지열을 이용한 눈 녹이는 도로 개발 및 시험적용

서영국(Youngguk Seo),엄주용(Joo-Yong Um),김봉찬(Bongchan Kim),서운종(Unjong Seo) 대한토목학회 2010 대한토목학회지 Vol.58 No.9

지열을 이용한 콘크리트 포장 융설 시스템 개발을 위한 기초연구

서영국(Seo Youngguk),서운종(Seo Un-jong),엄주용(Eum Ju-Yong),김봉찬(Kim Bong-Chan) 대한토목학회 2009 대한토목학회 학술대회 Vol.2009 No.10

아스팔트 콘크리트 포장의 선형 점탄성 유한요소해석

서영국(Seo Youngguk),백철민(Bak Chul-Min),김영수(Kim Y. Richard),임정혁(Im Jeong-Hyuk) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 D Vol.28 No.6D

이동하중에 의한 아스팔트 포장의 변형률과 피로수명을 예측할 수 있는 유한요소해석 프로그램을 개발하고 그 성능을 현장 및 가속시험의 계측결과로 검증하였다. 본 논문에서는 아스팔트 혼합물의 점탄성 연속체 손상(ViscoElastic Continuum Damage, VECD)모형을 유한요소해석 프로그램인 VECD-FEP++(Finite Element Program in C++)로 구현하는 과정을 다 루고 있다. 아스팔트 혼합물의 피로손상은 열역학 이론에 근거한 Schapery의 일 포텐셜 이론(work potential theory)과 일축 단일 변형률 인장 시험으로 정의하고 이를 VECD 모형의 입력변수로 사용하였다. 실제 포장의 동적 변형률을 예측하기 위하여 한국도로공사 시험도로에서 이동하중 시험을 실시하고 그 결과를 비교하였다. 또한 4가지 서로 다른 아스팔트 혼합물(일반밀입도, SBS, Terpolymer, CR-TB)을 사용한 포장가속시험을 실시하고 각각의 피로 특성을 유한요소해석으로 예측하였다. 아스팔트 기층상부와 기층하부에서의 횡방향 변형률은 계측과 수치해석결과가 잘 일치하였다. 반면에, 표층과 중간층에 서의 응답은 차량접지하중의 복잡한 영향으로 인하여 이를 반영할 수 없는 현재의 유한요소해석모델의 예측결과와는 다소 차이가 있었다. 포장가속시험결과 SBS 혼합물의 피로저항능력이 가장 우수한 것으로 평가 되었으나 VECD-FEP++에 의한 수명은 이와는 다르게 Terpolymer가 가장 우수한 것으로 예측되었다. This paper deals with the development of ViscoElastic Continuum Damage Finite Element Program (VECD-FEP++) and its verification with the results from both field and laboratory accelerated pavement tests. Damage characteristics of asphalt concrete mixture have been defined by Schapery's work potential theory, and uniaxial constant crosshead rate tests were carried out to be used for damage model implementation. VECD-FEPH predictions were compared with strain responses (longitudinal and transverse strains) under moving wheel loads running at different constant speeds. To this end, an asphalt pavement section (AS) of Korea Expressway Corporation Test Road (KECTR) instrumented with strain gauges were loaded with a dump truck. Also, a series of accelerated pavement fatigue tests have been conducted at pavement sections surfaced with four asphalt concrete mixtures (Dense-graded, SBS, Terpolymer, CR-TB). Planar strain responses were in good agreement with field measurements at base layers, whereas strains at both surface and intermediate layers were found different from simulation results due to the complexity of tire-road contact pressures. Finally, fatigue characteristics of four asphalt mixtures were reasonably described with VECD-FEP++.

고속도로에서의 지열사업 타당성 검토를 위한 기초연구

서영국(Seo, Youngguk),서운종(Seo, Un-Jong),문경수(Mun, Kyung-Soo) 대한토목학회 2012 대한토목학회 학술대회 Vol.2012 No.10

차량의 횡방향 주행이격에 의한 아스팔트 콘크리트 포장의 응답특성 분석

서영국(Seo Youngguk),권순민(Kwon Soon-Min),이재훈(Lee Jae-Hoon) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 D Vol.26 No.3D

This paper presents an experimental evaluation of wandering effect on asphalt concrete pavement responses. A laser-based wandering system has been developed and its performance is verified under various field conditions. The portable wandering system composed of two laser sensors with Position Sensitive Devices can allow one to measure the distance between laser sensors and tire edges of moving vehicle. Therefore, lateral position of each wheel on the pavement can be determined in a real time manner. Pavement responses due to different loading paths are investigated using a roll over test which is carried out on one of asphalt surfaced pavements in the Korea Highway Corporation test road. The pavement section (AS) consists of 5 ㎝ thick surface course; 7 ㎝ intermediate course; and 18 ㎝ base course, and is heavily instrumented with strain gauges, vertical soil pressure cells and thermo-couples. From the center of wheel paths, seven equally-spaced lateral loading paths are carefully selected over an 140 ㎝ wandering zone. Test results show that lateral horizontal strains in both surface and intermediate courses are mostly compressive right under the loading path and tensile strains start to develop as the loading offset becomes 40 ㎝ from the wheel path. The development of the vertical stresses in the top layers of subbase and anti-frost is found to be minimal once the loading offset becomes 50 ㎝. 본 연구는 차량의 주행경로를 정확하게 측정하는 수단을 개발하고 이를 현장계측에 적용하여 주행차량의 횡방향 이격에 의한 아스팔트 콘크리트 포장(이후 아스팔트 포장)의 주요 응답 특성을 규명하고자 하였다. 개발된 주행이격 측정 시스템은 두 개의 레이저 센서로부터 전송된 신호가 차량의 타이어로부터 반사되어오는 물리적 현상을 실시간으로 분석함으로서 도로포장위의 임의의 기준으로부터 실제 차량이 주행한 경로를 정확하게 관측 할 수 있다. 다양한 주행이격에 의한 아스팔트 포장의 횡방향 수평 변형률과 하부 포장층의 수직응력 변화를 실측하기 위하여 시험도로상의 아스팔트 포장의 일부 구간을 선정, 덤프트럭에 의한 동하중 재하시험을 시행하였다. 차량의 횡방향 이격거리는 주행차로(2차)의 차륜부에 매설된 횡방향 수평 변형률 계측기의 중심을 기준으로 추월차로 방향으로 20㎝ 간격으로 조수석 차륜에 의한 히중중첩의 영향을 최대한 배재하도록 설정하였다. 현장시험 결과 표층과 중간층에서는 하중재하 위치에서 발생한 압축변형이 이격거리 약 40㎝에서부터 점차 인장으로 변화하고 있음을 알 수 있었다. 또한, 보조기층상부와 동상방지층상부에 작용하는 수직응력은 하중재하 위치에서 치대로 발생하였으며 이격거리 50㎝ 이상부터는 하중에 의한 영향이 상대적으로 미비하였다.

시험도로 아스팔트 포장의 공용성 변화 분석

서영국(Seo Youngguk),권순민(Kwon Soon-Min) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 D Vol.28 No.1D

본 연구는 지난 4년간 한국도로공사 시험도로 아스팔트 포장의 주요 손상인자의 정량화와 그 변화를 다루고 있다. 포장상태조사 장비인 ARAN(Automatic Road Analyzer)을 이용하여 준공 직후인 2002년 12월부터 2006년 10월까지 총 5차례에 걸쳐 아스팔트 전단면에 대해 노면상태를 측정하고 소성변형, 균열손상, 그리고 종단평탄성을 중심으로 그 결과를 분석하였다. 실내시험을 통해 시험도로의 아스팔트 혼합물의 온도와 하중 재하속도에 대한 선형점탄성 거동을 비교하고, 표층용 혼합물인 ASTM 19㎜에 대해서는 동탄성계수에 미치는 공극률의 영향도 검토하였다. 일반 밀입도 표층 단면의 차륜부에서 추출한 시편의 공극률을 측정하여 시험도로 포장의 다짐도 변화를 추정하였으며 이를 바탕으로 다짐도-포장 손상의 관계를 검토하였다. 교통하중과 포장 손상과의 연관성 분석 결과 소성변형과 균열을 포함한 노면 손상의 증가는 교통하중이 재하되는 시기와 바로 일치하지는 않았으며 오히려 온도와 같은 환경에 더 영향을 받는 것으로 관측되었다. 반면에 노면 평탄성은 공용년수가 증가 하면서 교통하중에 민감하게 반응하였으며 환경인자와의 상관성은 매우 낮은 것으로 나타났다. This-paper mainly deals with the performance evaluation of 33 asphalt sections of Korea Expressway Corporation Test Road (KECTR) during the past four years. Since the construction of the KECTR in December 2002, key performance indicators of asphalt pavements have been collected five times with an Automatic Road Analyzer (ARAN), and have been analyzed for permanent deformation, surface distress, and road roughness. Linear viscoelastic characteristics of four dense graded HMAs used in KECTR were investigated with a series of complex modulus test. The effect of air void in HMAs on dynamic modulus was investigate at two air void contents for a surface course HMA (19 ㎜ Nominal Maximum Size of Aggregate). Layer densification due to traffic was estimated from air void contents of field cored samples, and was correlated with pavement distresses and performances. One of findings of this study was that both permanent deformation and cracking were suspectible to pavement temperatures, rather than traffic. However, it was found that road roughness was mostly affected by traffic loading.

일반국도 줄눈 콘크리트 포장의 성능인자와 임계한도

여현동(Yeo Hyun Dong),서영국(Seo Youngguk),서영찬(Suh Young Chan),정진훈(Jeong Jin Hoon) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 D Vol.30 No.3D

최근 도로포장 분야에서는 시공품질을 개선하기 위한 방편으로 성능보증 계약제도에 관한 연구가 진행되고 있다. 성능보증 계약제도는 시공회사에게 자유롭게 재료와 공법을 선택할 수 있는 기회를 부여하고 발주자가 제시하는 일정 수준 이상의 성능을 주어진 기간 동안 유지하게 하는 것이다. 성능보증 계약제도의 도입을 위하여 아스팔트 포장 분야에서는 성능보증 시방서에 포함될 성능인자와 임계한도에 관한 연구가 많이 진행된 상태이다. 그러나 고속국도뿐만 아니라 일반국도에서도 많이 시공되고 있는 콘크리트 포장 분야에서는 성능인자와 임계한도에 관한 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 유럽 국가와 미국 각 주의 성능보증 계약제도 사례에 관한 문헌을 검토하여 콘크리트 포장의 성능보증기간, 성능인자, 그리고 임계한도에 관한 조사를 실시하였다. 수원, 의정부, 예산, 충주, 전주, 포항, 남원, 진영, 정선, 영주, 진주, 홍천, 보은의 일반국도 13구간에서 줄눈 콘크리트 포장의 성능에 영향을 미치는 주요 파손을 조사하고 분석하여 해외의 성능보증기간, 성능인자, 그리고 임계한도와 비교하였다. Recently, researches on the performance warranty contracting has been going on to improve construction quality in road pavement area. The performance warranty contracting gives construction companies opportunity to select materials and methods freely while asks them to maintain a certain level of performance during a given period. To introduce the performance warranty contracting in Korea, lots of research results on performance indicator and threshold value of asphalt pavement have been made to be included in the warranty specification. However, research effort on the performance indicator and threshold value of concrete pavement which is commonly constructed in expressway and national highway has not been enough. In this study, the warranty duration, performance indicator, and threshold value of the concrete pavement were investigated by reviewing literatures on cases of the performance warranty contracting in European countries and states of the US. Major distresses influencing the performance of jointed concrete pavement were investigated and analyzed to be compared to the warranty duration, performance indicator, and threshold value of foreign countries.

포장가속시험을 이용한 소성변형예측 모델의 검증

최정훈(Choi Jeong Hoon),서영국(Seo Youngguk),서영찬(Suh Young Chan) 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 D Vol.29 No.4D

본 연구는 포장가속시험을 이용하여 다양한 온도와 하중재하방법에 따라 아스팔트 포장에 발생하는 소성변형의 특성을 분석하고, 주요 시험결과를 유한요소해석으로 예측하는 방법을 제시하고 있다. 가속시험용 포장단면은 한국도로공사 시험도로 대표 단면 중에 하나를 선정하여 동일하게 시공하고 3가지 온도조건(30, 40, 50℃)에서 반복이동하중에 의한 소성변형을 비교분석하였다. 차량의 원더링 효과를 모사하기 위하여 가속시험기를 횡방향으로 좌우 35㎝ 범위 내에서 5㎝ 간격으로 이동하면서 시험을 수행하였다. 아울러 3가지 원더링 조건에 의한 소성변형의 차이도 수치해석을 통해서 검토하였다. 유한요소해석을 위하여 ABAQUS를 사용하였으며 가속시험 포장 단면을 plain strain 요소로 모델링하였다. 포장 층의 탄성계수는 FWD 시험에 의한 역산결과로 추정하였으며, 소성변형에 영향을 미치는 아스팔트 혼합물의 시간 의존성은 크리프 모델(creep model)로 고려하였다. 그리고 본 연구에서는 유한요소해석에 미치는 모델의 경계조건과 노상의 모델 포함 여부에 따른 영향을 두 가지 모델(전체모델과 부분모델)로 구분하여 검토하였다. 해석결과 두 가지 모델이 예측한 소성변형은 그 크기와 영향범위에서 확연한 차이를 보였으며 계측결과와 비교하여 보면 노상이 모델에 포함하여야 할 것으로 판단되었다. This paper presents the results of accelerated pavement tests (APT) that simulate permanent deformation (rutting) of asphalt concrete pavements under different temperatures and loading courses. Also, finite element (FE) analysis has been conducted to predict the test results. Test section for APT is the same as one of test sections at Korea Expressway Corporation test road and is subjected to a constant moving dual tire wheel load of APT at three different temperatures: 30, 40, 50℃. The moving wheel is applied at different loading courses within a 75㎝ wide wheel path to account for traffic wandering. Also, the effect of wandering on permanent deformation development is investigated numerically with three wandering schemes. In this study, ABAQUS is adopted to model APT pavement section with plain stain elements and creep strain rate model is used to take into account viscoplastic stain of asphalt concrete mixtures, and elastic layer properties are back-calculated from FWD measurements. Plus, the effect of boundary condition and subgrade on FE permanent deformation predictions is investigated. A full FE model that accounted for subgrade provided more realistic rut depth predictions, indicating subgrade has contributed to surface rutting.

소석회가 아스팔트 혼합물의 동탄성 계수에 미치는 영향 연구

이상염(Lee Sangyum),서영국(Seo Youngguk),김영수(Kim Y. Richard) 대한토목학회 2010 대한토목학회 학술대회 Vol.2010 No.10

아스팔트 혼합물의 점탄성과 차량의 이동 속도가 포장 거동에 미치는 영향

조명환(Jo Myoung-hwan),김낙석(Kim Nakseok),서영국(Seo Youngguk) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 D Vol.28 No.4D

본 논문에서는 차량의 주행속도가 아스팔트 포장의 변형률 거동에 미치는 영향을 알아보기 위하여 현장시험을 실시하고 그 결과를 3차원 유한요소해석과 비교, 분석하였다. 한국도로공사 시험도로에서 기층의 두께가 다른 세 단면(A2, A5, A8)을 선정하고, 각 단면별로 세 가지의 주행속도(25, 50, 80㎞/hr)에 대한 종, 횡방향 변형률을 측정하였다. ABAQUS를 이용한 수치해석에서는 시험차량인 덤프트럭(단축-탠덤축)의 축하중을 단계하중(step loading)으로 모사하였으며 , 시험도로 아스팔트 혼합물에 대한 선형 점탄성 물성 계수(E(t))를 적용하여 보다 현실적인 거동해석을 실시하였다. 주어진 시험 조건에서 아스팔트 층 하부에서 측정한 종, 횡방향 변형률의 차이(이방성)는 모든 단면에서 목격되었고, 수치해석결과 차량의 주행속도가 증가함에 따라 임계 지점에서 발생하는 최대 변형률의 크기는 감소하는 것으로 예측되었다. 또한, 최대변형률의 크기도 횡방향 변형률이 종방향 변형률에 비하여 약 27% 정도 작았으며, 차량의 속도가 증가함에 따라 최대 변형률의 감소폭도 횡방향이 약간 큰 것으로 나타났다. This study presents a viscoelastic characterization of flexible pavement subjected to moving loads. A series of field tests have been conducted on three pavement sections (A2, A5, and A8) at the Korea Expressway Corporation (KEC) test road. The effect of vehicle speed on the responses of each test section was investigated at three speeds: 25 ㎞/hr, 50 ㎞/hr, and 80 ㎞/hr. During the test, both longitudinal and lateral strains were measured at the bottom of asphalt layers and in-situ measurements were compared with the results of finite element (FE) analyses. A commercial FE package, ABAQUS was used to model each test section and a step loading approximation has been adopted to simulate the effect a moving vehicle. For viscoelastic analysis, relaxation moduli of asphalt mixtures were obtained from laboratory test. Field responses reveals the strain anisotropy (i.e., discrepancy between longitudinal and lateral strains) and the amplitude of strain normally decreases as the vehicle speed increases. In most cases, lateral strain was smaller than longitudinal strain, and strain reduction was more significant in lateral direction.