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- 저자 : 홍동성 (검색결과 7 건)
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공항 콘크리트 포장 설계를 위한 환경하중 산정방법 개발
박주영,홍동성,김연태,정진훈,Park, Joo-Young,Hong, Dong-Seong,Kim, Yeon-Tae,Jeong, Jin-Hoon 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.2
콘크리트 포장의 환경하중은 온도하중과 수분하중으로 구분할 수 있으며, 이는 콘크리트 슬래브 내의 온도분포와 건조수축 및 크리프를 의미한다. 본 연구에서는 공항 콘크리트 포장의 역학적 설계에 필요한 환경하중을 산정할 수 있는 방법을 개발하였다. 먼저, 대상 지역과 설계 슬래브 두께를 결정한 후, 포장 온도 예측 프로그램을 사용하여 예측된 슬래브 깊이에 따른 콘크리트 온도분포를 등가선형 온도차이로 환산하였다. 기존 건조수축 예측 모형을 개선하여 지역별 상대습도를 고려하여 콘크리트의 건조수축을 예측한 후 부등건조수축 등가선형 온도차이로 환산하였다. 또한, 응력이완을 건조수축에 반영하였다. 결국, 온도에 의한 등가선형 온도차이와 수분에 의한 부등건조수축 등가선형 온도차이를 합하여 최종 환경하중인 총 등가선형 온도차이를 산정하였다. 적용 예를 보이기 위해 지역별 기상조건을 대표할만한 국내 민간공항 8곳 및 군공항 2곳의 환경하중을 본 연구에서 개발된 방법으로 계산하고 비교하였다. The environmental load of concrete pavement can be categorized by temperature and moisture loads, which mean temperature distribution, and drying shrinkage and creep in the concrete slab. In this study, a method calculating the environmental load essential to mechanistic design of airport concrete pavement was developed. First, target area and design slab thickness were determined. And, the concrete temperature distribution with slab depth was predicted by a pavement temperature prediction program to calculate equivalent linear temperature difference. The concrete drying shrinkage was predicted by improving an existing model to calculate differential shrinkage equivalent linear temperature difference considering regional relative humidity. In addition, the stress relaxation was considered in the drying shrinkage. Eventually, the equivalent linear temperature difference due to temperature and the differential shrinkage equivalent linear temperature difference due to moisture were combined into the total equivalent linear temperature difference as terminal environmental load. The environmental load of eight civilian and two military airports which represent domestic regional weather conditions were calculated and compared by the method developed in this study to show its application.
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박주영,홍동성,임진선,정진훈 한국도로학회 2011 한국도로학회논문집 Vol.13 No.4
온도와 습도 변화에 의해 수축될 경우 콘크리트 포장 슬래브에는 인장응력이 생기고 이로 인해 무작위 균열이 발생한다. 일정한 간격으로 줄눈을 설치하고 균열을 유도함으로써 슬래브에 발생하는 인장응력을 줄이고 무작위 균열을 최소화할 수 있다. 줄눈간격이 너무 넓으면 무작위 균열, 줄눈부 파손, 하중전달률 저하가 일어나고, 반대로 줄눈간격이 너무 좁으면 공사비 증가와 승차감 저하가 유발된다. 본 연구에서는 콘크리트 포장의 역학적-경험적 줄눈간격 설계방법을 개발하였다. 이를 위하여 우수한 공용성을 보이는 콘크리트 포장 구간 중 구조적 및 환경적으로 가장 취약한 구간을 찾고 그 구간에 대한 유한요소해석으로 설계기준강도를 결정하였다. 기존 연구결과를 참고하여 하중전달률이 급격히 낮아질 때의 줄눈폭을 허용줄눈폭으로 결정하였다. 유한요소해석으로 계산된 설계대상구간의 최대인장응력이 설계기준강도를 초과하지 않는 최대줄눈간격을 찾아냈다. 그리고 이 줄눈간격으로 예측된 최대줄눈폭을 허용줄눈폭과 비교하였다. 본 연구에서 개발된 방법을 설계 중인 함양-울산 고속도로의 두 공구에 적용해 보았다. 기존보다 넓은 8.0m의 줄눈간격으로 시험시공된 구간과 동일한 줄눈간격이 본 연구의 설계방법으로 계산되었다. 공용 6년 후 측정된 시험시공 구간의 매우 낮은 균열률로 본 연구에서 개발된 설계방법이 검증되었다. Tensile stress occurs and random crack develops in concrete pavement slab when it contracts by variation of temperature and humidity. The tensile stress decreases and the random crack is minimized by sawcutting the slab and inducing the crack with regular spacing. The random crack, joint damage, decrease of load transfer efficiency are caused by too wide joint spacing while too narrow joint spacing leads to increase of construction cost and decrease of comfort. A mechanistic-empirical joint spacing design method for the concrete pavement was developed in this study. Structurally and environmentally weakest sections were found among the sections showing good performance, and design strengths were determined by finite element analysis on the sections. The joint width for which the load transfer efficiency is suddenly lowered was determined as allowable joint with referring to existing research results. The maximum joint spacing for which the maximum tensile stress calculated by the finite element analysis did not exceed the design strength were found. And the maximum joint width expected by the maximum joint spacing were compared to the allowable joint width. The new method developed in this study was applied to two zones of Hamyang-Woolsan Expressway being designed. The same joint spacing as a test section constructed by 8.0m of joint spacing wider than usual was calculated by the design method. Very low cracking measured at 6 years after opening of the test section verified the design method developed in this study.
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환경하중을 이용하는 콘크리트 포장 슬래브 피로모형의 개선
박주영,임진선,홍동성,정진훈 한국도로학회 2011 한국도로학회논문집 Vol.13 No.4
Concrete slab curls and warps due to the uneven distribution of temperature and moisture and as the result, internal stress develops within the slab. Therefore, environmental loads must be considered in addition to the traffic loads to predict the lifespan of the concrete pavement more accurately. The strength of the concrete slab is gradually decreases to a certain level at which fatigue cracking is generated by the repetitive traffic and environmental loadings. In this study, a new fatigue regression model was developed based on the results from previously performed studies. To verify the model, another laboratory flexural fatigue test program which was not used in the model development, was conducted and compared with the predictions of other existing models. Each fatigue model was applied to analysis logic of cumulative fatigue damage of concrete pavement developed in the study. The sensitivity of cumulative fatigue damage calculated by each model was analyzed for the design factors such as slab thickness, joint spacing, complex modulus of subgrade reaction and the load transfer at joints. As the result, the model developed in this study could reflect environmental loading more reasonably by improving other existing models which consider ,minimum/maximum stress ratio. 온도와 수분의 불균일한 분포로 인하여 콘크리트 슬래브는 컬링과 와핑 거동을 하고 슬래브에는 항상 응력이 도입되어 있다. 따라서 교통하중 외에도 환경하중을 고려해야만 콘크리트 슬래브에 발생하는 응력을 보다 정확하게 예측할 수 있다. 콘크리트 포장에 반복적으로 재하되는 교통하중과 환경하중에 의해 콘크리트 슬래브의 강도는 지속적으로 감소하고 응력 이하로낮아지게 되면 피로균열이 발생한다. 본 연구에서는 기존에 수행된 연구들로부터 피로실험 결과를 수집하고 피로 회귀모형을개발하였다. 개발된 모형을 검증하기 위하여 모형개발에 사용되지 않은 실내 휨피로실험 결과를 예측하고 기존 모형으로 예측된 결과와 비교하였다. 콘크리트 포장 누적 피로손상 해석 프로그램을 개발한 후 본 연구에서 제안된 모형과 기존 모형들을적용하고 예측 결과를 비교 및 평가하였다. 피로모형 별로 슬래브 두께, 줄눈간격, 복합 지지력계수, 그리고 하중전달률에 따른누적 피로손상의 민감도 분석을 실시하였다. 그 결과 본 연구에서 개발된 모형이 최소-최대응력비 R을 고려하는 기존 모형들의 경향을 개선하여 환경하중을 더욱 합리적으로 반영할 수 있는 것으로 나타났다.
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