들어오면 컬링에 의한 수직변위가 발생하지 않으며 응력은 이곳에서부터 일정하게 최대치를 보이게 된다. 장스팬 포장 슬래브의 길이 및 하부지지층의 강성은 최대 컬링 응력에 영향을 미치지 않았으며, 슬래브 단부의 구속은 컬링 응력이 단부까지 발생하게 하지만 최대 컬링 응력의 크기에는 거의 영향을 미치지 않았다.

줄눈 콘크리트포장(JCP-Jointed Concrete Pavement)의 경우 포장단면 온 습도차에 의해 슬래브 내의 컬링이 발생하게 된다. 컬링에 의해서 발생하는 슬래브의 휨 형상 및 크기는 포장내 응력 및 평탄성에 영향을 미치기 때문에 포장의 구조적, 기능적 성능에 중요한 영향을 줄 수 있다. 슬래브의 휨 형상을 직접 측정하는 것은 시공초기에 포장내에 다량의 계측기를 매설하여야 하며, 시공초기부터 거동의 정교한 측정이 필요하고 고가의 실험비용 및 기술적 인 어려움을 갖고 있다. 본 연구에서는 현장에서 손쉽게 획득할 수 있는 프로파일 데이터(Profile Data)에 파워 스펙트럼 분석(Power Spectrum Density Analysis) 및 역 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform) 기법 등을 적용하여 임의의 시간에서 줄눈 콘크리트포장의 슬래브 휨 형상을 측정하는 방법을 개발하였다. 개발한 기법의 실효성을 검증하기 위하여 국내 중부내륙에 위치한 시험도로 줄눈 콘크리트 포장에서 시간대별 프로파일을 측정하고 이 데이터로부터 슬래브 휨 형상을 도출하여 그 결과를 검토하였다. 또한 동 시간대의 연속철근 콘크리트포장(CRCP- Continuous Reinforced concrete Pavement) 구간에서의 프로파일 데이터를 분석하고 이를 줄눈 콘크리트포장에서의 결과와 비교하여 개발한 슬래브 휨 형상 추출기법의 타당성을 검증하였다.

본 연구는 2003년도부터 2007년도까지의 고속도로 포장관리시스템 운영에 의한 포장상태 측정자료를 이용하여 고속도로 교량부 평탄성 불량 구간과 그 원인을 조사 분석하여 도로교량 구간 평탄성을 향상시킬 수 있도록 관리체계를 개선하고 교량평탄성 불량구간이 효과적으로 유지보수 될 수 있도록 하는데 중점을 두었다. 고속도로 포장유지관리 시스템으로부터 추출한 데이터 분석과 이에 대한 현장 검증 결과, 교량구간의 평탄성이 토공부에 비해 상당히 좋지 않은 것으로 분석되었다. 그 원인과 개선방안에 대해 살펴보면, 교량구간의 평탄성 불량 원인은 교면포장(접속부 포함)의 조기손상뿐만 아니라 뒷채움부 침하에 의한 접속부 포장의 단차가 주요 원인인 것으로 분석되었다. 이에 따라 교량구간은 현재 정기적으로 시행하고 있는 조사장비에 의한 포장상태 측정과 병행하여 뒷채움부 침하가 원인인 단차를 측정하여 교량구간의 평탄성 불량지점을 효과적으로 개선할 수 있도록 조사 및 평가체계를 수립하였다.

현재의 도로포장 건설기준 및 시방은 자재 및 시공방법 중심으로 되어 있으며 이러한 시방을 따라 시공된 도로포장은 단기적으로 성능을 판단할 수 있는 근거가 미비하며 또한 장기적인 도로포장의 성능을 고려하지 않기 때문에 고성능 고내구성이 요구되는 도로포장의 건설을 확신해 주지 못하고 있는 실정이다. 따라서 도로포장 건설분야에 성능중심의 건설기술 기준을 개발하여 적용하기 위한 과정으로 공용성을 기반으로 하는 지불규정을 개발하는 연구가 진행중에 있으며 본 논문은 콘크리트 포장의 설계 및 시공에 있어서 가장 중요시되는 인자인 콘크리트 슬래브의 두께에 손실이 생겼을 경우에 적용할 지불규정 개발을 위해 기초적으로 수행한 연구 내용에 대하여 기술하였다. 먼저 외국의 슬래브 두께에 대한 지불규정 적용에 대하여 분석을 하여 문제점을 파악하였으며, 공용성에 기반을 둔 두께 손실에 대한 지불규정 개념을 개발하기 위하여 AASHTO피로파손 공식 및 슬래브 두께와 응력과의 상관관계와 응력레벨과 콘크리트 포장 수명과의 상관관계를 이용하는 방법을 제시하였다. 그리고 기존 콘크리트 포장의 두께를 측정하여 위치에 따른 시공 시 슬래브 두께의 편차를 파악하였으며 코어를 이용하여 두께를 측정할 때 두께 측정방법 및 사람에 따른 측정편차에 대한 분석을 수행하여 지불규정에서 두께손실 범위를 결정할 수 있는 방법을 제시하였다.

본 연구는 프리캐스트 콘크리트 포장 시공을 위하여 공장에서 미리 제작된 콘크리트 슬래브를 리프팅을 할 때 리프팅 위치에 따른 슬래브의 응력변화를 기준으로 슬래브의 손상을 최소화할 수 있는 가장 안전한 최적 리프팅 지점을 선정하기 위하여 수행되었다. 리프팅 시 슬래브의 응력분포를 분석하기 위하여 유한요소법을 이용한 모델을 사용하였으며 슬래브 규격은 시험시공에서 사용한 크기를 적용하였다. 리프팅은 항상 슬래브의 수직방향으로 수행하지는 않기 때문에 수직으로 리프팅 하였을 때와 60˚, 30˚로 경사각을 주어 리프팅 하였을 때의 응력변화 특성을 분석하였다. 또한 리프팅 지점은 항상 슬래브의 중간 깊이인 중립축의 위치가 아니기 때문에 중립축으로부터 7.5cm. 15cm만큼 수직편심을 주어 리프팅하였을 때의 응력변화 특성도 분석하였다. 그리고 실제 시공 시 지점부분에 보강을 하는 것을 염두하여 지점부 응력집중현상을 무시한 경우와 보강이 없을 경우의 응력집중현상을 고려한 경우로 나누어 분석하였다. 이러한 해석을 통해 리프팅 경사각과 편심에 따른 최적 리프팅 위치를 선정하였으며 미국의 PCI기준과도 비교 분석하였다.