포장강성을 고려한 콘크리트 포장하부 상태 평가모형

정진훈,정호성,염우성,이재훈 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

도로포장의 하부층은 엄격한 다짐관리를 통해 시공되지만, 공용 기간이 경과함에 따라 포장하부의 품질이 저하되어 도로포장의 공용성에 영향을 미친다. 도로의 하부지반은 포장하부 재료 및 현장 여건 등에 따라 압밀침하가 발생하며, 도로포장의 구조 및 재료 등으로 인한 배수불량, 지하수위 상승 등으로 지지력이 저하되거나 공동이 발생한다(박주영 등, 2012). 또한, 최근 지구온난화에 따른 이상기후로 인해 겨울철 한파가 증가하는 추세에 있어(기상청, 2012), 포장하부층은 지반 동상과 관련하여 동결융해가 반복되며 매우 열악한 조건에 있다. 특히, 콘크리트 포장은 콘크리트 슬래브, 린 콘크리트 보조기층과 하부지반의 강성 차이로 인하여 공동 발생에 더욱 취약하고, 여기에 환경 및 교통하중이 재하되면 더욱 가속화되어 포장파손으로 이어지는 등 다양한 문제가 발생한다. 최근 국내에서는 신설도로의 건설 물량이 지속적으로 감소하고, 도로포장의 유지보수 예산은 매년 급증하고 있어 기존 도로포장을 효율적으로 유지관리해야 하는 필요성이 대두되고 있다. 국내의 경우, 포장유지관리시스템(PMS, Pavement Management System)을 도입하여 운영하고 있지만, 포장의 표면파손 정도에 따라 일부 기능적 상태평가만 이루어 지고 있는 실정이다(한국건설기술연구원, 2005). 국외에서는 포장하부의 상태를 평가하기 위해, 미국 AASHTO 93년도 설계지침과 ASTM STP 1375에서 FWD와 같은 포장구조진단기를 이용하여 하중재하시험을 실시하고 재하하중과 처짐량으로 평가하는 방법을 제시하였다. 하지만 이 방법은 포장의 강성이 슬래브 처짐에 영향을 미치는 중요한 요인임에도 고려하지 않는 문제점이 있으며, 온도구배 및 다웰바의 영향이 상대적으로 크고 포장파손에 취약한 슬래브 우각부에서 실시한 시험 결과를 사용하므로 보완이 필요하다 판단된다. 본 논문에서는 AASHTO와 ASTM에 제시된 기존 포장하부 평가기법을 보완하기 위해 미국 LTPP 구간의 현장시험 자료를 수집하였고, AASHTO의 AREA 방법을 사용하여 포장의 강성을 나타내는 상대강성반경 및 지지력 계수를 역산하였다. 또한, 슬래브의 우각부 대신 슬래브 중앙부 시험 결과를 사용하여 포장강성을 고려한 포장하부 상태 평가모형을 수립하였다. 슬래브 중앙부에서 실시한 현장시험을 유한요소방법으로 모사하여 포장하부 상태에 따른 포장강성을 현장시험 결과와 비교·분석하였고, 국내 공용중인 고속도로에서 실시한 현장시험 결과에 대해 포장강성을 고려한 포장하부 평가모형의 적용가능성을 검토하였다.

FWD 진행방향에 따른 콘크리트 포장하부 상태평가

정진훈,염우성,이재훈,손덕수,이기상 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

도로포장의 하부층은 시공당시 엄격한 다짐관리를 통해 시공되지만, 시간이 경과함에 따라 교통하중과 환경하중에 의해 포장하부의 품질이 저하되며 이는 도로포장의 공용성에 영향을 미친다.(박주영 등, 2012). 또한, 최근 지구온난화에 따른 이상기후로 인해 겨울철 한파가 증가하는 추세이며(기상청, 2012), 이는 포장하부층의 지반 동상과 관련하여 동결융해가 반복됨에 따라 포장하부의 지지력이 저하되고 이에 따라 도로포장의 파손이 발생된다. 이러한 악조건 속에서 포장의 파손 빈도는 급증하는 추세이며, 이에 따라 국내에서는 도로의 유지보수 및 관리에 대한 중요성이 대두 있고, 따라서 포장하부의 상태를 체계적으로 관리하고 적절한 유지보수 시기를 결정함으로서 포장의 공용성을 향상시키는 것은 매우 중요하다.포장하부의 상태를 평가하는 기법으로는 FWD(Falling Weight Deflectometer)가 존재하는데, FWD는 포장체에 하중을 재하 하여 발생되는 처짐값을 여러개의 지점에서 측정하여 하중과 처짐값의 상호관계를 이용하여 포장하부 상태를 평가한다. 또한 측정된 값을 AASHTO의 AREA 방법을 사용하여 포장의 강성을 나타내는 상대강성반경과 지지력계수를 역산할 수 있다. 일반적으로 포장하부 상태평가 시 이동식 차량 FWD를 사용하는데 현재는 차량의 진행방향에 대해서만 포장하부 상태평가를 실시하고 있는 실정이다. 하지만 동일 지점을 차량 진행방향의 반대 방향으로 포장하부를 평가할 경우 동일 지점이라 하더라도 처짐값 측정기의 위치가 달라지고, 이에 따라 상대강성반경과 지지력계수의 차이가 FWD의 측정 방향에 따라 발생하게 된다. 하지만 FWD를 양방향으로 분석하는 기법은 없으며 방향에 따른 포장하부상태의 차이가 존재함에도 불구하고 이에 대한 명확한 지침이 또한 없는 상태이다. 따라서 본 논문에서는 FWD의 진행방향에 따른 포장하부 상태를 평가하였다. 이를 위해 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 하중에 따른 처짐값을 양방향에 대해 측정하였고, 측정된 값을 사용하여 방향에 따른 상대강성반경과 지지력계수의 차이를 분석하였다. 또한 포장하부의 지지력계수 변화에 따른 상대강성반경의 변화를 양방향에 대하여 분석하였고, 이어 포장하부에 공동을 모사하여 공동의 크기와 지지력계수의 변화에 따른 상대강성반경의 변화를 분석하였다.

손상도 평가 프로세스를 이용한 RC 슬래브 교량의 공용내하력 평가 방안

이희현,김유희,전준창 대한토목학회 2023 대한토목학회논문집 Vol.43 No.5

이 연구는 국내 공용 중인 교량 형식 중 건설 빈도가 가장 높은 RC 슬래브 교량의 공용내하력을 간단하게 평가할 수 있는 방안에 관한 것이다. 다수의 RC 슬래브 교량이 오랜 공용기간으로 인해 상당한 노후화가 진행된 상태지만, 교량의 규모 상 1, 2종 시설물에 포함되지 않아 그동안 안전관리에 소홀한 측면이 있다. 기존의 이론적 선행연구에서는 실측 처짐 및 실측 고유진동수에 의해 도출된 처짐응답비와 강성저하율의 관계를 이용한 RC 슬래브 교량의 손상도 평가 프로세스(안)이 제시된 바 있다. 이 연구에서는 손상도 평가 프로세스(안)의 적정성을 검토하기 위해 실 교량에 대한 평가 결과를 시설물 안전법의 안전등급 및 Matsui의 노후도 지수와 비교·검토하였다. 또한 손상도 평가 프로세스(안)의 현장적용성을 향상시켜 실측 고유진동수만으로 개략적인 공용내하력을 평가하는 개선된 방안을 제시하였다. 연구결과, 10% 정도의 공용내하력 평가 결과의 오차를 허용하는 경우, 이 연구에서 제시된 방법은 노후화된 RC 슬래브 교량의 안전성 평가 및 유지보수 우선순위 산정 등에 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 판단되었다. This study was conducted to propose a simple method to evaluate the load-carrying capacity of RC slab bridges, which have been most frequently constructed in Korea. A number of RC slab bridges have been considerably deteriorated associate with the long service year. However, since these bridges are not included in the 1st and 2nd class infrastructures due to their short span length, they have been relatively neglected compared to other bridge types in terms of safety management. In the previous theoretical study, a process (draft) was proposed for evaluating the damage of RC slab bridges using the relationship between the displacement response ratio and the stiffness reduction rate derived by the measured displacement and natural frequency. In this paper, to verify the validity of the proposed damage evaluation process (draft), the results to the actual bridges were compared with the safety grade and the Matsui's deterioration index. In addition, to enhance the practical applicability of the existing process (draft), an improved method approximately evaluating the load-carrying capacity using only the measured natural frequency was presented. If an error of 10% of the load-carrying capacity is allowed, it is judged that the proposed damage evaluation process can be appropriately used not only for evaluating the safety of RC slab bridges, but also for determining priorities for their maintenance.

콘크리트 슬래브궤도의 휨강성 평가를 위한 비파괴 탄성파 기법의 개발

조미라(Cho Mi-Ra),조성호(Joh Sung-Ho),이일화(Lee Il-Wha) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 D Vol.28 No.6D

최근 고속전철의 자갈도상에 대한 대안으로 콘크리트 슬래브궤도가 도입되어 고속전철 신규노선에 시공되고 있다. 콘크리트 슬래브궤도는 자갈 상에 비해 내구성, 유지관리 측면에서의 경제성, 열치운행의 안정성 등의 측면에서 우위에 있지만, 우수 및 지하수로 인한 노반강성의 저하, 연약한 원지반의 침하 등으로 인한 슬래브궤도의 처짐은 열차안정성에 치명적인 결함이 된다. 본 연구에서는 슬래브궤도의 처짐 지표로서 슬래브궤도의 휨강성을 설정하고 슬래브궤도의 휨강성을 2차원 영상으로 표현할 수 있는 FRACTAL (Flexural-Rigidity Assessment of Concrete Tracks by Antisymmetric Lamb Waves) 기법이라는 비파괴 탄성파 기법을 제안하였다. 이론적 근거 확보를 위하여 콘크리트 슬래브궤도에서의 탄성파 시험을 수치해석적으로 모사하여 영향인자 연구를 수행하였고, FRACTAL 기법의 적용성 평가를 위하여 실제 고속전철 슬래브궤도에 적용하여 보았다. 그리고 FRACTAL 시험측선과 통일 측선에서 Impulse-Response 기법과 인접지반에서 전기비저항시험을 수행하여, FRACTAL 기법의 신뢰성을 검증하였다. Recently, concrete tracks are introduced into high-speed railroads as an alternative to ballast tracks. Concrete tracks are superior to ballast tracks in the aspect of durability, maintenance and safety. However, deteriorated stiffness of railroad bed and settlement of soft ground induced by trapped or seepage water lead to problems in safety of train operation. In this research, flexural rigidity of concrete tracks was employed as an index of track displacement and a new seismic technique called FRACTAL (Flexural-Rigidity Assessment of Concrete Tracks by Antisymmetric Lamb Waves) method was proposed to delineate flexural rigidity of concrete tracks in a 2-D image. In this paper, to establish theoretical background, parametric research was performed using numerical simulations of stress-wave tests at concrete tracks. Feasibility of the FRACTAL technique was proved at a real concrete track for Korean high-speed trains. Validity of the FRACTAL technique was also verified by comparing the results of impulse-response tests performed at the same measurement array and the results of DC resistivity survey performed at a shoulder nearby the track.

소형동평판재하시험기로 측정한 궤도 겉보기 강성의 자갈궤도 상태평가 지표로서의 적용성 고찰

최영태(Yeong-Tae Choi),황성호(Sung Ho Hwang),장승엽(Seung Yup Jang),박봉식(Bongsik Park),심광섭(Gwang Seop Shim) 한국지반환경공학회 2018 한국지반환경공학회논문집 Vol.19 No.2

자갈궤도는 그 유연성으로 인해 전세계적으로 널리 쓰이고 있다. 그러나 소성 변형이 발생하여 궤도선형오차가 증가하므로 지속적인 유지관리가 필요하며, 최근 통과톤수, 열차중량, 속도 증가 등으로 유지보수 비용과 횟수가 증가하고 있다. 자갈궤도 강성이 거동의 중요 지표로 알려져, 소형동평판시험기(LWD)를 레일과 침목이 체결된 상태에서 실험을 하여 궤도 겉보기 강성을 측정하였다. 예비실험을 통하여 현장시험법을 결정하였고, 측정한 겉보기 강성과 TQI(Track Quality Index), 유지관리지표와의 상관성을 분석한 결과, 평균강성이 증가함에 따라 TQI와 탬핑연장이 지수함수적으로 감소함을 밝혔다. 이로부터 겉보기 강성을 궤도상태지표로써 사용가능함을 제시하였고, 향후 정량적인 유지관리지표를 개발할 수 있을 것으로 기대된다. Ballasted track has been widely used due to its flexibility. However, the plastic deformation of ballasted track causes the evolution of track geometrical errors, and hence it requires continuous maintenance; increase in number of trains, weight, and speed expedites maintenance frequency and cost as well. Ballast stiffness is well-known as an indicator of design and maintenance. In this regard, this paper aims to suggest the method to measure ballast track stiffness using light-weight deflectometer (LWD) and thus verify its applicability as a maintenance measure. Preliminary field tests determined simple field testing protocol to measure track stiffness. The apparent ballast stiffness by LWD shows good corelation with TQI (Track Quality Index) and maintenance length. That is, as average of apparent stiffness increase, TQI and tamping length decrease exponentially. Therefore, apparent stiffness can be used as an index for ballast condition assessment.

철골 끼움가새골조로 보강된 학교건물의 내진성능평가를 위한 비선형 해석 모델에 관한 연구

유석형,고관욱 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.26 No.4

Recently, damage to buildings due to earthquakes in Korea occurred mainly in school buildings and Piloti-type multi-family houses, highlighting the need for seismic retrofit for buildings of the same type. In the early days of the seismic retrofit project for school facilities, various patented methods using dampers as a ductile seismic retrofit method were applied without sufficient verification procedures. However, in 「 School Facility Seismic Performance Evaluation and Retrofit Manual, 2021」, when the patented method is applied, it must be applied through a separate strict verification procedure, and instead, the strength/stiffness retrofit method was induced as a general method. In practice,when evaluating seismic performance for retrofit by infilled steel frame with brace, the analysis model is constructed by directly connecting only the steel brace to the existing RC member. However, if the frame is removed from the analysis model of the infilled steel frame with brace, the force reduction occurring on the existing RC member near the retrofit is considered to be very large, and this is judged to affect the review of whether to retrofit the foundation or not. Therefore, in this study, preliminary analysis with variables such as whether or not steel frame is taken into account and frame link method for the analysis model of RC school building retrofitted by infilled steel frame with brace and nonlinear analysis for actual 3-story school building was performed, and basic data for rational analysis model setting were presented by comparing preliminary analysis and pushover analysis results for each variable. 최근 국내 지진으로 인한 건축물의 피해는 주로 학교건물과 필로티형 다가구 주택에서 발생함으로써 동일한 형식의 건물에 대한 내진보강 필요성을 부각시켰다. 학교시설 내진보강사업은 초기에 연성보강방법으로서 댐퍼를 활용한 다양한 특허공법들이 충분한 검증 절차 없이 적용되었다. 그러나 「학교시설 내진성능평가 및 보강 매뉴얼, 2021」에서는 특허공법 적용시 별도의 엄격한 검증절차를 통하여 적용토록 하고 대신 일반공법으로서 강도/강성보강공법의 활성화를 유도하였다. 학교건물의 강도/강성 보강공법으로서 활발히 적용되고 있는 철골 끼움가새골조보강을 위한 내진선능평가 시 실무에서는 일부 제한된 조건에서 안전측의 내진성능평가 결과를 도출할 것으로 판단하여 기존 RC부재에 철골가새만을 직접연결하여 해석모델을 구성하고 있다. 그러나 철골 끼움가새골조의 해석모델에서 프레임을 제거할 경우 강성감소로 인한 보강 부근의 기존 RC부재에 발생하는 하중감소는 매우 클 것으로 사료되며 이는 보강부위 기초보강 유무 검토에도 영향을 미칠 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 철골 끼움가새골조를 이용하여 저층 RC 학교건물 내진보강 시 성능평가를 위한 해석모델에 대하여 철골 프레임 고려 유무, 프레임 링크방식 등을 변수로 한 예비해석과 실제 3층 학교 건물에 대한 비선형 정적해석에 따른 내진성능평가 를 수행하였으며, 변수별 예비해석 및 푸쉬오버 해석결과를 비교함으로써 합리적인 해석모델 설정을 위한 기초자료를 제시하였다.

손상평가 기법을 이용한 Hi-Form 접합부의 강성평가

장극관,강우주,천영수 한국구조물진단유지관리공학회 2009 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.13 No.2

본 연구에서는 최근 계단공사의 시공성 개선을 위하여 새롭게 제안된 Hi-Form 접합부를 대상으로 동특성 정보를 이용하는 계확정기법을 응용하여 접합부의 강성평가를 수행하였으며 해석 시 동 접합부의 합리적인 모델링기법을 제시하였다. 실험 및 해석결과, 균열패턴 및 하중-변형관계 그리고 손상분포로부터 Hi-Form 접합부는 완전한 응력전달을 위한 강접합으로 간주하기 어려운 것으로 나타났으며, 실험결과에 근거하여 Hi-Form 접합부를 약 50%의 강성감소 요소로 모델링 할 것을 제안하였다. This paper provides the results from evaluating the stiffness of Hi-Form joint by an experiment and the system identification method using the dynamic modal data, and the reasonable modeling method of Hi-Form joint which is proposed for improved stair construction recently. Based on the crack pattern and load-displacement relationship and the damage distribution, it can be judged that Hi-Form joint can't fully transfer the forces between the elements linked, and we propose that the joint is modeled as a element which have a stiffness with 50% decrease.

WAK 테스트기법을 활용한 콘크리트궤도 상태평가 기법

박재학(Jae-Hak Park),Vu Ngo,박성백(Sung-Baek Park),신승훈(Seung-Hun Shin),임유진(Yujin Lim) 한국철도학회 2016 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2016 No.10

철도 인프라 중 궤도는 열차의 주행안전성에 직접적으로 영향을 끼치는 구조물로 열차의 고속화, 중량화 등과 같은 현 추세의 대안으로 콘크리트궤도를 선택하여 적용하고 있다. 그러나, 기존 자갈궤도와 달리 콘크리트궤도 하부에 결함이 발생할 경우 궤도의 사용성 저하 및 이에 대한 유지보수 방안이 제한적이기 때문에 현재와 같은 사후보수의 개념에서 탈피하여 예방보수의 개념으로 궤도의 상태를 지속적으로 평가하고 관리할 필요가 있다. 따라서, 본 논문에서는 하부노반의 강성 및 결함을 측정할 수 있는 WAK 테스트 기법을 적용한 충격재하식 콘크리트궤도 상태평가 방법을 제시하고자 한다. 이를 위해, 콘크리트궤도 하부의 들뜸등과 같은 노반결함을 형상화 한 모형을 제작하고, WAK 테스트에 의한 궤도 노반의 결함평가를 위한 궤도지지강성(ks) 추정가능성을 탐색하였다. Concrete slab track is introduced and adapted recently worldwide for providing stability to railway. However, even though the concrete slab track provides robustness and durability to railway, it is required to monitor the concrete slab track regularly for checking and assessing the condition of the track. In this study, a WAK (Wave Activated Stiffness) test method is proposed that can be used to investigate the condition of concrete slab track with a gap directly under the track by obtaining static track modulus from the test. The WAK test is performed by impacting the concrete slab surface using a sledgehammer. A model test was performed so that a possibility of using the WAK test method as a monitoring technique to check concrete track condition could be confirmed in this study.

PAB 도어 스코링 패턴에 따른 강성 및 외관 평가에 대한 연구

김은학(Eunhak Kim),김무룡(Mooryong Kim),오영기(Youngki Oh),김원섭(Wonseop Kim) 한국자동차공학회 2023 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2023 No.5

The effect of the scoring pattern on the stiffness and appearance of the crash pad airbag door was studied. For the stiffness evaluation, the door stiffness in the user condition and the door opening force in the airbag deployment condition were evaluated. Appearance evaluation was evaluated for emotion in terms of tactile and visual aspects, and analysis of variance was performed to confirm that the scoring pattern and evaluation position were significant factors. In addition, quantitative evaluation was performed by measuring the appearance curvature with DIC equipment, and the results were analyzed for deflection and defect map. A correlation analysis was conducted on these stiffness and appearance evaluation results, and it was confirmed that the amount of deflection had a high correlation with the tactile evaluation, and the defect map had a high correlation with the visual evaluation.

반복하중이 작용하는 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 강성 평가

김형기,정구용 한국구조물진단유지관리공학회 2013 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.17 No.1

본 논문에서는 반복하중이 작용하는 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근이음의 강성에 대한 합리적인 검토를 하기 위하여 100여개 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근이음의 실험데이터를 이용하여 슬리브 철근이음이 보유하고 있는 구조인자가 반복 하중이 작용하는 슬리브 철근이음의 강성에 미치는 효과를 파악하였고, AIJ 규준에 정해져 있는 강성 등급을 충족시키는 최소한 의 조건에 대하여 평가한 결과, SD350과 SD400 철근을 매입한 모르타르 충전식 주물 슬리브 철근이음에서 fg*(L/d)가 470MPa 이상이 된다면 AIJ 규준의 SA급 강성, fg*(L/d)가 340MPa 이상이 된다면 AIJ 규준의 A급 강성을 최종파괴형식과 슬리브 형상에 상관없이 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 SD500 철근을 매입한 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에서 주물슬리브와 강관 슬리브를 사용한 경우는 fg*(L/d)가 400MPa 이상이 된다면 AIJ 규준의 A급 강성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. In order to make a more reasonable evaluation on the stiffness of the high-strength mortar-filled sleeve bar splices under cyclic loading, we investigated and analyzed the existing experiment data of 106 full-sized reinforcing bar splices with test variables such as compressive strength of mortar, development length of reinforcement and sleeve type, etc. The following were found: 1) If mortar and the reinforcement development length with fg*(L/d) of more than 340 is used, the cast iron sleeve bar splices for SD350 and SD400 will have the stiffness of higher than A class of the AIJ code. 2) If mortar and the reinforcement development length with fg*(L/d) of more than 400 is used, the cast iron sleeve splices and pipe sleeve splices for SD500 will have the stiffness of higher than A class of the AIJ code.