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표제지
목차
요지 8
제1장 서론 15
1.1. 연구 배경 15
1.2. 연구 목적 17
1.3. 연구 범위 18
제2장 접속슬래브 고찰 19
2.1. 국내 접속슬래브 고찰 19
2.1.1. 접속슬래브 실태 및 현황 19
2.1.2. 접속슬래브 설치 연혁 22
2.2. 외국의 접속슬래브 고찰 31
2.2.1. 미국의 사례 32
2.2.1.1. 조인트 교대와 일체형 교대 32
2.2.1.2. 접속 슬래브 34
2.2.2. 일본의 사례 44
2.3. 고찰결과 및 연구방향 46
2.3.1. 접속슬래브의 부등단차 발생 46
2.3.2. 접속슬래브의 부등단차 원인분석 48
2.3.3. 연구방향 51
제3장 프리스트레스 접속슬래브 시험시공 59
3.1. 개요 59
3.2. 설계 60
3.2.1. PTAS 종방향 길이 산정 60
3.2.2. PTAS 설계 68
3.3. 시험시공 71
제4장 시험시공 접속슬래브의 포장거동 분석 74
4.1. 실험적 거동특성 분석 74
4.1.1. 실험 Set-Up 74
4.1.2. 온도분포 분석 76
4.1.3. 컬링(Curling) 거동분석 78
4.1.4. 수평변위 변화분석 83
4.1.5. 평탄성 분석 86
4.1.6. 하중 전달률 분석 88
4.2. 해석적 거동특성 분석 92
4.2.1. 구조해석 모형 92
4.2.2. 환경하중에 대한 거동 분석 93
제5장 프리스트레스 접속슬래브 포장 구조해석 96
5.1. 구조해석 모형 96
5.2. 환경하중에 대한 거동분석 99
5.3. 차량하중에 대한 거동분석 109
제6장 프리스트레스 접속슬래브의 설계방안 119
6.1. 설계 개념 119
6.2. 설계 방안 제시 120
6.3. 설계 예시 122
제7장 결론 및 향후 연구 방향 129
7.1. 연구 결과 및 결론 129
7.1.1. 연구 결과 129
7.1.2. 연구 결론 130
7.2. 향후 연구 방향 132
참고문헌 133
부록 138
부록 A. 접속슬래브 설계 구조계산서 138
부록 B. 구조해석 모델(컬링 거동 분석) 150
Abstract 168
〈표 2.1〉 교량 뒤채움부 보수현황(한국도로공사, 2007, 2008, 2009) 19
〈표 2.2〉 국도 유지보수 총액 현황 20
〈표 2.3〉 고속도로 유지관리비 현황(한국도로공사, 2009, 2010) 20
〈표 2.4〉 고속도로 교량 뒤채움부 평탄성 조사현황(한국도로공사, 2007, 2008) 21
〈표 2.5〉 포장상태 및 평탄성 지수 등급기준 22
〈표 2.6〉 접속슬래브 관련 문헌자료 25
〈표 2.7〉 접속슬래브 구조해석 개념 변천 현황 26
〈표 2.8〉 교량 접속슬래브 비교(TYPE-1) 27
〈표 2.9〉 접속슬래브 개선 개요도 28
〈표 2.10〉 교대와 접속슬래브의 연결방법(Hoppe, 1999) 38
〈표 2.11〉 교대와 접속슬래브의 연결방법 상세(Hoppe, 1999) 39
〈표 2.12〉 뒤채움부 침하 발생원인 영향인자 49
〈표 3.1〉 해석에 사용된 입력값 60
〈표 4.1〉 우리나라 고속도로 평탄성 등급 분류기준(IRI) 86
〈표 4.2〉 IRI 측정값 87
〈표 5.1〉 해석에 사용된 입력값 98
〈표 5.2〉 지점부 모델링에 따른 최대 인장응력 102
〈표 6.1〉 환경하중 및 차륜하중에 의해 발생한 종·횡방향 최대 인장응력 122
〈그림 2.1〉 한국도로공사 유지관리비 추세 20
〈그림 2.2〉 접속슬래브의 설치 개념도 22
〈그림 2.3〉 접속슬래브 처짐 및 파손 전경(남해고속도로 서낙동강교) 23
〈그림 2.4〉 형식별 받침상세도(한국도로공사, 2008) 23
〈그림 2.5〉 접속슬래브 설계(예) 24
〈그림 2.6〉 접속슬래브 일체화(힌지화) 개요도 29
〈그림 2.7〉 뒤채움부 재질 개선 시공개요도(한국도로공사, 2010) 29
〈그림 2.8〉 포장 더돋기 공법 개요도(한국도로공사, 2010) 30
〈그림 2.9〉 포장 더돋기 시공 개요도(한국도로공사, 2010) 30
〈그림 2.10〉 조인트 교대(Greimann et al. 1987) 32
〈그림 2.11〉 일체형 교대(Greimann et al. 1987) 33
〈그림 2.12〉 온도차에 의한 일체형 교대의 횡방향 이동(Arsoy et al. 1999) 34
〈그림 2.13〉 교대 종방향 철근 연장으로 접속슬래브와 강결(Missouri DOT, 2003) 35
〈그림 2.14〉 Tie Bar를 이용한 접속슬래브와 강결(Missouri DOT, 2003) 35
〈그림 2.15〉 포장 지지턱에 설치된 표준 접속슬래브 (Iowa, 2008) 36
〈그림 2.16〉 포장 지지턱에 설치된 접속슬래브 상세도(Iowa, 2004) 36
〈그림 2.17〉 프리캐스트 패널을 이용한 접속슬래브(Iowa, 2008) 37
〈그림 2.18〉 프리캐스트 패널을 이용한 접속슬래브 상세(Iowa, 2008) 37
〈그림 2.19〉 Illinois주 정부 교대-접속슬래브 결합상세 40
〈그림 2.20〉 Iowa주 정부 교대-접속슬래브 결합상세 40
〈그림 2.21〉 Kansas주 정부 교대-접속슬래브 결합상세 41
〈그림 2.22〉 Minnesota주 정부 교대-접속슬래브 결합상세 41
〈그림 2.23〉 Missouri주 정부 교대-접속슬래브 결합상세 41
〈그림 2.24〉 Nevada주 정부 교대-접속슬래브 결합상세 42
〈그림 2.25〉 Nebraska주 정부 교대-접속슬래브 결합상세 42
〈그림 2.26〉 New York주 정부 교대-접속슬래브 결합상세 42
〈그림 2.27〉 North Dakoda주 정부 교대-접속슬래브 결합상세 43
〈그림 2.28〉 Ohio주 정부 교대-접속슬래브 결합상세 43
〈그림 2.29〉 South Dakoda주 정부 교대-접속슬래브 결합상세 43
〈그림 2.30〉 교대 접속슬래브 도면 예(일본 요코하마, 2006) 44
〈그림 2.31〉 접속슬래브 설계 예제(일본) 44
〈그림 2.32〉 프리캐스트 패널 시공절차 전경(일본 프리캐스트 RC판 포장협회) 45
〈그림 2.33〉 교대 접속슬래브 부등단차 모식도 46
〈그림 2.34〉 교대 뒤채움부 부등단차 및 침하량 측정 결과(국외, 국내) 47
〈그림 2.35〉 교량 접속슬래브 부등단차 요인(Briaud et al, 1997) 48
〈그림 2.36〉 변단면을 가진 전폭 슬래브 53
〈그림 2.37〉 균일단면을 가진 반폭 슬래브 54
〈그림 2.38〉 프리캐스트 및 포스트텐션 긴장재 설치 개략도 54
〈그림 2.39〉 프리캐스트 패널 개략도 55
〈그림 2.40〉 횡방향 접속슬래브의 조인트 55
〈그림 2.41〉 교대인접부 프리캐스트 접속슬래브 패널 개략도 55
〈그림 2.42〉 일반부 프리캐스트 접속슬래브 패널 개략도 56
〈그림 2.43〉 프리캐스트 접속슬래브 패널 공장 제작 56
〈그림 2.44〉 제작 완료된 프리캐스트 접속슬래브 패널 56
〈그림 2.45〉 패널 설치를 위한 뒤채움부 정리 57
〈그림 2.46〉 프리캐스트 패널 설치 57
〈그림 2.47〉 프리캐스트 패널 조립 완료 57
〈그림 2.48〉 종·횡방향 Strands의 인입 58
〈그림 2.49〉 종·횡방향 Strands 긴장 58
〈그림 2.50〉 프리캐스트 접속슬래브 시공완료(긴장, 그라우팅, 그라인딩) 58
〈그림 3.1〉 PTAS의 개념 59
〈그림 3.2〉 PTAS 구조해석 모델 60
〈그림 3.3〉 차륜 하중 재하 위치 61
〈그림 3.4〉 70% 지간 처짐 7.4m 접속슬래브의 차륜하중에 의한 인장응력 분포 62
〈그림 3.5〉 70% 지간 처짐 10m 접속슬래브의 차륜하중에 의한 인장응력 분포 63
〈그림 3.6〉 70% 지간 처짐 12m 접속슬래브의 차륜하중에 의한 인장응력 분포 64
〈그림 3.7〉 70% 지간 처짐 접속슬래브의 차륜하중에 의한 최대인장응력 분포 65
〈그림 3.8〉 동일한 지반 침하 조건하에 길이에 따른 응력분포 분석 모델링 66
〈그림 3.9〉 차륜하중에 의한 동일 지반 침하 조건하에 길이에 따른 인장응력분포 67
〈그림 3.10〉 동일 지반 침하 조건하에 길이에 따른 최대인장응력분포 68
〈그림 3.11〉 PTAS 설계 모델링 68
〈그림 3.12〉 설계모멘트 분포 69
〈그림 3.13〉 철근배근 상세도 69
〈그림 3.14〉 강선 배치도 70
〈그림 3.15〉 거푸집 홀 가공도 70
〈그림 3.16〉 철근 배근 71
〈그림 3.17〉 강선 배치 71
〈그림 3.18〉 콘크리트 타설 및 표면 마무리 72
〈그림 3.19〉 접속슬래브 양생 72
〈그림 3.20〉 포스트텐션 긴장 작업 73
〈그림 3.21〉 강선 절단 및 마무리 작업 73
〈그림 3.22〉 뒤채움부 포장완료 전경 73
〈그림 4.1〉 수평 변위 측정 LVDT 설치 74
〈그림 4.2〉 수직 변위 측정 LVDT 설치 75
〈그림 4.3〉 온도측정 센서 설치 75
〈그림 4.4〉 깊이에 따른 온도변화 76
〈그림 4.5〉 수직 선형온도경사 변화 77
〈그림 4.6〉 PTAS 모서리 부의 컬링에 의한 수직 변위 변화 78
〈그림 4.7〉 온도경사에 따른 슬래브 위치별 수직변위 변화 79
〈그림 4.8〉 PTAS 종점부의 컬링에 의한 수직변위 변화 80
〈그림 4.9〉 온도경사에 따른 슬래브 종점부 수직변위 변화 81
〈그림 4.10〉 PTAS의 종방향 위치에 따른 수직변위 변화 81
〈그림 4.11〉 온도경사에 따른 슬래브 종방향 수직변위 변화 82
〈그림 4.12〉 긴장 전후 PTAS 종방향 변위 83
〈그림 4.13〉 긴장 시 슬래브 온도와 변위 상관관계 (a) 시점부, (b) 종점부 84
〈그림 4.14〉 슬래브 중앙 부분 종방향 균열 거동 85
〈그림 4.15〉 PTAS 횡방향 변위 85
〈그림 4.16〉 IRI 측정위치 87
〈그림 4.17〉 FWD 충격하중 재하시험 88
〈그림 4.18〉 FWD 셋업 (a) PTAS (b) 일반 접속슬래브 89
〈그림 4.19〉 FWD 실험에 의한 처짐 측정값 90
〈그림 4.20〉 PTAS 모서리 부분 하중전달률 (a) 개통 전 (b) 개통 후 90
〈그림 4.21〉 일반 접속슬래브 모서리 부분 하중전달률 (a) 개통 전 (b) 개통 후 91
〈그림 4.22〉 구조해석 모델 92
〈그림 4.23〉 컬링에 의한 접속슬래브의 변형 및 응력분포 93
〈그림 4.24〉 구조해석을 통한 슬래브의 변위 (a)Curl Down (b)Curl Up 94
〈그림 4.25〉 슬래브 변위 계측값과 해석값 비교 (a)중앙부 (b)모서리부 95
〈그림 5.1〉 PTAS 모델 (a) 실물 모형 (b) 단순화 모형 96
〈그림 5.2〉 프리스트레스 접속슬래브 구조해석 모델 97
〈그림 5.3〉 실물 접속슬래브 힌지 지점부 모델링 (a) 실제 거동 모사 (b) 단순화 모사 100
〈그림 5.4〉 단순화 접속슬래브 힌지 지점부 모델링 (a) 실제 거동 모사 (b) 단순화 모사 101
〈그림 5.5〉 모델별 하부 지반강성에 따른 종방향 최대인장응력 (a) Curl Up (b) Curl Down 103
〈그림 5.6〉 모델별 하부 지반강성에 따른 횡방향 최대인장응력 (a) Curl Up (b) Curl Down 104
〈그림 5.7〉 슬래브 하부층 모델링 (a)일반 슬래브 (b)지반침하가 발생하지 않은 접속슬래브 (c)지반침하가 발생한 접속슬래브 105
〈그림 5.8〉 하부지반 강성에 따른 종방향 최대 인장 응력 (a) Curl Up, (b) Curl Down 106
〈그림 5.9〉 하부지반 강성에 따른 횡방향 최대 인장 응력 (a) Curl Up (b) Curl Down 107
〈그림 5.10〉 실물모델과 단순화 모델의 차륜하중에 의한 인장응력 비교 109
〈그림 5.11〉 단축하중 재하에 따른 응력 분포 (a)일반 슬래브 (b)지반침하가 발생하지 않은 접속슬래브 (c)지반침하가 발생한 접속슬래브 110
〈그림 5.12〉 지반 강성에 따른 종방향 응력 분포 (단축하중) (a)K=10MPa/m (b)K=30MPa/m (c)K=50MPa/m (d)K=100MPa/m 111
〈그림 5.13〉 지반 강성에 따른 종방향 최대 인장응력 (단축하중) 112
〈그림 5.14〉 지반 강성에 따른 횡방향 응력 분포 (단축하중) (a)K=10MPa/m (b)K=30MPa/m (c)K=50MPa/m (d)K=100MPa/m 113
〈그림 5.15〉 지반 강성에 따른 횡방향 최대 인장응력 (단축하중) 113
〈그림 5.16〉 지반 강성에 따른 종방향 응력 분포 (복축하중) (a)K=10MPa/m (b)K=30MPa/m (c)K=50MPa/m (d)K=100MPa/m 114
〈그림 5.17〉 지반 강성에 따른 종방향 최대 인장응력 (복축하중) 115
〈그림 5.18〉 지반 강성에 따른 횡방향 응력 분포 (복축하중) (a)K=10MPa/m (b)K=30MPa/m (c)K=50MPa/m (d)K=100MPa/m 116
〈그림 5.19〉 지반 강성에 따른 횡방향 최대 인장응력 (복축하중) 116
〈그림 5.20〉 단축 및 복축하중의 모서리부 하중에 의한 종방향 응력 분포 (a) 일반슬래브 (b) 지반침하가 발생하지 않은 접속슬래브 (c) 지반침하가 발생한 접속슬래브 117
〈그림 5.21〉 단축 및 복축하중의 모서리부 하중에 의한 횡방향 응력 분포 (a) 일반슬래브 (b) 지반침하가 발생하지 않은 접속슬래브 (c) 지반침하가 발생한 접속슬래브 118
〈그림 6.1〉 프리스트레스 접속슬래브 개념도 119
〈그림 6.2〉 PTAS 긴장 설계 흐름도 120
초록보기 더보기
일정한 종단과 평면선형으로 구성되는 도로는 차량 등 교통수단이 원활히 통행할 수 있는 포장된 노면을 제공한다. 그러나 산지부의 계곡이나 강과 같은 자연지형을 인위적인 종단선형으로 구성하는 과정에서 터널과 교량 등 구조물의 설치로 인하여 포장하부의 지지층이 다양한 형태로 구성되어진다. 특히, 교량과 토공부가 접속되는 뒤채움 구간에서 발생되는 부등침하로 인한 접속슬래브의 파손은 이용객의 만족도 및 도로포장 유지관리에 있어 포장 평탄성 불량에 대한 중요한 문제로 인식되고 있다.
이에 본 연구에서는 교대 뒤채움부 접속슬래브에 대한 포장 평탄성 확보방안을 모색하기 위해 접속슬래브의 파손원인과 설계개념 및 방법 그리고 접속슬래브와 완층슬래브를 통합하여 프리스트레스로 일체화한 PTAS(Post Tensioned Approach Slab)의 시험시공을 통해 접속슬래브의 거동특성을 고찰하였다. 또한 실제 시험 시공한 실물모형의 계측자료 등으로 실험적 거동특성에 대하여 분석하고, 이러한 분석결과를 토대로 구조해석모형을 통한 해석적 거동특성을 분석하였다. 이를 통해 접속슬래브에 대한 기존의 구조적인 보(Beam) 설계개념과 달리 환경 및 차량하중에 대하여 컬링 등 포장체와 유사한 거동을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이는 접속슬래브에 대한 설계접근 방법이 단순구조설계가 아닌 포장구조에 대한 해석적 차원에서 접근해야 할 필요성이 있는 것이다.
본 논문에서는 이러한 연구결과를 바탕으로 접속슬래브의 환경 및 차량하중에 대한 컬링현상에서 발생하는 최대인장응력 변화 특성을 분석하고 설계 시 고려하도록 응력기준 설계개념의 프리스트레스 접속슬래브 설계방안을 제시하였다. 더불어 시험시공 및 구조해석 과정에서 예상치 못했던 실패사례를 언급함으로써 향후 이와 관련된 연구과제에 참고토록 하였다. 교량 뒤채움부 접속슬래브에 대한 포장평탄성 문제는 공용중인 도로에 있어 극복해야 할 최대 난제로 본 연구는 이러한 문제 해결을 위한 시금석으로 실무 적용성을 위한 검증연구가 지속적으로 수행되어야 할 것으로 판단된다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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