롤러전압 콘크리트 기층 복합포장의 겨울철 현장 균열 거동 특성연구

박준영,정혜민 한국도로학회 2017 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2017 No.10

콘크리트 기층에 아스팔트 표층의 복합포장 구조에서 온도변화에 따른 반사균열의 거동은 반사균열 억제 및 제어에 중요한 정보로 작용한다. 반사균열의 주요 발생원인 중 포장의 온・습도 변화에 따른 하부 콘크리트의 수평 거동 및 컬링에 의한 줄눈/균열부 수직 거동은 포장의 특성(콘크리트 열팽창계수, 하부마찰계수, 포장두께 등)과 지역환경(대기의 온도, 상대습도, 태양 복사량 등)에 따라 다른 특성을 보인다. 본 연구에서는 롤러전압 콘크리트 기층에 배수성 아스팔트 표층의 복합포장 구조에서 현장의 온도변화에 따른 반사균열의 거동 특성을 분석하였다. 늦가을(11월 초)에 5cm 두께 배수성 아스팔트 덧씌우기 포장을 롤러전압 콘크리트 기층 상부에 시공하였다. 온도 조사는 표층 아스팔트 상/하부와 기층 콘크리트 상/하부, 대기온도를 계측하였다. 롤러전압 콘크리트 기층의 균열은 1년의 공용기간 동안 약 30m의 일정 간격으로 발생하였으며, 계측한 연속된 3개 균열의 움직임은 안정화되어 온도에 따라 유사한 거동을 보였다. 계측결과, 겨울철 온도에 따른 줄눈거동은 그림 1과 같다. 영하권의 겨울철 포장의 온도는 태양의 복사열과 기층하부의 지열로 인하여 대기온도보다 높았다. 표층 시공 후 큰 폭의 온도 저감이 발생한 이후 반사균열이 발생하였고 그림 2는 반사균열 발생 전・후의 1일 온도차에 따른 1일 균열 폭 변화량을 보인다. 추세곡선의 기울기는 온도변화에 따른 균열 거동에 저항하는 크기를 나타낸다. 두 곡선의 기울기 차인 0.008은 5cm 두께의 배수성 표층의 반사균열에 대한 저항 특성치임을 알 수 있다. 아스팔트 표층 반사균열 발생 전・후의 추세 곡선간 y축 절편의 차는 반사균열 발생에 따른 동일 온도변화에서 균열 거동량의 증가분을 나타낸다. 향후 배수성 표층 복합포장의 계절별 거동특성을 분석하여 복합포장 설계검토에 활용할 계획이다.

암석거동의 수치해석적 연구를 위한 균열모형의 적용

박도현,전석원,Park, Do-hyun,Jeon, Seok-won 한국터널지하공간학회 2000 터널기술 Vol.2 No.2

암석은 지질학적 생성과정으로 인해 잠재적으로 많은 구조적 결함을 내포하고 있는 재료이다. 이러한 구조적 결함으로 인해 압축하중을 받고 있는 암석의 변형거동 및 파괴는 비선형적이다. 지금까지의 연구들에서는 암석의 비선형 거동을 모사하기 위해 균열모형, 즉 활주균열모형 (Sliding crack model) 과 전단균열모형 (Shear crack model) 을 사용하였다. 이 연구들에서는 암석의 비선형 응력-변형률 곡선과 균열성장으로 인해 발생되는 유효탄성정수들 ($E_1$, $E_2$, ${\nu}_1$, ${\nu}_2$, $G_2$) 의 변화와 같은 여러 가지 암석 거동을 모사하였다 (Kemeny, 1993; Jeon, 1996, 1998). 대부분의 이러한 연구들은 주로 균열모형의 암석거동의 적용에 대한 타당성을 검증하는데 그쳤으며 지하공간이나 사면설계 등의 실제적인 수치해석을 목적으로 균열모형을 적용한 연구는 그다지 많지 않다. 본 연구에서는 암석의 비선형 응력 변형률 곡선을 모사함으로써 균열모형의 암석에의 적용에 대한 타당성을 검증하며 실제적인 수치해석, 즉 상용되고 있는 유한요소해석 프로그램에 균열모형을 적용하였다. Rock is a very complex and heterogeneous material, containing structural flaws due to geologic generation process. Because of those structural flaws, deformation and failure of rock when subjected to differential compressive stresses is non-linear. To simulate the non-linear behavior of rock, mechanical crack models, that is, sliding and shear crack models have been used in several studies. In those studies, non-linear stress-strain curves and various behaviors of rock including the changes of effective elastic moduli ($E_1$, $E_2$, ${\nu}_1$, ${\nu}_2$, $G_2$) due to crack growth were simulated (Kemeny, 1993; Jeon, 1996, 1998). Most of the studies have mainly focused on the verification of the mechanical crack model with relatively less attempt to apply it to practical purposes such as numerical analysis for underground and/or slope design. In this study, the validity of mechanical crack model was checked out by simulating the non-linear behavior of rock and consequently it was applied to a practical numerical analysis, finite element analysis commonly used.

줄눈균열 유도장치를 사용한 콘크리트 포장의 줄눈거동

박문길(Park Moon Gil),최기효(Choi Ki Hyo),남영국(Nam Young Kug),정진훈(Jeong Jin Hoon) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 D Vol.28 No.1D

콘크리트 포장의 줄눈은 초기 콘크리트 슬래브에 건조수축과 온도변화에 의한 무작위 균열이 발생하지 않도록 해주어 도로포장의 공용성 향상에 기여한다. 하지만 콘크리트가 충분히 양생되기 전에 수행된 줄눈 절단 작업은 줄눈 주변의 콘크리트에는 미세균열 등의 손상을 발생시키고 이로 인하여 반복적인 교통 및 환경하중에 의한 줄눈부의 파손이 장기적으로 발생한다. 본 연구에서는 이러한 인위적인 줄눈 절단작업 때문에 발생할 수 있는 줄눈부 파손을 감소시키기 위하여 선행연구를 통해 개발된 100㎜, 150㎜, 220㎜ 높이의 줄눈균열 유도장치와 다양한 깊이를 갖는 균열유도 홈을 시험시공 구간에 설치하고 줄눈균열의 발생과 거동을 약 5개월에 걸쳐 조사하였다. 그 결과, 줄눈균열 유도장치의 높이가 높을수록 균열유도 효과가 높은 반면 줄눈균열의 거동은 큰 것으로 나타났다. 향후 추가적인 조사와 줄눈균열 유도장치의 개선을 통하여 균열 유도 효율을 높이고 줄눈의 성능을 향상시켜야 할 것으로 판단되었다. Joint of concrete pavement contributes to improvement of pavement performance by preventing occurrence of random cracking due to drying shrinkage and temperature changes of concrete slabs at early age. However, saw-cutting operations performed prior to sufficient concrete hardening develop micro-cracking of the concrete near the joints, which may develop to long-term distresses due to repetitious traffic and environmental loadings. To reduce the distresses, the joint crack inducers with heights of 100 ㎜, 150 ㎜, and 220 ㎜ and the joint cracking slots with various depth were installed at a test section to investigate occurrence of the joint cracks and their behaviors over 5 months. As the results, higher efficiency of the crack inducing and larger behavior of the joint cracks were observed for the taller joint crack inducer. Higher efficiency of the crack inducing and improvement of the joint performance are warranted by additional investigation and reformation of the joint crack inducer.

Alloy 600TT 증기발생기 전열관내 일렬 원주방향 표면 일차수응력 부식균열 성장에 미치는 균열 간격의 영향 고찰

허은주(Eun-Ju Heo),김종성(Jong-Sung Kim),전준영(Jun-Young Jeon),김윤재(Yun-Jae Kim) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集A Vol.39 No.3

일차수응력부식균열 개시 모델과 거시적 현상학적인 손상역학 접근론에 기반한 유한요소 손상해석을 수행하여 Alloy 600TT 로 제작된 원전 증기발생기 전열관에 발생하는 일렬 원주방향 표면 일차수응력부식균열의 성장에 미치는 균열 간격의 영향을 고찰하였다. 기존 연구 결과와의 비교를 통해 손상해석 방법의 타당성을 검증하였다. 검증된 방법을 일렬 원주방향 표면 일차수응력부식균열에 적용하였다. 적용한 결과, 단일 균열에 비하여 일렬 균열의 경우 보다 빠른 합체시간과 관통시간을 보이며 균열 간격이 증가할수록 합체시간과 관통시간은 증가함을 확인하였다. 또한 일정 간격이상으로 두 균열이 떨어지면 합체 이전에 관통될 수 있음을 확인하였다. The study investigated the effect of the distance between two collinear circumferential surface cracks on the primary stress corrosion crack (PWSCC) growth in alloy 600TT steam generator tubes using a finite element damage analysis based on the PWSCC initiation model and macroscopic phenomenological damage mechanics approach. The damage analysis method was verified by comparing the results to the previous study results. The verified method was applied to collinear circumferential surface PWSCCs. As a result, it was found that the collinear cracks showed earlier coalescence and penetration times than the a single crack, and the times increased with the distance. In addition, it is expected that penetration may occur before coalescence of two cracks if they are more than a specific distance apart.

연성 포장체의 구조적특성이 Top-Down 균열 발생에 미치는 영향 평가

오승훈(Oh Seung Hoon),김낙석(Kim Nakseok) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 D Vol.27 No.3D

일반적으로 피로균열은 상부에서 하부로 전이되는 것으로 알려져 있지만, 일부 종방향 균열의 경우 피로균열과 마찬가지로 반복하중에 의하여 발생하며 이러한 균열은 상부에서 하부로 균열이 전이되는 특성을 지니고 있는 것으로 보고되고 있다. 그리고 이러한 균열을 Top-down 균열(TDC)이라 부르고 있으며, 미국의 새로운 포장법에서는 TDC 균열에 대한 공용성 평가도 수행하도록 하고 있다. 하지만 국내에서는 아직 TDC 균열에 대한 정의와 존재 여부 등의 연구가 부족하다. 따라서 본 연구에서는 한국도로공사에서 운영 중인 시험도로를 대상으로 국내에 TDC 균열의 발생 여부와 여러 단면의 특성에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 시험도로의 육안조사 결과 두 개 단면에서 TDC 균열이 발생한 것으로 나타났으며, 유한요소해석 결과 전단응력 보다 횡방향 응력에 의한 TDC 균열의 발생이 보다 합리적인 것으로 사료된다. 또한 포장의 기층 재료로 쇄석기층을 사용하거나 아스팔트 콘크리트 포장 층의 두께가 두꺼울수록 TDC 균열의 발생 가능성이 더 클 것으로 사료된다. It has been generally accepted that the most fatigue cracks initiate at the bottom of the hot mix asphalt (HMA) layer and propagate upward to the surface of the pavement. However, there is increasing evidence that suggests load-related cracks do initiate at the surface and propagate downward (top-down cracking, TDC). In this study, field distress survey and three-dimensional finite element analysis were conducted for different pavement sections to investigate the cause of top-down cracking that observed in asphalt pavements. From visual observations, top-down crackings were found at two sections of test road. Normal tensile stresses were found to be more effective loading to initiate cracks and propagate top-down cracking than shear stresses. In addition, it should be note that the possibility of TDC increases as the thickness of asphalt concrete layer is increased.

마그네슘 금속복합재의 피로균열거동해석

김두환,박용걸,김성훈,한석규,Kim, Doo Hwan,Park, Yong Gul,Kim, Sung Hoon,Han, Suk Kyu 한국강구조학회 1997 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.9 No.4

마그네슘 금속 복합재의 열처리 및 섬유 강화재 방향에 따른 효과를 파악하기 위하여 인장강도 및 피로해석이 연구되었다. TEM 관측에 따라 시편은 섬유 강화재와 마그네슘 복합기지 사이의 시효 열처리된 변형된 계면이다. 인장실험 결과로부터 시효 처리된 시편의 극한 인장강도는 주조상태의 시편보다 시효 처리시 화학반응에 의한 섬유 강화재-기지간의 접합강도 약화로 감소하였다. 피로균열 거동실험은 균열거동 방향이 섬유 강화재 방향과 수직인 시편과 균열거동 방향이 섬유 강화재 방향과 평행한 시편을 실험하였다. 피로균열 거동해석을 비교해보면 섬유 강화재와 하중방향이 수직인 시효처리된 시편의 경우가 주조상태의 시편보다 피로균열 거동에 더 크게 저항하였다. 반대로 섬유 강화재 방향에 평행한 주조상태의 시편은 섬유 강화재 방향에 평행한 시효처리된 시편보다 피로 균열거동에 더 크게 저항함을 알 수 있었다. The effects of heat treatment and fiber orientation on tensile strength and fatigue behavior were studied in a continuously reinforced. magnesium-based composite Following an earlier TEM investigation, specimens were thermally aged to modified the interfacial zone between the alumina fibers and the magnesium alloy matrix. From the tensile experimental results, the ultimate tensile strength of the aged specimens were lower than that of the as-fabricated due to weak fiber-matrix interfacial strength with chemical reaction during the thermal processing. The fatigue crack growth experiments were conducted with specimens having the fiber orientation normal to the crack growth direction (longitudinal) and also specimens with the fibers oriented parallel to the crack growth direction(transverse). A comparison of the fatigue crack growth behavior indicates that aged longitudinal specimens are more resistant to fatigue crack growth the as-fabricated longitudinal specimens. Conversely, as-fabricated transverse specimens are more resistant to fatigue crack growth than aged transverse specimens.

용접재의 초기 균열 위치가 피로균열성장거동에 미치는 파괴역학적 연구(1)

정영석 경북실업전문대학 1996 慶北實業專門大學論文集 Vol.15 No.1

본 연구로부터 다음과 같이 그 결과를 요약할 수 있었다. (1) 각 시편에서 피로균열에 성장함에 따라 균열선단에서는 항상 압축잔류응력이 존재하였다. (2) 균열성장초기의 균열성장 지연 현상은 시편 D>시편 C>시편 B>시편 E의 순으로 거동하였다. 따라서 Bead경계 부위인 HAZ에 위치한 균열이 다른 부위에 발생한 균열보다는 다소 안전하다고 하겠다. (3) 시편 B, C, D의 경우 균열성장 초기에 압축잔류응력장의 영향으로 m값이 (-)값을 보였고, 균열이 성장함에 따라 (+)값으로 전환된다. 따라서 균열성장 초기에 심한 균열성장 지연으로 인하여 da/aN이 감소한 후에 균열이 성장함에 따라 잔류응력이 해방되어 da/dN이 증가하였다.

수압파쇄 및 자연 균열의 수리역학적 동역학

신중호,박찬 한국자원공학회 2018 한국자원공학회지 Vol.55 No.4

This study analyzed the hydromechanical behaviors of hydraulic and natural fractures caused by fluid injection, such as fracture closing-reopening and the related pressure parameters, stress mechanism changes, slippage-dilation criterion of natural fracture, and complex fracture intersections. When hydraulic and natural fractures intersect, the conditions for crossing, slippage, and dilation depend on intersection angles between fracture and stress direction, differential stress, and mechanical properties such as cohesion and friction coefficient of the fractures. Micro-mechanical and quantitative assessment technologies should be further developed for the analyses of fluid-fracture dynamics and the induced seismicity-like phenomenon. 지하 암반 내 유체 주입에 의한 수압파쇄 균열과 자연 균열의 수리역학적 거동과 관련하여균열 개폐와 압력 변수 관계, 응력 메카니즘 변화, 자연 균열의 미끄러짐-팽창 기준, 복합균열 교차 전파 등의 관계를 분석하였다. 자연 균열면의 열림 상태에 따라 균열 거동과 관련한 압력 변수 및 응력해석해 적용의 유효성에 차이가 있었다. 수압파쇄 균열과 자연 균열의 교차시에 수압파쇄 균열의 자연 균열 관통, 자연 균열의 미끄러짐 또는 팽창 열림 등의기준은 두 균열의 교차각, 주응력 방향과의 교차각, 주응력의 차, 균열면의 역학적 특성인점착력과 마찰계수 등에 의해 좌우된 다. 이러한 유체-불연속면 동역학적 거동 및 때로 수반되는 지진동 같은 현상의 관계 규명에는 미시역학적이고 정량 적인 연구와 평가기법 개발이 있어야 한다.

3차원 분리균열모델 기반의 유동모델링 연구동향

박창협,정승필 한국자원공학회 2012 한국자원공학회지 Vol.49 No.2

Discrete fracture network (DFN) has been widely applied to characterize fluid flow occurred in a heterogeneous fractured reservoir since it is able to consider fracture’s topological distribution as well as aperture statistics. A typical limitation of reservoir characterization using 3D DFN is that it is difficult to obtain accurate geological and hydraulic data affecting fluid transport. Thus, the modeling failed to simulate realistic flow in a reservoir scale and limited at observing fluid transport near wellbore. Current methodological problems of 3D random DFN are meshing, mass transfer between matrix and fracture, and inverse approach, respectively. They have not been announced actively in opposite to the researches based on forward simulation. The future possible researches can be related to automatic meshing in random DFN, multi-phase flow modeling, history matching incorporating with dynamic data, and flow transport integrated with geomechanic characteristics. 분리균열모델은 시추공 조사에서 획득한 균열의 분포, 간극자료를 활용할 수 있어 균열저류층 유동모델링에 폭 넓게 적용되고 있다. 3차원 분리균열모델 기반 저류층 모델링의 대표적인 문제점은 1차원 코어자료를 3차원 공간에 분포시키면서 발생하는 정적자료의 부족과 부정확성이다. 그 결과 시추공 주변 균열대의 유체 거동분석은 가능하지만 저류층 단위의 유동모사에는 제한적이다. 현재 3차원 분리균열모델 기반 저류층 모델링은 격자화, 다공성 암체-균열 사이의 물질이동, 역산기법의 미개발 등의 기법적 한계에 직면하고 있다. 최근 딜로니 삼각형법, 자동사각격자법을 이용한 격자화가 이루어지면서 전위모델링은 활발하나 현장단위 물질이동의 해석해, 역산모델 개발은 미흡하다. 향후 연구주제로는 무작위 균열모델의 균열-암체 격자화, 다상유체 거동해석, 동적자료 기반의 히스토리매칭, 석유-암반공학 통합 저류층 모델링을 대표적으로 제안할 수 있다.

부식 수준 및 균열폭에 따른 부식된 철근과 콘크리트 계면의 부착-미끄러짐 거동

조상현,기성훈,이정재,이창계 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.27 No.1

In this paper, the effect of corrosion level and crack width on the cohesive strength-slip behavior of corroded steel rebar and concrete interfaceis conducted. The existing studies mainly focus on the decrease in bond strength with respect to the level of corrosion; there are, however, few studieson the decrease in cohesive strength according to the crack width of the concrete surface due to corrosion. Therefore, in this study, a series of testsfor the cohesive strength, slip behavior and mass loss of the reinforcing bar is evaluated at the surface of corroded rebar and concrete. It is found thatthe tendency to decrease the bond strength is closely related to the crack width rather than the corrosion level. Hence, to determine the degradationperformance for the bond strength-slip behavior relation, the occurrence of cracks on the concrete surface can be a suitable index. 본 논문에서는 부식된 철근과 콘크리트 계면의 부착강도-슬립거동에 있어 부식수준 및 균열폭의 영향에 대한 연구를 수행하였다. 기존의 연구는 주로 부식수준에 따른 부착강도 저하에 초점을 맞추고 있으나 부식에 의한 콘크리트 표면 균열폭에 따른 부착강도 저하에 관한연구는 매우 적다. 따라서 본 연구에서는 부식된 철근과 콘크리트 접합부의 부착강도, 슬립 거동 및 철근의 질량손실 등을 평가하고 균열폭 대비 접합성능을 확인하기 인발시험을 실시하였다. 그 결과로 표면 균열폭에 따른 접착강도 저하의 경향성이 부식수준에 따른 경향성보다 균등하게 나타났다. 따라서 부식수준에 비해 콘크리트 표면 균열 발생 여부가 부착강도-슬립거동 관계의 성능저하를 판단하기에 적합한 것으로 판단된다.