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Abstract
목차
기호 19
제1장 서론 21
1.1. 연구배경 21
1.2. 연구목적 및 방법 24
1) 문헌고찰 및 연구동향 24
2) 현장조사 24
3) 유한요소해석 24
1.3. 논문의 구성 25
제2장 문헌고찰 및 연구동향 26
2.1. 다웰바의 이론적 배경 및 연구동향 26
2.1.1. 다웰바 이론적 해석 26
2.1.2. 다웰 지지력 계수 29
2.1.3. 교통하중 영향범위 30
2.1.4. 교통하중 재하시 슬래브간 상대처짐 34
2.1.5. 다웰 접촉부 콘크리트의 지압응력 및 인장응력 36
2.2. 다웰바 시공 및 설치기준 38
2.2.1. 다웰바 시공 방법 38
2.2.2. 다웰바 설치상태와 공용성 41
2.2.3. 비파괴 장비를 이용한 다웰바 설치상태 조사방법 47
2.2.4. 다웰바 설치상태 기준 및 공용성 52
2.3. 다웰바를 고려한 콘크리트 포장 유한요소해석 55
2.4. 소결 61
제3장 현장조사 63
3.1. 개요 63
3.1.1. 현장조사 위치 및 일시 64
3.1.2. 현장조사 방법 65
3.2. 표면경도 현장실험 결과 67
3.2.1. 줄눈 컷팅 전 표면경도 실험결과 67
3.2.2. 줄눈 컷팅 후 표면경도 실험결과 71
3.3. MIT방법을 이용한 다웰바 시공상태 조사 72
3.3.1. 수직 이동 조사결과 72
3.3.2. 종방향 이동 조사결과 74
3.3.3. 수평 기울어짐 조사결과 76
3.3.4. 수직 기울어짐 조사결과 78
3.3.5. 타이바의 설치로 인한 다웰 설치상태 변화 80
3.4. 소결 83
제4장 다웰바 설치상태를 고려한 콘크리트 포장 유한요소모형 개발 85
4.1. 개요 85
4.2. 해석모형의 형상, 요소 및 재료물성 87
4.3. 다웰바-콘크리트 접촉면 해석방법 91
4.4. 하중 조건 94
4.5. 소결 96
제5장 다웰바 단일 설치상태 변화가 슬래브 거동에 미치는 영향 해석 97
5.1. 개요 97
5.2. 수직 기울어짐 해석결과 98
5.2.1. 수평거동 시 수직 기울어짐으로 인한 인장응력 98
5.2.2. 수평거동 시 수직 기울어짐으로 인한 지압응력 103
5.2.3. 수직 기울어짐 발생 시 컬링거동 해석 결과 107
5.3. 수평 기울어짐 결과 112
5.3.1. 수평거동 시 수평 기울어짐으로 인한 인장응력 112
5.3.2. 수평거동 시 수평 기울어짐으로 인한 지압응력 115
5.3.3. 수평 기울어짐 발생 시 컬링거동 해석결과 117
5.4. 수직 이동 해석결과 120
5.4.1. 수평거동 시 수직 이동으로 인한 인장응력 및 지압응력 120
5.4.2. 수직 이동 발생 시 컬링거동 해석결과 123
5.5. 종방향 이동 해석결과 130
5.5.1. 수평거동 시 종방향 이동으로 인한 인장응력 및 지압응력 130
5.5.2. 종방향 이동 발생 시 컬링거동 해석결과 134
5.6. 소결 138
제6장 다웰바 복합 설치상태 변화가 슬래브 거동에 미치는 영향 해석 140
6.1. 개요 140
6.2. 민감도 분석 142
6.2.1. 민감도 분석을 위한 기준위치 142
6.2.2. 수직 기울어짐이 수평 기울어짐에 미치는 영향 143
6.2.3. 수직 이동이 수평 기울어짐에 미치는 영향 144
6.2.4. 종방향 이동이 수평 기울어짐에 미치는 영향 145
6.2.5. 수평 기울어짐을 기준 민감도 분석 결과 146
6.3. 복합 설치상태가 콘크리트 거동에 미치는 영향 147
6.3.1. 수평 기울어짐 0㎜일 때 복합 설치상태 해석결과 147
6.3.2. 수평 기울어짐 10㎜일 때 복합 설치상태 해석결과 149
6.3.3. 수평 기울어짐 20㎜일 때 복합 설치상태 해석결과 151
6.3.4. 수평 기울어짐 30㎜일 때 복합 설치상태 해석결과 153
6.4. 소결 155
제7장 줄눈부 콘크리트 물성 저하를 고려한 해석 157
7.1. 서론 157
7.2. DBI 진동으로 인한 콘크리트 포장 물성변화 범위 158
7.3. 해석결과 검토를 위한 콘크리트 인장강도기준 161
7.4. 물성변화를 고려한 해석결과 162
제8장 결론 165
8.1. 연구 결과 165
8.2. 연구의 활용도 167
8.3. 향후 연구 방향 168
참고문헌 169
표 2.1. 다웰바 설치상태 및 파손 42
표 2.2. 다웰바 설치기준 53
표 2.3. 조인트 스코어 54
표 3.1. 현장 표면경도 실험 결과 69
표 3.2. 다웰바 수직 이동 조사결과 요약 73
표 3.3. 다웰바 종방향 이동 결과 요약 75
표 3.4. 다웰바 수평 기울어짐 결과 요약 77
표 3.5. 다웰바 수직 기울어짐 결과 요약 79
표 4.1. 해석 파트의 형상 및 물성 90
표 4.2. 접촉부 마찰거동 모형의 파라메터 93
표 4.3. 콘크리트 포장 유한요소해석 과정 95
표 5.1. 다웰바 단일 설치조건 해석 약어 및 범위 설명 98
표 5.2. 다웰바의 국내 허용설치기준 시 각 설치상태의 최대응력 139
표 6.1. 다웰바 복합 설치조건 해석 약어 및 범위 설명 141
표 6.2. 강도를 고려한 최대 복합 조건 156
표 7.1. 다짐기 종류 및 콘크리트 종류에 따른 진동의 영향 범위 158
표 7.2. 콘크리트 슬럼프, 진동시간 및 진동 유효 반지름의 관계 159
그림 2.1. 줄눈부 슬래브 중립축에서 다웰바 처짐 및 처짐각 27
그림 2.2. 다웰바에서 휨 및 전단 거동 29
그림 2.3. 다웰바 하중 전달 영향범위 33
그림 2.4. 줄눈부에서 하중재하 시 슬래브의 상대처짐 35
그림 2.5. 어셈블리 시공 방법 40
그림 2.6. DBI 방법에 의한 다웰바 설치 40
그림 2.7. 다웰바 설치상태 42
그림 2.8. 다웰바 부근 줄눈부 종방향 균열 43
그림 2.9. 줄눈부 스폴링 43
그림 2.10. 위스콘신 주 다웰바 설치상태와 스폴링 발생 사례 45
그림 2.11. 인디애나 주 다웰바 설치상태와 스폴링 발생 사례 46
그림 2.12. GPR을 이용한 포장 상태 측정 장비 48
그림 2.13. 다웰바 설치 구간 GPR 측정 결과 시각화 사례 48
그림 2.14. MIT 원리 50
그림 2.15. MIT scan-2를 이용한 시공상태 측정 51
그림 2.16. MIT scan-2를 이용한 시공상태 측정 결과 사례 51
그림 2.17. 줄눈별 평균 조인트 스코어 산정 결과 54
그림 2.18. Khazanovich 외(2001)의 2D 유한요소 모형 56
그림 2.19. Buch 외(2007)의 인발(Pull-out)시험 58
그림 2.20. Buch 외 (2007)의 실내시험 및 수치해석 결과 비교 58
그림 2.21. Levy(2010) 해석에 사용된 환경하중 가정조건 60
그림 2.22. Levy(2010)의 3차원 유한요소 해석모형 60
그림 3.1. 현장실험 구간 전경 64
그림 3.2. 현장시험 구간 개념도 65
그림 3.3. 슬래브 내의 표면경도 측정 위치 및 측점 66
그림 3.4. 현장 표면경도 실험 전경 66
그림 3.5. 컷팅 전 표면경도실험 결과 70
그림 3.6. 줄눈부와 중앙부의 상대표면경도 비율 70
그림 3.7. 컷팅 후 표면경도변화 71
그림 3.8. 다웰바 수직 이동 조사 결과 73
그림 3.9. 다웰바 종방향 이동 조사 결과 75
그림 3.10. 다웰바 수평 기울어짐 조사 결과 77
그림 3.11. 다웰바 수직 기울어짐 조사 결과 79
그림 3.12. 다웰바 설치와 인접한 타이바 설치 81
그림 3.13. 타이바의 영향을 받은 시공상태 조사결과 82
그림 4.1. 다웰바 배치 간격 87
그림 4.2. 슬래브 및 다웰의 모형 구성 및 파트 연결 개념도 89
그림 4.3. 다웰바 설치상태를 고려한 콘크리트 포장 3차원 유한요소모형 개념도 89
그림 4.4. 다웰바와 콘크리트 사이 마찰거동 모형 개념도 92
그림 4.5. 다웰-콘크리트 접촉면 정의 개념도 93
그림 5.1. 온도차 -35℃에 대한 다웰바 주변 최대 주응력 분포 99
그림 5.2. 슬래브 수평거동 시 수직 기울어짐으로 인한 다웰바 주변의 인장응력 분포 103
그림 5.3. 온도차 -35℃에 대한 다웰바 주변 최소 주응력 분포 104
그림 5.4. 슬래브 수평거동 시 수직 기울어짐으로 인한 다웰바 접촉면 콘크리트 지압응력 107
그림 5.5. 온도 구배-0.1㎜/℃로 인한 상향컬링 형상 및 콘크리트 포장 최대 주응력 분포 108
그림 5.6. 슬래브 컬링거동 시 수직 기울어짐으로 인한 횡방향 줄눈부 포장 표면에서 발생한 콘크리트 최대 주응력 110
그림 5.7. 슬래브 수평거동 시 수평 기울어짐으로 인한 다웰바 주변 인장응력 114
그림 5.8. 슬래브 수평거동시 수평 기울어짐으로 인한 다웰바 접촉면 콘크리트 지압응력 117
그림 5.9. 슬래브 컬링거동 시 수평 기울어짐으로 인한 횡방향 줄눈을 따라 포장 표면에서 발생한 최대 주응력 119
그림 5.10. 슬래브 수평거동 시 수직 이동 상태에 따른 다웰바 주변 인장응력 121
그림 5.11. 슬래브 수평거동 시 수직 이동 상태에 따른 다웰바 주변 지압응력 123
그림 5.12. 수평거동 및 컬링거동 시 수직 이동 상태에 따른 다웰바 주변 인장응력 125
그림 5.13. 수평거동 및 컬링거동 시 수직 이동 상태에 따른 다웰바 주변 지압응력 127
그림 5.14. 슬래브 컬링거동 시 수직 이동으로 인한 횡방향 줄눈을 따라 포장 표면에서 발생한 최대 주응력 129
그림 5.15. 수평거동 시 종방향 이동 상태에 따른 다웰바 주변 인장응력 131
그림 5.16. 수평거동 시 종방향 이동 상태에 따른 다웰바 주변 지압응력 133
그림 5.17. 수평거동 및 컬링거동 시 종방향 이동 상태에 따른 다웰바 주변 인장응력 135
그림 5.18. 수평거동 및 컬링거동 시 종방향 이동 상태에 따른 다웰바 주변 인장응력 137
그림 6.1. 수평 기울어짐 및 다웰바 위치에 따른 인장응력 142
그림 6.2. 수평 기울어짐 및 수직 기울어짐에 따른 최대 인장응력 143
그림 6.3. 수평 기울어짐 및 수직 이동에 따른 최대 인장응력 144
그림 6.4. 수평 기울어짐 및 종방향 이동에 따른 최대 인장응력 145
그림 6.5. 타 설치상태가 수평 기울어짐에 미치는 영향 민감도 146
그림 6.6. 수평 기울어짐 0㎜ 일 때 복합 설치상태 인장응력 결과 149
그림 6.7. 수평 기울어짐 10㎜ 일 때 복합 설치상태 인장응력 결과 151
그림 6.8. 수평 기울어짐 20㎜ 일 때 복합 설치상태 인장응력 결과 153
그림 6.9. 수평 기울어짐 30㎜ 일 때 복합 설치상태 인장응력 결과 155
그림 7.1. 진동다짐 영향 범위를 고려한 DBI 진동 영향범위 결정 개념도 160
그림 7.2. 다웰바 진동 삽입으로 인한 물성변화를 고려한 유한요소모형 160
그림 7.3. 탄성계수와 인장강도(MOR)의 상관관계 161
그림 7.4. 콘크리트 탄성계수 변화에 따른 다웰바 주위 콘크리트 응력변화 163
그림 7.5. 콘크리트 탄성계수 변화에 따른 응력-강도비 변화 164
초록보기 더보기
콘크리트 포장은 시공 초기 발생하는 임의 균열을 제어하기 위해 줄눈(Joint)을 컷팅하여 줄눈부에 균열을 유도한다. 슬래브와 슬래브 사이 줄눈부에서 교통하중에 의한 하중전달은 주로 다웰바에 의하여 전달된다. 포장 시공시 다웰바는 슬래브 중립축에 줄눈을 따라서 설계된 간격으로 배치된다. 다웰바 설치 불량이 발생할 경우 줄눈부에 줄눈 잠김, 스폴링, 균열 및 단차와 같은 파손이 발생하고 포장의 공용수명이 감소하게 된다. 이에 본 논문에서는 콘크리트 포장의 다양한 다웰바 설치 조건이 콘크리트 포장에 미치는 영향을 해석적으로 검토하여 국내 콘크리트 포장 시스템에 합리적인 설치기준 제시방안을 마련하고자 하였다.
국내 콘크리트 포장 현장에서 발생할 수 있는 다웰바 설치 조건 변화를 조사하기 위해, 국내 고속도로 시공 현장에서 현장조사를 수행하였다. 슈미트헤머를 사용하여 콘크리트 포장의 표면경도시험을 수행하였고, MITscan-T2를 사용하여 다웰바 설치상태를 조사하였다. 그리고 조사 결과를 분석하여 시공 시 개선 방안을 검토하였다.
다웰바 설치상태가 포장의 거동에 미치는 영향을 유한요소해석방법을 사용하여 3차원으로 모사하였고, 이를 수치해석 하였다. 해석 모형의 형상, 해석방법 및 해석범위는 문헌조사, 현장조사 그리고 국내기준을 참고하여 결정하였다. 다웰바의 설치상태는 수직 기울어짐, 수평 기울어짐, 수직 이동 그리고 수평 이동을 고려하였고, 줄눈 중앙부, 차륜통과부 그리고 우각부에서 검토하였다. 각 설치상태 변화는 단일 변화 뿐 아니라 복합적 변화 및 다웰바 삽입으로 인한 물성변화까지 고려하여 현재 국내 기준의 적정성을 평가하였다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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