수치해석을 이용한 MDD 시험의 주행하중 offset 영향 분석 = (A) study on the offset influence of wheel position in flexible pavement

국문 초록 (Abstract)

도로는 사회간접자본으로서의 중요성이 커지고 있지만 차량의 계속적인 중량화, 대형화 등은 포장도로에 조기파손 및 내하력 저하 등의 요인을 제공하여 유지보수 비용의 급격한 증가를 가져왔다. 이를 해결하기 위하여 국내 실정에 맞는 포장설계법 개발의 필요성이 제기되었고, 기초 연구 단계로써 시험도로 운영의 필요성이 대두되었다. 시험도로에서는 각종 계측시스템을 이용하여 주행하중의 특성 및 포장구조체의 거동을 파악할 수 있으나, 주행차량이 원하는 계측점을 정확히 통과하기 힘들다는 문제점을 가지고 있다. 따라서 시험도로의 계측시스템을 효율적으로 운영하기 위해서는 주행위치의 변화에 따른 영향을 고려하여야 한다.
본 연구에서는 주행하중과 계측기의 offset 거리에 따른 포장구조체의 거동 변화를 분석하고 측정된 깊이별 처짐을 주행하중 직하의 깊이별 처짐으로 일원화시키는 방법을 제시하였다. 이를 위하여 국내에서 주로 사용되고 있는 아스팔트 콘크리트 포장구조체를 대상으로 3차원 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용한 수치해석으로부터 주행하중에 의해 발생되는 포장구조체 내부의 깊이별 최대처짐을 분석하였다. 해석단면은 아스팔트 안정처리 기층과 표층을 하나의 등가 아스팔트층으로 간주하고 보조기층과 노상으로 구성된 3층으로 구성하였으며, 각 층의 두께와 탄성계수를 상·중·하 3개의 수준으로 나누어 총 81개의 표준단면에 대하여 해석을 수행하였다.
수치해석의 결과를 이용하여 주행하중의 offset 거리에 따른 깊이별 최대처짐의 감소율을 각각의 단면별로 분석하였다. 최대처짐 감소율은 층두께와 인접한 층의 탄성계수비의 영향을 받음을 알 수 있었으며, 이들 영향인자를 이용하여 회귀분석식을 제안하였다. 제안된 회귀분석식의 타당성을 검증하기 위하여 경기도 이천의 덕평폐도구간에서 현장시험을 실시하였다. 깊이별 처짐 측정장비인 MDD 를 매설하고 시험차량을 주행시켜 offset 거리에 따른 깊이별 처짐을 측정하였다. 측정된 처짐과 본 연구에서 제안된 회귀분석식으로부터 얻은 처짐을 비교한 결과, 최대 평균제곱근 오차가 아스팔트층에서 7.82% 로 본 연구 결과가 신뢰성이 있음을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Regulations limit the width of pavement to 3∼3.5 meters due to consideration of design velocity, traffic volume, topography and limit the maximum width of the vehicle to 2.5 meters. The wheels of vehicle pass irregular route on a pavement, and the different positions of the wheel influence the behavior of pavement.
For evaluation of asphalt concrete pavement behavior under various wheel positions, ABAQUS, a three-dimensional dynamic finite element program(3D-DFEM), is used. According to the offset distance of moving load, the flexible pavement behavior with various elastic moduli and thickness of pavement is analyzed numerically. To evaluate the relations between wheel position and maximum deflection, maximum deflection reduction ratio is developed through the regression analysis. From the parameter study, it is found that maximum deflection reduction ratio is sensitive to elastic moduli and thickness of pavement. The proposed equation in this study is verified from Multi-Depth Deflectometer(MDD) test results.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 차례 = ⅰ
• 그림차례 = ⅲ
• 표차례 = ⅴ
• 기호 =ⅵ
• 국문요약 = ⅶ
• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구목적 = 2
• 1.2 연구동향 = 2
• 1.3 연구방법 = 5
• 1.4 연구범위 및 제한사항 = 6
• 제2장 깊이별 처짐측정 및 주행하중의 구현 = 7
• 2.1 MDD를 이용한 깊이별 처짐 계측 = 7
• 2.2 주행하중에 대한 포장구조체의 유한요소해석 = 9
• 2.2.1 유한요소해석 방법 = 9
• 2.2.2 주행하중의 구현 = 10
• 제3장 수치해석을 통한 포장구조체의 거동 분석 = 14
• 3.1 포장구조체의 수치모델 구성 = 14
• 3.1.1 도로 횡단면의 구성 = 14
• 3.1.2 설계기준 차종의 분류 = 15
• 3.1.3 유한요소망의 구성 = 18
• 3.2 수치해석시 입력물성 = 21
• 3.3 깊이별 처짐을 이용한 포장구조체의 거동 분석 = 23
• 3.3.1 단면 두께 변화가 포장구조체의 거동에 미치는 영향 = 24
• 3.3.2 탄성계수의 변화가 포장구조체의 거동에 미치는 영향 = 35
• 3.3.3 주행하중의 offset 이 포장구조체의 거동에 미치는 영향 = 46
• 제4장 MDD 현장시험 및 수치해석의 검증 = 50
• 4.1 트럭주행시험 = 50
• 4.1.1 시험구간 및 시험위치 = 50
• 4.1.2 MDD 설치단면 = 52
• 4.1.3 주행시험용 트럭의 하중측정 = 53
• 4.1.4 현장 시험주행 = 54
• 4.2 MDD 신호의 분석 = 55
• 4.3 MDD 시험 측정결과 = 57
• 4.4 FWD 현장시험 = 63
• 4.5 현장 주행시험 결과를 이용한 수치해석의 검증 = 69
• 제5장 결론 = 73
• 참고문헌 = 75
• ABSTRACT = 78