PURPOSES: The objective of this study is to analyze and evaluate the behavior of orthotropic steel bridge deck pavement using three-dimensional finite element analysis and full-scale wheel load testing. METHODS: Since the layer thickness and material properties used in the bridge deck pavement are different from its condition, it is very difficult to measure and access the behavior of bridge deck pavement in the field. To solve this problem, the full-scale wheel load testing was conducted on the PSMA/Mastic bridge deck pavement and the deflection of bridge deck and horizontal tensile strain on top of pavement were measured under the loading condition. Three-dimensional finite element analysis was conducted to predict the behavior of bridge deck pavement and the predicted deflection and tensile strain values are compared with measured values from the wheel loading testing. RESULTS: Test results showed that the predicted deflections are 10% lower than measured ones and the error between predicted and measured horizontal tensile strain values is less than 2% in the critical location. CONCLUSIONS: The fact indicates that the proposed the analysis is found to be accurate for estimating the behavior of bridge deck pavements.

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.

본 논문은 하중재하시 강상판교의 방수층과 교면포장에서 발생하는 거동을 유한요소해석을 통하여 분석하였다. 포장표면에 연직방향으로 작용하는 차량하중과 수평방향으로 작용하는 차량의 제동하중의 크기에 따른 포장체와 방수시트에 발생되는 응력을 산정하였다. 그리고 강상판 두께 및 강성. 포장층 두께, 차량제동하중, 온도 등의 변수가 포장체의 응력변화에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 분석하였다. 방수층의 전단응력은 강상판의 두께가 얇아지고 강성이 감소할수록 증가하였으며, 강상판의 두께가 150mm이상의 경우와 탄성계수가 2×105MPa이상의 경우에는 그 영향이 미비하였다 또한 교면 포장의 두께가 얇아지고 온도가 낮아질수록 방수층의 전단응력이 증가하였다. 포장체 하부에서 발생하는 인장변형률은 고온에서 최대가 되었으며 두께가 증가할수록 감소하였다.

강바닥판 포장에 사용될 수 있는 특수아스팔트 중의 하나인 구스아스팔트는 의 고온 상태에서 시공되기 때문에 강바닥판에 예상하지 못한 열응력 및 열변형을 발생시킬 수 있다. 따라서 구스아스팔트의 타설 중에 강바닥판에 미치는 열영향을 시공조건을 고려하여 사전에 평가하고 그 영향의 최소화를 위해서는 열전달 및 열응력 수치해석을 실시하여야 하지만 구조해석에서 주로 사용되는 평판/보요소의 특성상 3차원 구조해석 모델에서 구현하기가 매우 어렵다. 본 연구에서는 강바닥판 교량의 열영향해석을 위하여 일반적인 구조해석모델에 직접 적용할 수 있는 등가열원(EHS) 산정방법을 제안하였다. 강바닥판 교량의 구스아스팔트에 의한 열영향을 정확히 평가하기 위하여 (1) 기존의 실험결과를 이용하여 열전달해석에 필요한 물리량을 검증하고, (2) 정밀해석을 통해 3차원 교량모델에 적합한 등가열원을 산정하였으며, (3) 이를 해석모델에 적용하여 산정한 등가열원에 의한 수치해석방법의 타당성을 검증하였다. 본 연구에서 제안된 등가열원은 실제 강교량의 3차원 열전달 및 열응력 해석에 즉각 활용될 수 있으며, 등가열원산정기법은 용접잔류응력해석, 교량의 화재 해석 등 열영향을 받는 다른 공학적 해석에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

방수시스템(WPS)의 성능은 재료 인자들의 복잡한 상호작용, 설계상세, 그리고 시공의 질에 따라 영향을 받고, 주로 인장접착강도(TAS)로 측정되는 교면과의 접착성에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구는 현재 국내에 유통되고 있는 교면방수재 8종의 WPS의 성능을 아스팔트 포장층 혼합물의 종류, 시공시 혼합물의 온도, 포장층의 두께, 반복주행시험에 따른 접착특성을 중심으로 인장접착특성을 비교하였다. 또한 TAS 시험 후 계면에서의 탈리상태를 조사하였다. WPS에 대한 TAS 시험결과 SMA 혼합물이 밀입도 혼합물 보다 TAS가 크게 나타나 아스팔트 혼합물 종류에 따라서 차이가 났다. 시트식 방수재는 아스팔트 혼합물의 종류에 상관없이 시공온도가 높은 것이 접착력이 더 크게 나타났으나 도막식에서는 방수재 계열별로 다소 차이가 있고 시트식과 같지 않은 것으로 나타났다. 포장층 두께에 따른 영향은 방수재 종류에 상관없이 대동소이한 것으로 나타났다. 반복주행시험에 따라서 시트식에서의 접착력은 하중 재하지점>하중재하 않은 곳>하중 재하지점 옆 부근의 순서로 나타났고, 도막식에서는 방수재 종류에 따라 다르게 나타났다. 또한 방수재의 종류 및 특성에 따라 방수시스템 계면에서의 탈리상태가 다르다는 것을 알 수 있었다.