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공학석사 학 논문
다웰바의 종방향 유동에 따른 무근 콘크리트
포장의 구조 능력 평가
EvaluationofStructuralCapacityofJointed
ConcretePavementbyLongitudinalMovementof
DowelBar
2012년 2월
인하 학교 학원
토목공학과
정 성 원
공학석사 학 논문
다웰바의 종방향 유동에 따른 무근 콘크리트
포장의 구조 능력 평가
EvaluationofStructuralCapacityofJointed
ConcretePavementbyLongitudinalMovementof
DowelBar
2012년 2월
지도교수 정 진 훈
이 논문을 석사학 논문으로 제출함
인하 학교 학원
토목공학과
정 성 원
本 論文을 鄭盛元의 工學碩士學位 論文으로 認定함
2012年 2月
주심
부심
원
-i-
요 지
국내의 콘크리트 포장은 주로 어셈블리 방법을 이용하여 다웰바를 시공
한다이에 따라다웰바 자동삽입방법(DBIdowelbarInserter)을 국내에
도입하기 하여 시험시공을 실시하 고 시험시공구간에서의 다웰바 삽입상
태를 MIT-SCAN2를 이용하여 조사하 다그 결과상당수의 다웰바가 큰
종방향유동을 보 으며 국내의 시공기 을 과하 다하지만 장조사 결
과다웰바의 종방향유동과 하 달률(LTEloadtransferefficiency)사이
에서 연 성을 찾기 힘들었으며포장체 공용성에도 큰 향을 미치지 않았
다
재국내의 콘크리트 포장에 설치되는 다웰바는 50mm의 종방
향유동을 허용하고 있지만 이 기 은 합리 인 근거 없이 국외의 기 에
의해 설정된 것이며 국내 실정에는 합하다고 할 수 없다이에 따라합
리 인 다웰바 종방향유동 기 을 검토할 필요가 있다
본 논문은 장 자료를 바탕으로 3차원 유한요소해석을 이용하여 다
웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 검토하 다3차
원 구조해석 모델은 온도구배 열림골재 맞물림을 변수로 고려하
으며 다웰바의 종방향유동에 따른 슬래 의 하 달률과 최 주응력의
변화를 검토하 다그리고 해석 방법을 통한 검토를 바탕으로온도구
배에 따른 부에서의 소성균열 방향을 측하 다본 연구는구조
인 결함이 발생하지 않는 범 의 국내 콘크리트 포장에 해서새로운
다웰바 종방향유동 허용량을 제안하기 한 기 자료로 활용될 것으로
단한다
-ii-
Abstract
Assembly method has been usually using in nationwidewhen
dowel-barsareconstructedforthejointedconcretepavementForthis
reasontestconstructionwithDBImethodwasperformedtointroduce
indomesticandMIT-SCAN2wasusingforinspectionofthestateof
dowel-bars insertion atthe testconstruction sectionAs a result
manydowel-barsmovedtolongitudinaldirectionanditexceededthe
construction standard in domesticButtherewasnotany adirect
correlation between longitudinalmovementofdowel-barsand LTE
Moreoveritdoesnotaffecttotheperformanceofpavement
Longitudinalmovementofdowel-barwhich is installed in the
jointedconcretepavementispermittedby50mm indomesticHowever
thestandardfollowsnotfordomesticbutforamericananditisnot
properin domesticAsaresultlongitudinalmovementstandardof
dowel-barsfordomesticcoulddowithevaluation
Inthisthesis3D-FEM wasperformedtoevaluatethestructural
capacity of concrete pavement by longitudinal movement of
dowel-bars Temperature gradation joint opening and aggregate
interlocking were considered for3D analysisand itreviewed the
change of maximum principal stress and LTE as longitudinal
movement of dowel-bar Alsodirection of plastic cracks were
predicted with evaluation through theanalysismethodThis study
mightbeusedasbasicdatatoproposethestandard forlongitudinal
movementofdowel-barindomesticwhenanystructuraldefectsisnot
occurredinconcretepavement
-iii-
목 차
요 지middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ
Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ
목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotiii
표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotvi
그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ
제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1
11연구배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1
12국내middot외 연구동향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4
121국내 연구동향middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4
122국외 연구동향middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7
1221일반 인 부 공용성 평가middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향 9
13연구방법 범 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14
21시험시공 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14
211다웰바 어셈블리 방법(국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15
212다웰바 자동삽입 방법(국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
22 장조사 시험계획middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21
221조사구간 조사방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21
222조사기간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
23조사구간 결과분석(다웰바 종방향 유동)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24
231다웰바 자동삽입 시공구간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24
232다웰바 어셈블리 시공구간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
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제 3장 장 시험시공 2차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
31배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
32 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
321 의 선정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
322시험시간 측정장비middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
323시험하 시험 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
33조사구간 결과분석middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
41FEM 모델의 개요 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
42FEM에 용한 재료 물성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
43교통하 환경하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
제 5장 FEM 구조해석 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
51구조해석모델의 유효성 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
511해석모델의 유효성 검토 모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
512하 달률(LTE)검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42
53다웰바 종방향 유동에 따른 슬래 응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45
533소성거동을 고려한 경우middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51
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제 6장 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot59
참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61
부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
A 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot65
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot69
감사의 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76
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표 목 차
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 23국내의 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 24 장조사 일시 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 25일차별 번호 개수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 31선정 의 종방향유동량 평균middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
표 43 열림에 따른 스 링 강성값(Maitraetal2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
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그 림 목 차
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태 분석결과(한국도로
공사2002)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)middotmiddot15
그림 22다웰바 어셈블리 방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17
그림 24다웰바의 5가지 시공상태middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)middotmiddotmiddot21
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 27 장조사 개요도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25
그림 210다웰바별 자동삽입 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 212다웰바별 어셈블리 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률(137111619번
에 한 하 달률)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
그림 41FEM 모델의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교40
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
그림 54 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화(슬래 상middot
하부 온도구배 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50
-viii-
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(온도구배 없을 시)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddot56
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58
-1-
제 1장 서 론
11연구배경 목
콘크리트포장(JCPJointedConcretePavement)에서 (joint)은
슬래 의 온도나 습도 변화에 따른 구속응력에 의해 슬래 내부에 종방
향 균열이나 횡방향 균열이 발생하는 것을 방지하기 해서 설치한다균
열 발생의 제어 없이는 구조 는 기능 괴를 유발할 수 있는 불규
칙한 균열을 발생시키기 때문이다
이러한 목 으로 설치된 은 불연속면이기 때문에 교통하 의 분산
이 이루어지지 않으며구조 으로 취약하여 때로는 손상의 원인을 제공
하기도 하는데손상형태로는 부 스폴링(jointspalling)펌핑(water
pumping)단차(faulting)우각부 균열(cornerbreak)꺾임(blow-up)등을
들 수 있다(SHRP1993)이러한 손상으로 인해 콘크리트포장의 손
을 래하고 있으며 막 한 유지 리비가 소모되고 있는 실정이다따라
서 콘크리트포장의 부는 한 구조 성능과 내구성을 가진
방법으로 설계 시공되어야 한다
따라서이를 보완하기 해서 에는 인 슬래 로 하 을 분산시
켜주는 역할을 하는 하 달장치(일반 으로 다웰바)를 설치한다(이재훈
외2010)이는 슬래 에 발생하는 응력을 감소시켜 뿐만 아니라 슬래
간의 부등침하로 발생하는 단차를 감소시켜주는 역할을 수행한다그러
나 시공시의 충격이나 진동 등의 변수들로 인해 콘크리트 슬래 속에 매
설된 다웰바는 수평sdot수직 치 방향에 따라 유동을 하게 된다다양
한 연구결과를 통해서 수평sdot수직엇갈림은 부의 스폴링이나 균열을
유발할 수 있으며각 방향으로의 유동은 하 달률을 감소시킬 수 있는
-2-
것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
-3-
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
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12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
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입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
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(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
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다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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15 콘크리트 포장의 강성 산정 연구 범 이승우권순민김
성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
21Initiating Cracksin PCC PavementsMalcolm KLimPE2009
Technology Transfer Concrete Consortium(TTCC) and National
ConcreteConsortium(NCC)
22AASHTOAASHTO Guide forDesign ofPavementStructures
WashingtonDC1993
23NCHRP (1979)Joint-RelatedDistressin PCC PavementNCHRP
SynthesisofHighway Practice 56Transportation Research Board
January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
LoadTransferAcrossJointsandCracksinRigidPavementUsingthe
FWDCTRRR460-2
25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
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27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
a DowelBar InserterReportRDT-009MissouriDepartmentof
TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
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20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
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C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
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20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
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20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
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20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
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C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
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D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
공학석사 학 논문
다웰바의 종방향 유동에 따른 무근 콘크리트
포장의 구조 능력 평가
EvaluationofStructuralCapacityofJointed
ConcretePavementbyLongitudinalMovementof
DowelBar
2012년 2월
지도교수 정 진 훈
이 논문을 석사학 논문으로 제출함
인하 학교 학원
토목공학과
정 성 원
本 論文을 鄭盛元의 工學碩士學位 論文으로 認定함
2012年 2月
주심
부심
원
-i-
요 지
국내의 콘크리트 포장은 주로 어셈블리 방법을 이용하여 다웰바를 시공
한다이에 따라다웰바 자동삽입방법(DBIdowelbarInserter)을 국내에
도입하기 하여 시험시공을 실시하 고 시험시공구간에서의 다웰바 삽입상
태를 MIT-SCAN2를 이용하여 조사하 다그 결과상당수의 다웰바가 큰
종방향유동을 보 으며 국내의 시공기 을 과하 다하지만 장조사 결
과다웰바의 종방향유동과 하 달률(LTEloadtransferefficiency)사이
에서 연 성을 찾기 힘들었으며포장체 공용성에도 큰 향을 미치지 않았
다
재국내의 콘크리트 포장에 설치되는 다웰바는 50mm의 종방
향유동을 허용하고 있지만 이 기 은 합리 인 근거 없이 국외의 기 에
의해 설정된 것이며 국내 실정에는 합하다고 할 수 없다이에 따라합
리 인 다웰바 종방향유동 기 을 검토할 필요가 있다
본 논문은 장 자료를 바탕으로 3차원 유한요소해석을 이용하여 다
웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 검토하 다3차
원 구조해석 모델은 온도구배 열림골재 맞물림을 변수로 고려하
으며 다웰바의 종방향유동에 따른 슬래 의 하 달률과 최 주응력의
변화를 검토하 다그리고 해석 방법을 통한 검토를 바탕으로온도구
배에 따른 부에서의 소성균열 방향을 측하 다본 연구는구조
인 결함이 발생하지 않는 범 의 국내 콘크리트 포장에 해서새로운
다웰바 종방향유동 허용량을 제안하기 한 기 자료로 활용될 것으로
단한다
-ii-
Abstract
Assembly method has been usually using in nationwidewhen
dowel-barsareconstructedforthejointedconcretepavementForthis
reasontestconstructionwithDBImethodwasperformedtointroduce
indomesticandMIT-SCAN2wasusingforinspectionofthestateof
dowel-bars insertion atthe testconstruction sectionAs a result
manydowel-barsmovedtolongitudinaldirectionanditexceededthe
construction standard in domesticButtherewasnotany adirect
correlation between longitudinalmovementofdowel-barsand LTE
Moreoveritdoesnotaffecttotheperformanceofpavement
Longitudinalmovementofdowel-barwhich is installed in the
jointedconcretepavementispermittedby50mm indomesticHowever
thestandardfollowsnotfordomesticbutforamericananditisnot
properin domesticAsaresultlongitudinalmovementstandardof
dowel-barsfordomesticcoulddowithevaluation
Inthisthesis3D-FEM wasperformedtoevaluatethestructural
capacity of concrete pavement by longitudinal movement of
dowel-bars Temperature gradation joint opening and aggregate
interlocking were considered for3D analysisand itreviewed the
change of maximum principal stress and LTE as longitudinal
movement of dowel-bar Alsodirection of plastic cracks were
predicted with evaluation through theanalysismethodThis study
mightbeusedasbasicdatatoproposethestandard forlongitudinal
movementofdowel-barindomesticwhenanystructuraldefectsisnot
occurredinconcretepavement
-iii-
목 차
요 지middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ
Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ
목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotiii
표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotvi
그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ
제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1
11연구배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1
12국내middot외 연구동향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4
121국내 연구동향middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4
122국외 연구동향middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7
1221일반 인 부 공용성 평가middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향 9
13연구방법 범 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14
21시험시공 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14
211다웰바 어셈블리 방법(국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15
212다웰바 자동삽입 방법(국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
22 장조사 시험계획middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21
221조사구간 조사방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21
222조사기간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
23조사구간 결과분석(다웰바 종방향 유동)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24
231다웰바 자동삽입 시공구간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24
232다웰바 어셈블리 시공구간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
-iv-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
31배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
32 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
321 의 선정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
322시험시간 측정장비middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
323시험하 시험 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
33조사구간 결과분석middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
41FEM 모델의 개요 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
42FEM에 용한 재료 물성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
43교통하 환경하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
제 5장 FEM 구조해석 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
51구조해석모델의 유효성 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
511해석모델의 유효성 검토 모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
512하 달률(LTE)검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42
53다웰바 종방향 유동에 따른 슬래 응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45
533소성거동을 고려한 경우middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51
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제 6장 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot59
참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61
부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
A 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot65
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot69
감사의 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76
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표 목 차
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 23국내의 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 24 장조사 일시 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 25일차별 번호 개수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 31선정 의 종방향유동량 평균middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
표 43 열림에 따른 스 링 강성값(Maitraetal2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
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그 림 목 차
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태 분석결과(한국도로
공사2002)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)middotmiddot15
그림 22다웰바 어셈블리 방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17
그림 24다웰바의 5가지 시공상태middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)middotmiddotmiddot21
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 27 장조사 개요도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25
그림 210다웰바별 자동삽입 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 212다웰바별 어셈블리 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률(137111619번
에 한 하 달률)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
그림 41FEM 모델의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교40
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
그림 54 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화(슬래 상middot
하부 온도구배 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50
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그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(온도구배 없을 시)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddot56
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58
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제 1장 서 론
11연구배경 목
콘크리트포장(JCPJointedConcretePavement)에서 (joint)은
슬래 의 온도나 습도 변화에 따른 구속응력에 의해 슬래 내부에 종방
향 균열이나 횡방향 균열이 발생하는 것을 방지하기 해서 설치한다균
열 발생의 제어 없이는 구조 는 기능 괴를 유발할 수 있는 불규
칙한 균열을 발생시키기 때문이다
이러한 목 으로 설치된 은 불연속면이기 때문에 교통하 의 분산
이 이루어지지 않으며구조 으로 취약하여 때로는 손상의 원인을 제공
하기도 하는데손상형태로는 부 스폴링(jointspalling)펌핑(water
pumping)단차(faulting)우각부 균열(cornerbreak)꺾임(blow-up)등을
들 수 있다(SHRP1993)이러한 손상으로 인해 콘크리트포장의 손
을 래하고 있으며 막 한 유지 리비가 소모되고 있는 실정이다따라
서 콘크리트포장의 부는 한 구조 성능과 내구성을 가진
방법으로 설계 시공되어야 한다
따라서이를 보완하기 해서 에는 인 슬래 로 하 을 분산시
켜주는 역할을 하는 하 달장치(일반 으로 다웰바)를 설치한다(이재훈
외2010)이는 슬래 에 발생하는 응력을 감소시켜 뿐만 아니라 슬래
간의 부등침하로 발생하는 단차를 감소시켜주는 역할을 수행한다그러
나 시공시의 충격이나 진동 등의 변수들로 인해 콘크리트 슬래 속에 매
설된 다웰바는 수평sdot수직 치 방향에 따라 유동을 하게 된다다양
한 연구결과를 통해서 수평sdot수직엇갈림은 부의 스폴링이나 균열을
유발할 수 있으며각 방향으로의 유동은 하 달률을 감소시킬 수 있는
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것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
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그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
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12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
-5-
입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
-6-
(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
-8-
다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
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D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
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하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
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D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
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(0333
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(0667
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D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
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하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
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D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
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(0333cm)
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(0667cm)
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(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
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감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
本 論文을 鄭盛元의 工學碩士學位 論文으로 認定함
2012年 2月
주심
부심
원
-i-
요 지
국내의 콘크리트 포장은 주로 어셈블리 방법을 이용하여 다웰바를 시공
한다이에 따라다웰바 자동삽입방법(DBIdowelbarInserter)을 국내에
도입하기 하여 시험시공을 실시하 고 시험시공구간에서의 다웰바 삽입상
태를 MIT-SCAN2를 이용하여 조사하 다그 결과상당수의 다웰바가 큰
종방향유동을 보 으며 국내의 시공기 을 과하 다하지만 장조사 결
과다웰바의 종방향유동과 하 달률(LTEloadtransferefficiency)사이
에서 연 성을 찾기 힘들었으며포장체 공용성에도 큰 향을 미치지 않았
다
재국내의 콘크리트 포장에 설치되는 다웰바는 50mm의 종방
향유동을 허용하고 있지만 이 기 은 합리 인 근거 없이 국외의 기 에
의해 설정된 것이며 국내 실정에는 합하다고 할 수 없다이에 따라합
리 인 다웰바 종방향유동 기 을 검토할 필요가 있다
본 논문은 장 자료를 바탕으로 3차원 유한요소해석을 이용하여 다
웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 검토하 다3차
원 구조해석 모델은 온도구배 열림골재 맞물림을 변수로 고려하
으며 다웰바의 종방향유동에 따른 슬래 의 하 달률과 최 주응력의
변화를 검토하 다그리고 해석 방법을 통한 검토를 바탕으로온도구
배에 따른 부에서의 소성균열 방향을 측하 다본 연구는구조
인 결함이 발생하지 않는 범 의 국내 콘크리트 포장에 해서새로운
다웰바 종방향유동 허용량을 제안하기 한 기 자료로 활용될 것으로
단한다
-ii-
Abstract
Assembly method has been usually using in nationwidewhen
dowel-barsareconstructedforthejointedconcretepavementForthis
reasontestconstructionwithDBImethodwasperformedtointroduce
indomesticandMIT-SCAN2wasusingforinspectionofthestateof
dowel-bars insertion atthe testconstruction sectionAs a result
manydowel-barsmovedtolongitudinaldirectionanditexceededthe
construction standard in domesticButtherewasnotany adirect
correlation between longitudinalmovementofdowel-barsand LTE
Moreoveritdoesnotaffecttotheperformanceofpavement
Longitudinalmovementofdowel-barwhich is installed in the
jointedconcretepavementispermittedby50mm indomesticHowever
thestandardfollowsnotfordomesticbutforamericananditisnot
properin domesticAsaresultlongitudinalmovementstandardof
dowel-barsfordomesticcoulddowithevaluation
Inthisthesis3D-FEM wasperformedtoevaluatethestructural
capacity of concrete pavement by longitudinal movement of
dowel-bars Temperature gradation joint opening and aggregate
interlocking were considered for3D analysisand itreviewed the
change of maximum principal stress and LTE as longitudinal
movement of dowel-bar Alsodirection of plastic cracks were
predicted with evaluation through theanalysismethodThis study
mightbeusedasbasicdatatoproposethestandard forlongitudinal
movementofdowel-barindomesticwhenanystructuraldefectsisnot
occurredinconcretepavement
-iii-
목 차
요 지middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ
Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ
목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotiii
표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotvi
그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ
제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1
11연구배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1
12국내middot외 연구동향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4
121국내 연구동향middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4
122국외 연구동향middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7
1221일반 인 부 공용성 평가middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향 9
13연구방법 범 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14
21시험시공 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14
211다웰바 어셈블리 방법(국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15
212다웰바 자동삽입 방법(국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
22 장조사 시험계획middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21
221조사구간 조사방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21
222조사기간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
23조사구간 결과분석(다웰바 종방향 유동)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24
231다웰바 자동삽입 시공구간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24
232다웰바 어셈블리 시공구간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
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제 3장 장 시험시공 2차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
31배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
32 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
321 의 선정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
322시험시간 측정장비middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
323시험하 시험 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
33조사구간 결과분석middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
41FEM 모델의 개요 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
42FEM에 용한 재료 물성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
43교통하 환경하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
제 5장 FEM 구조해석 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
51구조해석모델의 유효성 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
511해석모델의 유효성 검토 모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
512하 달률(LTE)검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42
53다웰바 종방향 유동에 따른 슬래 응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45
533소성거동을 고려한 경우middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51
-v-
제 6장 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot59
참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61
부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
A 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot65
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot69
감사의 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76
-vi-
표 목 차
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 23국내의 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 24 장조사 일시 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 25일차별 번호 개수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 31선정 의 종방향유동량 평균middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
표 43 열림에 따른 스 링 강성값(Maitraetal2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
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그 림 목 차
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태 분석결과(한국도로
공사2002)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)middotmiddot15
그림 22다웰바 어셈블리 방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17
그림 24다웰바의 5가지 시공상태middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)middotmiddotmiddot21
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 27 장조사 개요도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25
그림 210다웰바별 자동삽입 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 212다웰바별 어셈블리 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률(137111619번
에 한 하 달률)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
그림 41FEM 모델의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교40
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
그림 54 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화(슬래 상middot
하부 온도구배 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50
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그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(온도구배 없을 시)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddot56
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58
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제 1장 서 론
11연구배경 목
콘크리트포장(JCPJointedConcretePavement)에서 (joint)은
슬래 의 온도나 습도 변화에 따른 구속응력에 의해 슬래 내부에 종방
향 균열이나 횡방향 균열이 발생하는 것을 방지하기 해서 설치한다균
열 발생의 제어 없이는 구조 는 기능 괴를 유발할 수 있는 불규
칙한 균열을 발생시키기 때문이다
이러한 목 으로 설치된 은 불연속면이기 때문에 교통하 의 분산
이 이루어지지 않으며구조 으로 취약하여 때로는 손상의 원인을 제공
하기도 하는데손상형태로는 부 스폴링(jointspalling)펌핑(water
pumping)단차(faulting)우각부 균열(cornerbreak)꺾임(blow-up)등을
들 수 있다(SHRP1993)이러한 손상으로 인해 콘크리트포장의 손
을 래하고 있으며 막 한 유지 리비가 소모되고 있는 실정이다따라
서 콘크리트포장의 부는 한 구조 성능과 내구성을 가진
방법으로 설계 시공되어야 한다
따라서이를 보완하기 해서 에는 인 슬래 로 하 을 분산시
켜주는 역할을 하는 하 달장치(일반 으로 다웰바)를 설치한다(이재훈
외2010)이는 슬래 에 발생하는 응력을 감소시켜 뿐만 아니라 슬래
간의 부등침하로 발생하는 단차를 감소시켜주는 역할을 수행한다그러
나 시공시의 충격이나 진동 등의 변수들로 인해 콘크리트 슬래 속에 매
설된 다웰바는 수평sdot수직 치 방향에 따라 유동을 하게 된다다양
한 연구결과를 통해서 수평sdot수직엇갈림은 부의 스폴링이나 균열을
유발할 수 있으며각 방향으로의 유동은 하 달률을 감소시킬 수 있는
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것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
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그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
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12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
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입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
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(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
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122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
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다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
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보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-i-
요 지
국내의 콘크리트 포장은 주로 어셈블리 방법을 이용하여 다웰바를 시공
한다이에 따라다웰바 자동삽입방법(DBIdowelbarInserter)을 국내에
도입하기 하여 시험시공을 실시하 고 시험시공구간에서의 다웰바 삽입상
태를 MIT-SCAN2를 이용하여 조사하 다그 결과상당수의 다웰바가 큰
종방향유동을 보 으며 국내의 시공기 을 과하 다하지만 장조사 결
과다웰바의 종방향유동과 하 달률(LTEloadtransferefficiency)사이
에서 연 성을 찾기 힘들었으며포장체 공용성에도 큰 향을 미치지 않았
다
재국내의 콘크리트 포장에 설치되는 다웰바는 50mm의 종방
향유동을 허용하고 있지만 이 기 은 합리 인 근거 없이 국외의 기 에
의해 설정된 것이며 국내 실정에는 합하다고 할 수 없다이에 따라합
리 인 다웰바 종방향유동 기 을 검토할 필요가 있다
본 논문은 장 자료를 바탕으로 3차원 유한요소해석을 이용하여 다
웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 검토하 다3차
원 구조해석 모델은 온도구배 열림골재 맞물림을 변수로 고려하
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Abstract
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목 차
요 지middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ
Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ
목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotiii
표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotvi
그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ
제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1
11연구배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1
12국내middot외 연구동향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4
121국내 연구동향middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4
122국외 연구동향middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7
1221일반 인 부 공용성 평가middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향 9
13연구방법 범 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14
21시험시공 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14
211다웰바 어셈블리 방법(국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15
212다웰바 자동삽입 방법(국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
22 장조사 시험계획middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21
221조사구간 조사방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21
222조사기간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
23조사구간 결과분석(다웰바 종방향 유동)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24
231다웰바 자동삽입 시공구간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24
232다웰바 어셈블리 시공구간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
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제 3장 장 시험시공 2차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
31배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
32 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
321 의 선정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
322시험시간 측정장비middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
323시험하 시험 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
33조사구간 결과분석middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
41FEM 모델의 개요 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
42FEM에 용한 재료 물성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
43교통하 환경하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
제 5장 FEM 구조해석 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
51구조해석모델의 유효성 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
511해석모델의 유효성 검토 모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
512하 달률(LTE)검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42
53다웰바 종방향 유동에 따른 슬래 응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45
533소성거동을 고려한 경우middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51
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제 6장 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot59
참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61
부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
A 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot65
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot69
감사의 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76
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표 목 차
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 23국내의 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 24 장조사 일시 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 25일차별 번호 개수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 31선정 의 종방향유동량 평균middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
표 43 열림에 따른 스 링 강성값(Maitraetal2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
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그 림 목 차
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태 분석결과(한국도로
공사2002)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)middotmiddot15
그림 22다웰바 어셈블리 방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17
그림 24다웰바의 5가지 시공상태middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)middotmiddotmiddot21
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 27 장조사 개요도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25
그림 210다웰바별 자동삽입 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 212다웰바별 어셈블리 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률(137111619번
에 한 하 달률)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
그림 41FEM 모델의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교40
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
그림 54 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화(슬래 상middot
하부 온도구배 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50
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그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(온도구배 없을 시)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddot56
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58
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제 1장 서 론
11연구배경 목
콘크리트포장(JCPJointedConcretePavement)에서 (joint)은
슬래 의 온도나 습도 변화에 따른 구속응력에 의해 슬래 내부에 종방
향 균열이나 횡방향 균열이 발생하는 것을 방지하기 해서 설치한다균
열 발생의 제어 없이는 구조 는 기능 괴를 유발할 수 있는 불규
칙한 균열을 발생시키기 때문이다
이러한 목 으로 설치된 은 불연속면이기 때문에 교통하 의 분산
이 이루어지지 않으며구조 으로 취약하여 때로는 손상의 원인을 제공
하기도 하는데손상형태로는 부 스폴링(jointspalling)펌핑(water
pumping)단차(faulting)우각부 균열(cornerbreak)꺾임(blow-up)등을
들 수 있다(SHRP1993)이러한 손상으로 인해 콘크리트포장의 손
을 래하고 있으며 막 한 유지 리비가 소모되고 있는 실정이다따라
서 콘크리트포장의 부는 한 구조 성능과 내구성을 가진
방법으로 설계 시공되어야 한다
따라서이를 보완하기 해서 에는 인 슬래 로 하 을 분산시
켜주는 역할을 하는 하 달장치(일반 으로 다웰바)를 설치한다(이재훈
외2010)이는 슬래 에 발생하는 응력을 감소시켜 뿐만 아니라 슬래
간의 부등침하로 발생하는 단차를 감소시켜주는 역할을 수행한다그러
나 시공시의 충격이나 진동 등의 변수들로 인해 콘크리트 슬래 속에 매
설된 다웰바는 수평sdot수직 치 방향에 따라 유동을 하게 된다다양
한 연구결과를 통해서 수평sdot수직엇갈림은 부의 스폴링이나 균열을
유발할 수 있으며각 방향으로의 유동은 하 달률을 감소시킬 수 있는
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것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
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그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
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12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
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입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
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(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
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122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
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다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
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보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
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해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
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험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
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13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
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10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
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제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
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211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
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(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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NationalResearchCouncilWashingtonDC
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Dowel-AlignmentEvaluationThe5thICPT
27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
a DowelBar InserterReportRDT-009MissouriDepartmentof
TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
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Case1 열림(mm)
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종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
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Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
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Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
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D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
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하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
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D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
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하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
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D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
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D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
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하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
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D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
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감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-ii-
Abstract
Assembly method has been usually using in nationwidewhen
dowel-barsareconstructedforthejointedconcretepavementForthis
reasontestconstructionwithDBImethodwasperformedtointroduce
indomesticandMIT-SCAN2wasusingforinspectionofthestateof
dowel-bars insertion atthe testconstruction sectionAs a result
manydowel-barsmovedtolongitudinaldirectionanditexceededthe
construction standard in domesticButtherewasnotany adirect
correlation between longitudinalmovementofdowel-barsand LTE
Moreoveritdoesnotaffecttotheperformanceofpavement
Longitudinalmovementofdowel-barwhich is installed in the
jointedconcretepavementispermittedby50mm indomesticHowever
thestandardfollowsnotfordomesticbutforamericananditisnot
properin domesticAsaresultlongitudinalmovementstandardof
dowel-barsfordomesticcoulddowithevaluation
Inthisthesis3D-FEM wasperformedtoevaluatethestructural
capacity of concrete pavement by longitudinal movement of
dowel-bars Temperature gradation joint opening and aggregate
interlocking were considered for3D analysisand itreviewed the
change of maximum principal stress and LTE as longitudinal
movement of dowel-bar Alsodirection of plastic cracks were
predicted with evaluation through theanalysismethodThis study
mightbeusedasbasicdatatoproposethestandard forlongitudinal
movementofdowel-barindomesticwhenanystructuraldefectsisnot
occurredinconcretepavement
-iii-
목 차
요 지middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ
Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ
목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotiii
표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotvi
그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ
제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1
11연구배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1
12국내middot외 연구동향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4
121국내 연구동향middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4
122국외 연구동향middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7
1221일반 인 부 공용성 평가middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향 9
13연구방법 범 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14
21시험시공 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14
211다웰바 어셈블리 방법(국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15
212다웰바 자동삽입 방법(국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
22 장조사 시험계획middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21
221조사구간 조사방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21
222조사기간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
23조사구간 결과분석(다웰바 종방향 유동)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24
231다웰바 자동삽입 시공구간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24
232다웰바 어셈블리 시공구간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
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제 3장 장 시험시공 2차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
31배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
32 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
321 의 선정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
322시험시간 측정장비middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
323시험하 시험 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
33조사구간 결과분석middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
41FEM 모델의 개요 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
42FEM에 용한 재료 물성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
43교통하 환경하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
제 5장 FEM 구조해석 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
51구조해석모델의 유효성 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
511해석모델의 유효성 검토 모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
512하 달률(LTE)검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42
53다웰바 종방향 유동에 따른 슬래 응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45
533소성거동을 고려한 경우middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51
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제 6장 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot59
참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61
부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
A 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot65
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot69
감사의 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76
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표 목 차
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 23국내의 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 24 장조사 일시 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 25일차별 번호 개수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 31선정 의 종방향유동량 평균middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
표 43 열림에 따른 스 링 강성값(Maitraetal2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
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그 림 목 차
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태 분석결과(한국도로
공사2002)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)middotmiddot15
그림 22다웰바 어셈블리 방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17
그림 24다웰바의 5가지 시공상태middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)middotmiddotmiddot21
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 27 장조사 개요도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25
그림 210다웰바별 자동삽입 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 212다웰바별 어셈블리 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률(137111619번
에 한 하 달률)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
그림 41FEM 모델의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교40
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
그림 54 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화(슬래 상middot
하부 온도구배 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50
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그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(온도구배 없을 시)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddot56
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58
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제 1장 서 론
11연구배경 목
콘크리트포장(JCPJointedConcretePavement)에서 (joint)은
슬래 의 온도나 습도 변화에 따른 구속응력에 의해 슬래 내부에 종방
향 균열이나 횡방향 균열이 발생하는 것을 방지하기 해서 설치한다균
열 발생의 제어 없이는 구조 는 기능 괴를 유발할 수 있는 불규
칙한 균열을 발생시키기 때문이다
이러한 목 으로 설치된 은 불연속면이기 때문에 교통하 의 분산
이 이루어지지 않으며구조 으로 취약하여 때로는 손상의 원인을 제공
하기도 하는데손상형태로는 부 스폴링(jointspalling)펌핑(water
pumping)단차(faulting)우각부 균열(cornerbreak)꺾임(blow-up)등을
들 수 있다(SHRP1993)이러한 손상으로 인해 콘크리트포장의 손
을 래하고 있으며 막 한 유지 리비가 소모되고 있는 실정이다따라
서 콘크리트포장의 부는 한 구조 성능과 내구성을 가진
방법으로 설계 시공되어야 한다
따라서이를 보완하기 해서 에는 인 슬래 로 하 을 분산시
켜주는 역할을 하는 하 달장치(일반 으로 다웰바)를 설치한다(이재훈
외2010)이는 슬래 에 발생하는 응력을 감소시켜 뿐만 아니라 슬래
간의 부등침하로 발생하는 단차를 감소시켜주는 역할을 수행한다그러
나 시공시의 충격이나 진동 등의 변수들로 인해 콘크리트 슬래 속에 매
설된 다웰바는 수평sdot수직 치 방향에 따라 유동을 하게 된다다양
한 연구결과를 통해서 수평sdot수직엇갈림은 부의 스폴링이나 균열을
유발할 수 있으며각 방향으로의 유동은 하 달률을 감소시킬 수 있는
-2-
것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
-3-
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
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12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
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입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
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(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
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122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
-8-
다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
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감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
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호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
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목 차
요 지middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ
Abstractmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅱ
목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotiii
표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotvi
그림목차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ
제 1장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1
11연구배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1
12국내middot외 연구동향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4
121국내 연구동향middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4
122국외 연구동향middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7
1221일반 인 부 공용성 평가middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향 9
13연구방법 범 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14
21시험시공 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14
211다웰바 어셈블리 방법(국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15
212다웰바 자동삽입 방법(국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
22 장조사 시험계획middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21
221조사구간 조사방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21
222조사기간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
23조사구간 결과분석(다웰바 종방향 유동)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24
231다웰바 자동삽입 시공구간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24
232다웰바 어셈블리 시공구간middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
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제 3장 장 시험시공 2차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
31배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
32 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
321 의 선정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
322시험시간 측정장비middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
323시험하 시험 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
33조사구간 결과분석middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
41FEM 모델의 개요 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
42FEM에 용한 재료 물성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
43교통하 환경하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
제 5장 FEM 구조해석 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
51구조해석모델의 유효성 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
511해석모델의 유효성 검토 모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
512하 달률(LTE)검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42
53다웰바 종방향 유동에 따른 슬래 응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45
533소성거동을 고려한 경우middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51
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제 6장 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot59
참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61
부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
A 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot65
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot69
감사의 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76
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표 목 차
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 23국내의 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 24 장조사 일시 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 25일차별 번호 개수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 31선정 의 종방향유동량 평균middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
표 43 열림에 따른 스 링 강성값(Maitraetal2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
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그 림 목 차
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태 분석결과(한국도로
공사2002)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)middotmiddot15
그림 22다웰바 어셈블리 방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17
그림 24다웰바의 5가지 시공상태middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)middotmiddotmiddot21
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 27 장조사 개요도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25
그림 210다웰바별 자동삽입 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 212다웰바별 어셈블리 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률(137111619번
에 한 하 달률)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
그림 41FEM 모델의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교40
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
그림 54 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화(슬래 상middot
하부 온도구배 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50
-viii-
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(온도구배 없을 시)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddot56
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58
-1-
제 1장 서 론
11연구배경 목
콘크리트포장(JCPJointedConcretePavement)에서 (joint)은
슬래 의 온도나 습도 변화에 따른 구속응력에 의해 슬래 내부에 종방
향 균열이나 횡방향 균열이 발생하는 것을 방지하기 해서 설치한다균
열 발생의 제어 없이는 구조 는 기능 괴를 유발할 수 있는 불규
칙한 균열을 발생시키기 때문이다
이러한 목 으로 설치된 은 불연속면이기 때문에 교통하 의 분산
이 이루어지지 않으며구조 으로 취약하여 때로는 손상의 원인을 제공
하기도 하는데손상형태로는 부 스폴링(jointspalling)펌핑(water
pumping)단차(faulting)우각부 균열(cornerbreak)꺾임(blow-up)등을
들 수 있다(SHRP1993)이러한 손상으로 인해 콘크리트포장의 손
을 래하고 있으며 막 한 유지 리비가 소모되고 있는 실정이다따라
서 콘크리트포장의 부는 한 구조 성능과 내구성을 가진
방법으로 설계 시공되어야 한다
따라서이를 보완하기 해서 에는 인 슬래 로 하 을 분산시
켜주는 역할을 하는 하 달장치(일반 으로 다웰바)를 설치한다(이재훈
외2010)이는 슬래 에 발생하는 응력을 감소시켜 뿐만 아니라 슬래
간의 부등침하로 발생하는 단차를 감소시켜주는 역할을 수행한다그러
나 시공시의 충격이나 진동 등의 변수들로 인해 콘크리트 슬래 속에 매
설된 다웰바는 수평sdot수직 치 방향에 따라 유동을 하게 된다다양
한 연구결과를 통해서 수평sdot수직엇갈림은 부의 스폴링이나 균열을
유발할 수 있으며각 방향으로의 유동은 하 달률을 감소시킬 수 있는
-2-
것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
-3-
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
-4-
12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
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입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
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(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
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다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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분석썬런쥬안임진선정진훈2008한국도로학회 논문집제 10권제
1호 pp145～157
123차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 거동에 한
연구홍성재윤찬 이승우김연복2009한국도로학회 논문집제 11
권제 4호 pp79～85
13다우얼 바의 진동 슬래 궤도 시스템 용 가능성박성재김용재
박명균 종수이두화박만호2009한국철도학회 춘계학술 회 정기총
회 추계학술 회 특별세미나 특별일반세션pp665～670
14다웰바 자동삽입 공법의 장 공용성 검증손덕수권순민이재훈김
형배2009한국도로학회 학술 회논문집pp451～456
15 콘크리트 포장의 강성 산정 연구 범 이승우권순민김
성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
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24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
LoadTransferAcrossJointsandCracksinRigidPavementUsingthe
FWDCTRRR460-2
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ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
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Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
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부 록
열림(mm)
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종방향
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0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
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슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
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(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
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슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
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0 07497 08764 09532 09751 09986
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C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
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종방향
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(cm)
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C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
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Case1 열림(mm)
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종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
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10 18933 21183 22312 22777 23006
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C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
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종방향
유동량
(cm)
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C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
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Case2 열림(mm)
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종방향
유동량
(cm)
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20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
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종방향
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C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
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Case2 열림(mm)
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종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
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C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
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Case2 열림(mm)
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C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
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D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
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D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
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(0667cm)
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하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
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D-3인 슬래
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온도없음 -
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D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
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(0333cm)
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(0667cm)
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하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
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(0333cm)
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(0667cm)
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D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
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(0333cm)
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감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
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호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
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제 3장 장 시험시공 2차 추 조사 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
31배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28
32 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
321 의 선정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29
322시험시간 측정장비middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
323시험하 시험 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
33조사구간 결과분석middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
41FEM 모델의 개요 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33
42FEM에 용한 재료 물성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
43교통하 환경하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
제 5장 FEM 구조해석 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
51구조해석모델의 유효성 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
511해석모델의 유효성 검토 모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38
512하 달률(LTE)검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42
53다웰바 종방향 유동에 따른 슬래 응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45
533소성거동을 고려한 경우middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51
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제 6장 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot59
참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61
부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
A 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot65
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot69
감사의 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76
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표 목 차
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 23국내의 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 24 장조사 일시 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 25일차별 번호 개수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 31선정 의 종방향유동량 평균middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
표 43 열림에 따른 스 링 강성값(Maitraetal2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
-vii-
그 림 목 차
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태 분석결과(한국도로
공사2002)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)middotmiddot15
그림 22다웰바 어셈블리 방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17
그림 24다웰바의 5가지 시공상태middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)middotmiddotmiddot21
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 27 장조사 개요도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25
그림 210다웰바별 자동삽입 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 212다웰바별 어셈블리 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률(137111619번
에 한 하 달률)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
그림 41FEM 모델의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교40
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
그림 54 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화(슬래 상middot
하부 온도구배 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50
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그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(온도구배 없을 시)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddot56
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58
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제 1장 서 론
11연구배경 목
콘크리트포장(JCPJointedConcretePavement)에서 (joint)은
슬래 의 온도나 습도 변화에 따른 구속응력에 의해 슬래 내부에 종방
향 균열이나 횡방향 균열이 발생하는 것을 방지하기 해서 설치한다균
열 발생의 제어 없이는 구조 는 기능 괴를 유발할 수 있는 불규
칙한 균열을 발생시키기 때문이다
이러한 목 으로 설치된 은 불연속면이기 때문에 교통하 의 분산
이 이루어지지 않으며구조 으로 취약하여 때로는 손상의 원인을 제공
하기도 하는데손상형태로는 부 스폴링(jointspalling)펌핑(water
pumping)단차(faulting)우각부 균열(cornerbreak)꺾임(blow-up)등을
들 수 있다(SHRP1993)이러한 손상으로 인해 콘크리트포장의 손
을 래하고 있으며 막 한 유지 리비가 소모되고 있는 실정이다따라
서 콘크리트포장의 부는 한 구조 성능과 내구성을 가진
방법으로 설계 시공되어야 한다
따라서이를 보완하기 해서 에는 인 슬래 로 하 을 분산시
켜주는 역할을 하는 하 달장치(일반 으로 다웰바)를 설치한다(이재훈
외2010)이는 슬래 에 발생하는 응력을 감소시켜 뿐만 아니라 슬래
간의 부등침하로 발생하는 단차를 감소시켜주는 역할을 수행한다그러
나 시공시의 충격이나 진동 등의 변수들로 인해 콘크리트 슬래 속에 매
설된 다웰바는 수평sdot수직 치 방향에 따라 유동을 하게 된다다양
한 연구결과를 통해서 수평sdot수직엇갈림은 부의 스폴링이나 균열을
유발할 수 있으며각 방향으로의 유동은 하 달률을 감소시킬 수 있는
-2-
것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
-3-
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
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12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
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입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
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(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
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122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
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다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-v-
제 6장 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot59
참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61
부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
A 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot65
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot69
감사의 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76
-vi-
표 목 차
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 23국내의 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 24 장조사 일시 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 25일차별 번호 개수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 31선정 의 종방향유동량 평균middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
표 43 열림에 따른 스 링 강성값(Maitraetal2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
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그 림 목 차
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태 분석결과(한국도로
공사2002)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)middotmiddot15
그림 22다웰바 어셈블리 방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17
그림 24다웰바의 5가지 시공상태middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)middotmiddotmiddot21
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 27 장조사 개요도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25
그림 210다웰바별 자동삽입 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 212다웰바별 어셈블리 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률(137111619번
에 한 하 달률)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
그림 41FEM 모델의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교40
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
그림 54 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화(슬래 상middot
하부 온도구배 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50
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그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(온도구배 없을 시)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddot56
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58
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제 1장 서 론
11연구배경 목
콘크리트포장(JCPJointedConcretePavement)에서 (joint)은
슬래 의 온도나 습도 변화에 따른 구속응력에 의해 슬래 내부에 종방
향 균열이나 횡방향 균열이 발생하는 것을 방지하기 해서 설치한다균
열 발생의 제어 없이는 구조 는 기능 괴를 유발할 수 있는 불규
칙한 균열을 발생시키기 때문이다
이러한 목 으로 설치된 은 불연속면이기 때문에 교통하 의 분산
이 이루어지지 않으며구조 으로 취약하여 때로는 손상의 원인을 제공
하기도 하는데손상형태로는 부 스폴링(jointspalling)펌핑(water
pumping)단차(faulting)우각부 균열(cornerbreak)꺾임(blow-up)등을
들 수 있다(SHRP1993)이러한 손상으로 인해 콘크리트포장의 손
을 래하고 있으며 막 한 유지 리비가 소모되고 있는 실정이다따라
서 콘크리트포장의 부는 한 구조 성능과 내구성을 가진
방법으로 설계 시공되어야 한다
따라서이를 보완하기 해서 에는 인 슬래 로 하 을 분산시
켜주는 역할을 하는 하 달장치(일반 으로 다웰바)를 설치한다(이재훈
외2010)이는 슬래 에 발생하는 응력을 감소시켜 뿐만 아니라 슬래
간의 부등침하로 발생하는 단차를 감소시켜주는 역할을 수행한다그러
나 시공시의 충격이나 진동 등의 변수들로 인해 콘크리트 슬래 속에 매
설된 다웰바는 수평sdot수직 치 방향에 따라 유동을 하게 된다다양
한 연구결과를 통해서 수평sdot수직엇갈림은 부의 스폴링이나 균열을
유발할 수 있으며각 방향으로의 유동은 하 달률을 감소시킬 수 있는
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것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
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그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
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12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
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입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
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(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
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122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
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다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
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보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-vi-
표 목 차
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 23국내의 다웰바 시공기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20
표 24 장조사 일시 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 25일차별 번호 개수middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23
표 31선정 의 종방향유동량 평균middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
표 43 열림에 따른 스 링 강성값(Maitraetal2010)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37
-vii-
그 림 목 차
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태 분석결과(한국도로
공사2002)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)middotmiddot15
그림 22다웰바 어셈블리 방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17
그림 24다웰바의 5가지 시공상태middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)middotmiddotmiddot21
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 27 장조사 개요도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25
그림 210다웰바별 자동삽입 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 212다웰바별 어셈블리 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률(137111619번
에 한 하 달률)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
그림 41FEM 모델의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교40
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
그림 54 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화(슬래 상middot
하부 온도구배 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50
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그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(온도구배 없을 시)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddot56
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58
-1-
제 1장 서 론
11연구배경 목
콘크리트포장(JCPJointedConcretePavement)에서 (joint)은
슬래 의 온도나 습도 변화에 따른 구속응력에 의해 슬래 내부에 종방
향 균열이나 횡방향 균열이 발생하는 것을 방지하기 해서 설치한다균
열 발생의 제어 없이는 구조 는 기능 괴를 유발할 수 있는 불규
칙한 균열을 발생시키기 때문이다
이러한 목 으로 설치된 은 불연속면이기 때문에 교통하 의 분산
이 이루어지지 않으며구조 으로 취약하여 때로는 손상의 원인을 제공
하기도 하는데손상형태로는 부 스폴링(jointspalling)펌핑(water
pumping)단차(faulting)우각부 균열(cornerbreak)꺾임(blow-up)등을
들 수 있다(SHRP1993)이러한 손상으로 인해 콘크리트포장의 손
을 래하고 있으며 막 한 유지 리비가 소모되고 있는 실정이다따라
서 콘크리트포장의 부는 한 구조 성능과 내구성을 가진
방법으로 설계 시공되어야 한다
따라서이를 보완하기 해서 에는 인 슬래 로 하 을 분산시
켜주는 역할을 하는 하 달장치(일반 으로 다웰바)를 설치한다(이재훈
외2010)이는 슬래 에 발생하는 응력을 감소시켜 뿐만 아니라 슬래
간의 부등침하로 발생하는 단차를 감소시켜주는 역할을 수행한다그러
나 시공시의 충격이나 진동 등의 변수들로 인해 콘크리트 슬래 속에 매
설된 다웰바는 수평sdot수직 치 방향에 따라 유동을 하게 된다다양
한 연구결과를 통해서 수평sdot수직엇갈림은 부의 스폴링이나 균열을
유발할 수 있으며각 방향으로의 유동은 하 달률을 감소시킬 수 있는
-2-
것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
-3-
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
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12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
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입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
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(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
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다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-vii-
그 림 목 차
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태 분석결과(한국도로
공사2002)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)middotmiddot15
그림 22다웰바 어셈블리 방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17
그림 24다웰바의 5가지 시공상태middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)middotmiddotmiddot21
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 27 장조사 개요도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25
그림 210다웰바별 자동삽입 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 종방향유동 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 212다웰바별 어셈블리 구간의 종방향유동 분포(방향성 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률(137111619번
에 한 하 달률)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32
그림 41FEM 모델의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교40
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41
그림 54 열림별 다웰바 종방향유동량에 따른 하 달률 변화(슬래 상middot
하부 온도구배 고려안함)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50
-viii-
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(온도구배 없을 시)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddot56
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58
-1-
제 1장 서 론
11연구배경 목
콘크리트포장(JCPJointedConcretePavement)에서 (joint)은
슬래 의 온도나 습도 변화에 따른 구속응력에 의해 슬래 내부에 종방
향 균열이나 횡방향 균열이 발생하는 것을 방지하기 해서 설치한다균
열 발생의 제어 없이는 구조 는 기능 괴를 유발할 수 있는 불규
칙한 균열을 발생시키기 때문이다
이러한 목 으로 설치된 은 불연속면이기 때문에 교통하 의 분산
이 이루어지지 않으며구조 으로 취약하여 때로는 손상의 원인을 제공
하기도 하는데손상형태로는 부 스폴링(jointspalling)펌핑(water
pumping)단차(faulting)우각부 균열(cornerbreak)꺾임(blow-up)등을
들 수 있다(SHRP1993)이러한 손상으로 인해 콘크리트포장의 손
을 래하고 있으며 막 한 유지 리비가 소모되고 있는 실정이다따라
서 콘크리트포장의 부는 한 구조 성능과 내구성을 가진
방법으로 설계 시공되어야 한다
따라서이를 보완하기 해서 에는 인 슬래 로 하 을 분산시
켜주는 역할을 하는 하 달장치(일반 으로 다웰바)를 설치한다(이재훈
외2010)이는 슬래 에 발생하는 응력을 감소시켜 뿐만 아니라 슬래
간의 부등침하로 발생하는 단차를 감소시켜주는 역할을 수행한다그러
나 시공시의 충격이나 진동 등의 변수들로 인해 콘크리트 슬래 속에 매
설된 다웰바는 수평sdot수직 치 방향에 따라 유동을 하게 된다다양
한 연구결과를 통해서 수평sdot수직엇갈림은 부의 스폴링이나 균열을
유발할 수 있으며각 방향으로의 유동은 하 달률을 감소시킬 수 있는
-2-
것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
-3-
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
-4-
12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
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입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
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(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
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다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
참고 문헌
1다웰바를 설치하지 않은 콘크리트포장의 하 달효율윤경구권순
민이주형1999 한토목학회논문집제 19권제 Ⅲ-6호 pp1061～
1069
2콘크리트포장에서 하 달효과 향인자 연구양홍석서 찬권수안
2001한국도로포장공학회지제 3권3호 pp147～158
3콘크리트 포장 확장시 연결부 지지력 평가 속방안 개발정진훈유
태석2004한국도로공사 도로교통기술원
4비 괴 조사 장비를 이용한 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태 평가
이재훈김형배권순민2005 한토목학회 정기학술 회 pp3891～
3894
5다웰바 시공상태가 콘크리트 포장 거동에 미치는 향에 한 연구
2007이재훈최정근김형배권오선한국도로학회 학술발표논문집pp
507～514
6시공방법에 따른 다웰바 시공상태 분석2007이재훈김형배권순민권
오선한국도로학회 논문집제 9권제 2호 pp101～114
7 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한 부 강성 산정 범 윤
창호권순민김성민이승우2007한국도로학회 학술발표 논문집pp
273～280
8다웰바의 거동에 한 Timoshenko식과 3차원 유한요소법의 비교연구
범 홍성재윤찬 이승우2008한국도로학회 학술 회논문집pp
217～220
9지반 에 놓인 콘크리트 슬래 의 온도하 하의 컬링 거동 하부층
향 실험 분석김성민박희범2008한국도로학회 논문집제 10권
제 4호 pp171～180
-62-
10콘크리트 포장의 다웰바 단거동 실험양성철최재곤2008한국도로
학회 논문집제 10권제 1호 pp81～89
113차원 유한요소 모형을 이용한 콘크리트포장 하 달의 민감도
분석썬런쥬안임진선정진훈2008한국도로학회 논문집제 10권제
1호 pp145～157
123차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 거동에 한
연구홍성재윤찬 이승우김연복2009한국도로학회 논문집제 11
권제 4호 pp79～85
13다우얼 바의 진동 슬래 궤도 시스템 용 가능성박성재김용재
박명균 종수이두화박만호2009한국철도학회 춘계학술 회 정기총
회 추계학술 회 특별세미나 특별일반세션pp665～670
14다웰바 자동삽입 공법의 장 공용성 검증손덕수권순민이재훈김
형배2009한국도로학회 학술 회논문집pp451～456
15 콘크리트 포장의 강성 산정 연구 범 이승우권순민김
성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
21Initiating Cracksin PCC PavementsMalcolm KLimPE2009
Technology Transfer Concrete Consortium(TTCC) and National
ConcreteConsortium(NCC)
22AASHTOAASHTO Guide forDesign ofPavementStructures
WashingtonDC1993
23NCHRP (1979)Joint-RelatedDistressin PCC PavementNCHRP
SynthesisofHighway Practice 56Transportation Research Board
January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
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FWDCTRRR460-2
25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
Dowel-AlignmentEvaluationThe5thICPT
27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
a DowelBar InserterReportRDT-009MissouriDepartmentof
TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-viii-
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(온도구배 없을 시)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)middotmiddotmiddotmiddotmiddot56
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58
-1-
제 1장 서 론
11연구배경 목
콘크리트포장(JCPJointedConcretePavement)에서 (joint)은
슬래 의 온도나 습도 변화에 따른 구속응력에 의해 슬래 내부에 종방
향 균열이나 횡방향 균열이 발생하는 것을 방지하기 해서 설치한다균
열 발생의 제어 없이는 구조 는 기능 괴를 유발할 수 있는 불규
칙한 균열을 발생시키기 때문이다
이러한 목 으로 설치된 은 불연속면이기 때문에 교통하 의 분산
이 이루어지지 않으며구조 으로 취약하여 때로는 손상의 원인을 제공
하기도 하는데손상형태로는 부 스폴링(jointspalling)펌핑(water
pumping)단차(faulting)우각부 균열(cornerbreak)꺾임(blow-up)등을
들 수 있다(SHRP1993)이러한 손상으로 인해 콘크리트포장의 손
을 래하고 있으며 막 한 유지 리비가 소모되고 있는 실정이다따라
서 콘크리트포장의 부는 한 구조 성능과 내구성을 가진
방법으로 설계 시공되어야 한다
따라서이를 보완하기 해서 에는 인 슬래 로 하 을 분산시
켜주는 역할을 하는 하 달장치(일반 으로 다웰바)를 설치한다(이재훈
외2010)이는 슬래 에 발생하는 응력을 감소시켜 뿐만 아니라 슬래
간의 부등침하로 발생하는 단차를 감소시켜주는 역할을 수행한다그러
나 시공시의 충격이나 진동 등의 변수들로 인해 콘크리트 슬래 속에 매
설된 다웰바는 수평sdot수직 치 방향에 따라 유동을 하게 된다다양
한 연구결과를 통해서 수평sdot수직엇갈림은 부의 스폴링이나 균열을
유발할 수 있으며각 방향으로의 유동은 하 달률을 감소시킬 수 있는
-2-
것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
-3-
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
-4-
12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
-5-
입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
-6-
(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
-8-
다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
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23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
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그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
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번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-1-
제 1장 서 론
11연구배경 목
콘크리트포장(JCPJointedConcretePavement)에서 (joint)은
슬래 의 온도나 습도 변화에 따른 구속응력에 의해 슬래 내부에 종방
향 균열이나 횡방향 균열이 발생하는 것을 방지하기 해서 설치한다균
열 발생의 제어 없이는 구조 는 기능 괴를 유발할 수 있는 불규
칙한 균열을 발생시키기 때문이다
이러한 목 으로 설치된 은 불연속면이기 때문에 교통하 의 분산
이 이루어지지 않으며구조 으로 취약하여 때로는 손상의 원인을 제공
하기도 하는데손상형태로는 부 스폴링(jointspalling)펌핑(water
pumping)단차(faulting)우각부 균열(cornerbreak)꺾임(blow-up)등을
들 수 있다(SHRP1993)이러한 손상으로 인해 콘크리트포장의 손
을 래하고 있으며 막 한 유지 리비가 소모되고 있는 실정이다따라
서 콘크리트포장의 부는 한 구조 성능과 내구성을 가진
방법으로 설계 시공되어야 한다
따라서이를 보완하기 해서 에는 인 슬래 로 하 을 분산시
켜주는 역할을 하는 하 달장치(일반 으로 다웰바)를 설치한다(이재훈
외2010)이는 슬래 에 발생하는 응력을 감소시켜 뿐만 아니라 슬래
간의 부등침하로 발생하는 단차를 감소시켜주는 역할을 수행한다그러
나 시공시의 충격이나 진동 등의 변수들로 인해 콘크리트 슬래 속에 매
설된 다웰바는 수평sdot수직 치 방향에 따라 유동을 하게 된다다양
한 연구결과를 통해서 수평sdot수직엇갈림은 부의 스폴링이나 균열을
유발할 수 있으며각 방향으로의 유동은 하 달률을 감소시킬 수 있는
-2-
것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
-3-
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
-4-
12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
-5-
입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
-6-
(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
-8-
다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-2-
것으로 밝 졌다(TayabjiSD1986)그리고 의 잠김 상을 유발하
며 의 건 한 거동을 방해하여 결국 스폴링 는 균열 등으로 나타
날 수 있다(YuHT2005)
다웰바의 시공상태는 장기 인 에서 콘크리트 포장의 공용성
과 한 연 성을 갖기 때문에 국내middot외의 많은 선행 연구자들은 부
다웰바의 시공불량 상태에 따른 콘크리트 슬래 의 구조 거동 상태를
조사하기 하여 많은 실내시험과 구조해석을 수행하 다실제의 부
거동 상태를 모사하기 하여 열림에 따른 골재 맞물림 작용이나
다웰-슬래 사이의 마찰상태환경하 에 의한 향 등에 한 라미터
연구가 특히 활발히 진행되어 왔다그리고 최근에는 다웰바의 신재료 개
발에 한 연구도 진행되고 있다하지만 지 까지의 부분의 연구는 실
내에서 콘크리트 포장의 모형을 만들어 모사하거나 유한요소해석
(FEM)기법을 활용한 연구에 국한되어 있으며 장에서는 FWD장비를
이용한 포장체 하 달 특성에 한 연구가 부이다다웰바 역시 종방
향이나 횡방향의 이동 상태보다는 상middot하 방향으로의 엇갈림에 따른 구조
능력 평가에 한 연구가 주를 이루고 있다
기존의 다웰바 시공은 어셈블리 방법에 의하여 시공되었는데최근에
서는 선진국을 심으로 자동삽입 방법(DBIdowelbarinserter)이 리
보 되고 있는 추세다하지만그림 11과 같이 DBI방법은 다웰바 시공
시에 어셈블리 방법에 비하여 엇갈림이나 매설깊이는 월등히 좋은 시공상
태를 보이는 것으로 나타났으나 종방향유동 상태는 나쁜 것으로 나타났
다
-3-
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
-4-
12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
-5-
입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
-6-
(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
-8-
다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-3-
그림 11다웰바 시공방법에 따른 국내 시험도로의 시공상태
분석결과(한국도로공사2002)
한국내의 경우 다웰바의 시공 상태에 한 명확한 기 이 제시되
어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정확한 치에 설치해야 한다(국토해양
부2009)rdquo라고만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에
한 요성을 하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게
하고 있다(국토해양부2009)비록 ldquo 시멘트 콘크리트 포장의 다웰바
는 종방향유동 plusmn50mm 범 내에서 시공해야한다(국토해양부2009)rdquo라는
국내 시공상태 기 이 있으나 이는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기
이므로 국내 상황에 맞는 시공기 이라 하기는 어렵다
따라서본 연구는 선행 연구자들의 연구 결과를 바탕으로3차원 구조
해석을 실시하여 기존의 다웰바 엇갈림에 한 연구가 아닌 다웰바의 종
방향유동에 따른 포장체른 포장체른 포에 을 맞추었으며국외의 다
웰바 기 을 참고로 하여 설정한 시공기 을 따를 것이 아니라국내 상
황에 맞는 다웰바의 시공상태 기 에 한 재설정이 필요하다고 단하여
국내 기 설정을 한 기본 지침 자료를 제공하는 데 그 목 이 있다고
하겠다
-4-
12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
-5-
입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
-6-
(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
-8-
다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-4-
12국내middot외 연구동향
121국내 연구동향
윤경구 외 2명(1999)은 양질의 보조기층인 린 콘크리트 에 포설된
콘크리트포장에서 다웰바 설치유무에 따른 하 달효율을 분석하고
고속도로에서 장계측 FWD추 조사를 실시하여 분석하 다그 결
과다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 온도변화
에 의한 슬래 의 수축팽창에 한 골재 맞물림효과에 의해서 큰 향을
받았다다웰바가 설치되지 않은 콘크리트포장의 하 달률은 다웰
바가 설치된 구간에 비해서 크게 떨어지고 편차가 심하게 발생하 다반
면에 다웰바 설치 구간에서는 체로 열림의 크기에 상 없이 하
달률이 100에 근 하 다
양홍석 외 2명(2001)은 콘크리트포장의 구조 능력을 평가하는 가장
요한 요소 의 하나인 하 달효과에 한 연구를 실시하 다콘크
리트 포장의 하 달효과 특성을 악하 고하 달효과에 향을 주
는 요소를 정량화하고 한 하 달효과 조사방법을 제시하 다연구
결과 하 달효과는 슬래 표면온도가 아닌 평균온도와 상 계가 큰
것을 알 수 있으며균열틈이 벌어질수록 감소하는 것으로 나타났다
이재훈 외 2명(2005)은 비 괴 조사 장비인 MIT Scan-2장비를 이용
하여 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태를 평가하 으며 콘크
리트 포장의 다웰바 상태 조사 방법에 하여 설명하며이를 이용한 일
부 고속도로 구간에서의 다웰바 시공 상태 측정 결과를 간략하게 소개하
다 한이재훈 외 2명(2007)은 다웰바 시공상태가 콘크리트 포장
거동에 미치는 향에 하여 추가 인 연구를 진행하 으며 장에서
실측한 콘크리트 포장의 거동 자료 온도자료를 바탕으로 거
동량을 정량화하고 이를 다웰바의 시공상태와 비교하여 상 성에 한 분
석을 시도하 다그리고 한국도로공사 시험도로에 시공된 다웰바자동삽
-5-
입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
-6-
(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
-8-
다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-5-
입 시공구간과 다웰바 어셈블리 시공구간에 한 다웰바 시공상태
JointScore와 RunningAveJointScore를 산출하여 비교 분석했다
범 외 4명(2007)은 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한
부 강성 산정을 하여한국형 포장 설계법에서 부의 다웰바에
한 정량화를 통해 설계 로그램에 용할 수 있는 입력변수로 강성
(JointStiffness)()값을 산정하기 한 선행연구를 실시하 다 한
범 외 3명(2008)은 다웰바의 거동을 Timoshenko식과 유한요소해석을
통하여 nt거동특성을 악하고자 하 으며이를 통하여 다웰바의 설계의
기 자료로 확인하 다 한 다웰바 설계에 있어 허용지지력은 압축응력
만 고려하고 있으나3차원 유한요소해석을 통하여 인장응력이 발생하는
것을 발견하 다
김성민 외 1명(2008)은 지반 에 놓여진 콘크리트 슬래 가 온도하
을 받아서 컬링할 때의 거동을 실내 실험을 통해 분석하고 슬래 를 지지
하고 있는 하부층의 구성이 슬래 의 컬링 거동에 미치는 향을 분석하
다
양성철 외 1명(2008)은 AASHTO의 다웰바 단실험을 통해 콘크리트
포장의 불연속면에서의 단거동을 모사하 고 다웰바의 지지력계수와
단 스 링 강성계수를 산정하는 차를 제시하 다
썬런쥬안 외 2명(2008)은 범용유한요소해석 로그램을 사용하여
콘크리트포장의 3차원 모형을 구축하 으며콘크리트포장의 다양한
강성을 모사하기 하여 다양한 스 링 상수를 사용하 다 한슬래
와 기층의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래 의 거동과 하 달
효율에 미치는 재료물성과 기하학 형상의 향을 분석하 다
홍성재 외 3명(2009)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 DowelGroupAction범 를 산정하 다
손덕수 외 3명(2009)은 시험도로에서의 경험을 바탕으로 콘크리트 포
장의 시공 효율을 높이고 비용을 감할 수 있는 다웰바 자동삽입 공법
-6-
(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
-8-
다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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부 록
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종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-6-
(DBI)에 해 시험시공을 통한 장 공용성 검증을 진행하 다
범 외 3명(2009)은 국내 주요 고속도로 시험도로의 하 달률
(LTE)자료와 국내 포장조건을 고려한 구조해석자료를 이용하여 국내 콘
크리트 포장 여건에 합한 강성(다웰바골재맞물림하부지반 고려)
산정식을 제시하 다
윤동주 외 2명(2009)은 다웰바를 포함한 콘크리트 포장의 모델을
유한요소해석 로그램을 이용하여 개발하 으며 이러한 모델에 환경하
을 재하하여 슬래 에 발생하는 응력 분포를 분석하 다특히 다웰바가
슬래 응력에 미치는 향을 분석하 으며 시공 부주의 등에 의해 다웰
바가 슬래 간에 치하지 않을 경우 슬래 에 발생할 수 있는 응력
집 상에 해서도 분석을 수행하 다
범 외 2명(2010)은 다웰바 설계에 한 기 이론을 규명하기
하여 유한요소해석을 통해 다웰바의 발생되는 응력 처짐을 분석하 으
며이를 통하여 다웰바의 최 배치안을 결정하여 비교분석하 다
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
-8-
다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
참고 문헌
1다웰바를 설치하지 않은 콘크리트포장의 하 달효율윤경구권순
민이주형1999 한토목학회논문집제 19권제 Ⅲ-6호 pp1061～
1069
2콘크리트포장에서 하 달효과 향인자 연구양홍석서 찬권수안
2001한국도로포장공학회지제 3권3호 pp147～158
3콘크리트 포장 확장시 연결부 지지력 평가 속방안 개발정진훈유
태석2004한국도로공사 도로교통기술원
4비 괴 조사 장비를 이용한 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태 평가
이재훈김형배권순민2005 한토목학회 정기학술 회 pp3891～
3894
5다웰바 시공상태가 콘크리트 포장 거동에 미치는 향에 한 연구
2007이재훈최정근김형배권오선한국도로학회 학술발표논문집pp
507～514
6시공방법에 따른 다웰바 시공상태 분석2007이재훈김형배권순민권
오선한국도로학회 논문집제 9권제 2호 pp101～114
7 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한 부 강성 산정 범 윤
창호권순민김성민이승우2007한국도로학회 학술발표 논문집pp
273～280
8다웰바의 거동에 한 Timoshenko식과 3차원 유한요소법의 비교연구
범 홍성재윤찬 이승우2008한국도로학회 학술 회논문집pp
217～220
9지반 에 놓인 콘크리트 슬래 의 온도하 하의 컬링 거동 하부층
향 실험 분석김성민박희범2008한국도로학회 논문집제 10권
제 4호 pp171～180
-62-
10콘크리트 포장의 다웰바 단거동 실험양성철최재곤2008한국도로
학회 논문집제 10권제 1호 pp81～89
113차원 유한요소 모형을 이용한 콘크리트포장 하 달의 민감도
분석썬런쥬안임진선정진훈2008한국도로학회 논문집제 10권제
1호 pp145～157
123차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 거동에 한
연구홍성재윤찬 이승우김연복2009한국도로학회 논문집제 11
권제 4호 pp79～85
13다우얼 바의 진동 슬래 궤도 시스템 용 가능성박성재김용재
박명균 종수이두화박만호2009한국철도학회 춘계학술 회 정기총
회 추계학술 회 특별세미나 특별일반세션pp665～670
14다웰바 자동삽입 공법의 장 공용성 검증손덕수권순민이재훈김
형배2009한국도로학회 학술 회논문집pp451～456
15 콘크리트 포장의 강성 산정 연구 범 이승우권순민김
성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
21Initiating Cracksin PCC PavementsMalcolm KLimPE2009
Technology Transfer Concrete Consortium(TTCC) and National
ConcreteConsortium(NCC)
22AASHTOAASHTO Guide forDesign ofPavementStructures
WashingtonDC1993
23NCHRP (1979)Joint-RelatedDistressin PCC PavementNCHRP
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January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
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FWDCTRRR460-2
25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
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27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
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TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-7-
122국외 연구동향
부에 설치하는 다웰바에 한 연구는1928년 Westergaard가 처음
으로 다웰 반력 해석에 하여 연구를 시작하면서 시작되었다
Westergaard의 연구는 양쪽의 처짐이 동일하게 발생하는 이상 인
가정조건(TellerandCashell1958)을 내포한 컨셉을 기반으로 하 다
Bradbury(1932)는 다웰바의 하 달 시스템을 수치 으로 풀기 한
시도를 꾀하 다 한Bradbury는 탄성기 상의 다웰바 굽힘방정식인
Timoshenko방정식의 용(TellerandCashell1958)을 통하여 필요한 다
웰바의 직경다웰바 길이다웰바의 매설간격을 산정하는 연구를 시도하
다
Friberg(1938)는 탄성기 이론을 바탕으로 하는 Timoshenkolsquosbeam
을 기 로 다웰 방정식을 제안하 다비록 Westergaard(1928)Kushing
과 Fremont(1940)와 같은 많은 연구자들이 같은 문제를 다른 가정으로
해석하 지만 결국에는 기본 컨셉은 많이 차이나지 않는다 재 설계하
고 해석되고 있는 다웰의 하 달 시스템은 Fribergssolutions에 기
하고 있다그러나그러한 방정식들은 Timoskenkos이론의 가정 때문에
내재된 한계 이 있다
1221일반 인 부 공용성 평가
Bodoscietal(1994)는 의 처짐에 한 포장의 다양한 변수들의 효
과를 연구했다1972년 Ohio교통국에 의해서 Chillicothe에 콘크리트 포
장 시험도로를 건설했다포장에서의 변수들은 두 개의 기층 종류(자갈층
과 아스팔트 안정층)3가지의 다른 간격(518m64m122m)과 다
웰바의 유무다웰바와 슬래 사이의 표면상태에 한 내용들을 포함한
다80kN의 2축 하 을 주었으며 80kmhr의 속도로 재하시켰다아침에는
오후보다 2배 많은 평균 처짐이 발생하 으며겨울의 평균처짐은 여름보
-8-
다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-8-
다 더 많았다 한아스팔트 안정층이 자갈층보다 처짐이 더 작게 발생
하 다이것은아스팔트 안정층의 지지력이 더 좋으며 펌핑이나 흙의 유
실이 최소가 되기 때문이다그리고 간격은 처짐에 큰 향을 미치지
않았다
Mannavaetal(1999)는 콘크리트 포장 부의 다웰바에 의한 하 -
처짐 특성포장 기 한 실험을 수행했다세 가지의 콘크리트 강도
(17MPa28MPa45MPa)세 가지의 다웰바 직경(19mm254mm
381mm)그리고 두 개의 열림(89mm203mm)에 한 실험이 진행
되었으며하 은 다웰바가 소성변형을 일으킬 때까지 용시켰다극한하
의 40 정도까지 부가 선형거동하는 것을 발견했다즉콘크리트
강도다웰바의 직경 열림 폭 정도는 극한하 과 다웰-콘크리트의
면 상호작용에 상당한 향을 수 있다는 사실을 발견했다
Corley-Lay와 Morrison(2002)은 1967년 NorthCarolinaI-95 콘크
리트 포장의 6군데 지 을 선정하여 공용성 해석을 실시하 다모든 6군
데 지 은 연성 포장의 길어깨와 9m의 간격무다웰바다른 종류의
기층(자갈층시멘트 안정층역청 콘크리트 층)을 가진 230mm 두께의 슬
래 다테스트 결과 역청 콘크리트 층을 가진 슬래 의 공용성이 가장
좋았으며 시멘트 안정층을 가진 슬래 는 가장 낮은 공용성을 보 다역
청 콘크리트 층을 용한 슬래 는 33년이 지난 후에도 좋은 상태를 보
으나 시멘트 안정층을 용한 슬래 는 1mm～15mm의 단차를 보 다
Kim과 Hjelmstad(2003)는 비선형 3차원 유한요소 모델을 이용하여 공
항의 강성 포장시스템에 삽입된 부 다웰바의 구조 거동양상을 조사
했다모델은 다웰바로 연결된 두 개의 콘크리트 슬래 를 포함한다슬래
와 지지층은 차량하 이 반복해서 지나가는 휠패스 부근의 국부 처짐
값을 얻기 해서 연속체 요소로 모사하 으며다웰바는 Timoshenko의
빔(beam)요소를 사용하여 모사하 다 부 다웰바의 거동은 다양한
하 조건차량하 의 크기슬래 두께다웰 풀림(looseness)에 의해서
조사되었다조사 결과삽입된 9개의 다웰바는 거의 99의 하 달률을
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-9-
보 으며 용된 다축 하 의 경우하 의 크기가 커질수록 하 달률
은 어들었다다웰 풀림작용 역시 하 달을 상당히 감소시키며 최
굽힘 응력을 증가시킨다이는 다웰바와 콘크리트 사이의 조그만 균열
(gap)이 다웰바의 하 달에 상당한 손실을 가져올 수 있다는 것을 보여
다
Shoukryetal(2005)는 콘크리트 포장의 하 달률(LTE)을 결
정하기 한 정확도 평가를 실시하 다연구는 2003년2004년2005년에
다양한 콘크리트 포장에서 FWD 테스트가 몇 차례 수행되었다휠 패스
(wheel-path)구간뿐만 아니라 30개의 횡방향 부에서 테스트가 이루
어졌다해석의 목 은 조사 지 의 하 달률과 설계의 유효성을 검증
하기 한 것이었다계 인 온도 구배의 향과 하 용 치 역시
조사되었다그 결과하 달률은 하 치조사 시 슬래 온도
하 달 장치와 같은 다양한 요인에 의해서 복합 으로 작용한다는 것
을 밝혔다조사 시 과 계 은 하 달 효율에 상당한 향을 미쳤으
며 특히 같은 에서 겨울에 여름보다도 하 달률이 떨어지는 것으로
나타났다 한 열림이 커질수록 하 달률은 체로 감소하는 경
향을 보 고 슬래 온도가 증가할수록하 달률은 증가하 다
1222 부 공용성에 다웰바-콘크리트의 상태가 미치는 향
Riad(2001)는 강성 포장 부에서의 다웰-콘크리트 면의 발생
응력 정도와 그 성질을 조사하 다3차원 유한요소 모델을 이용하여 다
웰바 주변에 발생된 최 응력의 상태가 조사되었다그 결과 설계 축하
이 부를 가로질러 지나갈 때 재 설계된 코 된 다웰바(길이는
450mm이며직경은 32mm)가 콘크리트의 허용 압축 지압응력을 만족한
다는 결과를 보여주었다피로 테스트는 100000번과 1000000번의 축하
을 계속 재하하여 실시하 고포장의 공용시간이 증가할수록 압축 응력
도 규칙 으로 증가할 것이라는 것이라고 제안하기도 하 다Riad에 의
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-10-
해 제안된 3차원 유한요소해석과 실험결과 모두 콘크리트-다웰의 면
에서 두 종류의 응력이 발생함을 보여주었다첩 번째는다웰바의 상부와
하부에서 압축응력이 발생하는 것이다그리고 두 번째는다웰바의 양쪽
면에서 인장응력이 발생하는 것이다이 때 발생하는 인장응력은 콘크리
트의 허용인장강도를 넘어서서다웰바와 콘크리트 사이에서 인장균열을
발생시키는 것을 알 수 있다따라서인장응력은 압축응력보다 더 요한
작용을 하는 것으로 밝 졌다다웰바를 따라서 응력 분배가 발생하는데
이것은 한다웰바를 따라 발생하는 응력 분배에 한 연구도 진행하
다
Shoukryetal(2003)는 실내 실험을 통하여 다웰바와 콘크리트 사이에
스트 인 게이지를 부착하 으며 다웰의 인발(pull-out)력과 다웰-콘크리
트 마찰계수를 측정하 다게이지는 콘크리트와 다웰바 주변의 수축변
를 측정하 으며콘크리트로부터 다웰바를 잡아당기는 인발시험을 통하
여 콘크리트의 탄성회복 변 와 인발력을 기록하 다그 결과다웰바의
환경에 따라 다웰바 주변의 콘크리트 변형이 일정하지 않다는 것이 측정
되었다인발력의 경우는 32mm 직경의 다웰바보다 38mm 직경의 다웰바
가 더 높게 나타났다 한코 이 안된 다웰바가 인발력 테스트 결과
더 높은 변형을 보 다
Shoukry는 다웰-콘크리트 면에서의 마찰 계수 측정을 하여 수
치 모델 역시 개발하 다이 수치모델은 다웰바와 콘크리트 사이의
면에 발생하는 힘에 하여 치에 따라 균등한 힘이 발생한다는 가정이
필요하며실내시험을 통한 다웰-콘크리트 면에서의 변형 측정을 통
하여 마찰 계수가 계산되었다이 모델에서는 다웰-콘크리트 면에서
의 착이 어든다면마찰계수가 착시보다 약 14로 감소한다는 것을
보여주었다 한다웰바에 코 을 하면 코 을 하기 보다 응력장
(stressfield)이 어들지만그만큼 콘크리트와의 부합성이 떨어진다
Buchetal(2007)은 콘크리트 부에서의 엇갈린 다웰바의 열
림 거동과 인발 거동에 한 실내시험 수치해석을 실시하 다실내시
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-11-
험은 콘크리트 포장의 열림 거동을 결정하고 열림 거동에 따른
다웰바의 엇갈림 향을 평가하기 해 수행되었다 한다웰바와 콘크
리트 주변의 면에 한 추가 인 조사를 하여 3차원 유한요소 모델
을 개발하 다
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
참고 문헌
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-12-
13연구 방법 범
의 공용성 측정방법으로는 세가지 방법이 있다첫 번째 방법은
실험을 통해서 부 주변의 콘크리트의 손이나 손상을 찰하여 연구
하는 방법이다두 번째 방법은 부의 하 달률이나 부 처짐을
기반으로 하는 효율을 계산하는 것이다그리고 세 번째 방법은다웰
바와 콘크리트 주변의 응력이나 변형 정도를 수치 으로 해석하여 괴
가능성을 평가하는 방법이다
콘크리트 포장의 부에 삽입되는 다웰바의 종방향 유동에 따
른 콘크리트 포장의 구조 거동을 검토하기 하여 본 논문에서는 장
시험시공 구간에서의 장조사 결과를 바탕으로3차원 유한요소 해석을
이용한 수치 인 방법으로 근을 시도하 다세부 연구 방법과 범 는
다음과 같다
제 2장에서는 다웰바 자동삽입 방법(DBI)을 이용한 국내 시험시공
장에서의 장시험 자료를 제공한다비 괴 시험장비인 MIT-SCAN2를
이용하여 부 다웰바의 방향별 유동상태에 해 조사하 으며 장
조사방법과 장에서 얻은 결과 데이터 분석에 하여 자세히 언 하
다
제 3장에서는 비 괴 시험장비를 이용한 장 결과 자료를 바탕으로
부 다웰의 종방향유동에 따른 포장체 공용성 평가를 하여 2차 장
시험을 실시하 다2차 장시험에서는 부 하 달률(LTE)을 측정
하기 하여 HWD(HeavyWeightDeflectometer)장비를 활용하 으며
장조사 결과를 정리 분석하 다
제 4장에서는 장 상황을 모사하기 한 3차원 유한요소 해석을 실시
하 으며다웰바의 종방향유동에 따른 열림(JointOpening)슬래
온도구배골재 맞물림을 변수로 하 다차량하 은 HWD의 재하가능한
하 범 내에서 하나의 기본하 을 선정하 으며 차량의 바퀴가 지나가
는 휠 패스(WheelPath)구간에 재하하 다종방향유동은 0cm5cm
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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SynthesisofHighway Practice 56Transportation Research Board
January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
LoadTransferAcrossJointsandCracksinRigidPavementUsingthe
FWDCTRRR460-2
25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
Dowel-AlignmentEvaluationThe5thICPT
27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
a DowelBar InserterReportRDT-009MissouriDepartmentof
TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-13-
10cm15cm20cm의 5가지 경우에 하여 모델링을 실시하 으며
열림 역시 05mm10mm15mm20mm25mm의 5가지 상태를 고려하
다
제 5장에서는 각각의 이스별로 실시한 3차원 유한요소 해석모델의
결과를 정리하 으며크게 하 달률(LTE)과 포장체에 발생한 최 주
응력에 한 부분으로 나 어서 그 결과를 분석하 다
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
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번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-14-
제 2장 장 시험시공 1차 추 조사
21시험시공 개요
콘크리트 포장에서 다웰바는 하 을 달해주는 역할과 단차를
감소시켜 으로써 궁극 으로 포장의 공용성을 높여주는 역할을 수행한
다그러나다웰바의 시공상태가 불량할 경우에는 오히려 잠김 등을
유발하여 스폴링이나 균열을 래하여 공용성을 떨어뜨릴 수 있다(이재훈
외 3명2007)
콘크리트 포장의 다웰바 시공방법에는 크게 체어바와 크로스바
등을 이용해 다웰바 어셈블리를 구성하여 시멘트 콘크리트 포설
치에 미리 설치하는 어셈블리 방법(dowelbarassembly)과 페이버에
장착된 기계장비를 이용한 자동삽입방법(DBIdowelbarinserter)이 있
다하지만국내 콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰바 어셈블리를 이용
하여 시공하는 방법만을 사용하고 있다이에 따라한국도로공사는 다웰
바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성능평가를 해 장시험시공을 실
시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다성능평가는 다웰바의 시공상태를
단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태 기 은 ldquo콘크리트 포장 생산
시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하는 기 을 용하 다평가항목
은 다웰바의 매설깊이종방향유동수평엇갈림수직엇갈림 등 4가지로
자기장을 이용한 비 괴 조사장비인 MIT-SCAN2를 이용하여 측정하
다
본 논문에서는 연구 범 에 따라 종방향유동에 한 장조사 결과만
을 언 함을 밝힌다 한조사에 사용된 MIT-SCAN2는 표 인 비
괴 조사장비로써그 결과값은 충분히 신뢰할만한 수 이라고 사료된다
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-15-
211다웰바 어셈블리 방법 (국토해양부2009)
재 국내 시멘트 콘크리트 포장의 시공에서 사용되고 있는 다
웰바 어셈블리 시공방법은 그림 21과 같이 다웰바를 지지하는 체어바
(chair bar)와 체어바를 지지해주는 크로스바(cross bar)와 스페이서
(spacer)로 구성된 어셈블리를 제작하여 슬래 하부층에 미리 고정시키
고 난 후 페이버를 이용해 슬래 를 포설하는 시공방법이다(이재훈 외 3
명2007)체어바는 A형J형U형 등 다양한 형태가 있으며 국내에서는
J형 체어바를 사용하고 있다
다웰바 어셈블리 시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할
수 있어비교 정확한 치에 시공할 수 있다는 장 이 있다그러나 다
웰바 어셈블리의 운반 고정에 필요한 담인력이 필요하며 그림 22(a)
와 같이 시멘트 콘크리트 포설 에 어셈블리가 설치되어야 하기 때문에
이로 인한 시공공정이 복잡해진다는 단 이 있다 한그림 22(b)와 같
이 다웰바 어셈블리의 운송 보 과정에서 어셈블리 자체에 손상이 가
해질 수 있다
그림 21국내에서 사용되는 다웰바 어셈블리의 표 형태(국토해양부2009)
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
참고 문헌
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507～514
6시공방법에 따른 다웰바 시공상태 분석2007이재훈김형배권순민권
오선한국도로학회 논문집제 9권제 2호 pp101～114
7 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한 부 강성 산정 범 윤
창호권순민김성민이승우2007한국도로학회 학술발표 논문집pp
273～280
8다웰바의 거동에 한 Timoshenko식과 3차원 유한요소법의 비교연구
범 홍성재윤찬 이승우2008한국도로학회 학술 회논문집pp
217～220
9지반 에 놓인 콘크리트 슬래 의 온도하 하의 컬링 거동 하부층
향 실험 분석김성민박희범2008한국도로학회 논문집제 10권
제 4호 pp171～180
-62-
10콘크리트 포장의 다웰바 단거동 실험양성철최재곤2008한국도로
학회 논문집제 10권제 1호 pp81～89
113차원 유한요소 모형을 이용한 콘크리트포장 하 달의 민감도
분석썬런쥬안임진선정진훈2008한국도로학회 논문집제 10권제
1호 pp145～157
123차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 거동에 한
연구홍성재윤찬 이승우김연복2009한국도로학회 논문집제 11
권제 4호 pp79～85
13다우얼 바의 진동 슬래 궤도 시스템 용 가능성박성재김용재
박명균 종수이두화박만호2009한국철도학회 춘계학술 회 정기총
회 추계학술 회 특별세미나 특별일반세션pp665～670
14다웰바 자동삽입 공법의 장 공용성 검증손덕수권순민이재훈김
형배2009한국도로학회 학술 회논문집pp451～456
15 콘크리트 포장의 강성 산정 연구 범 이승우권순민김
성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
21Initiating Cracksin PCC PavementsMalcolm KLimPE2009
Technology Transfer Concrete Consortium(TTCC) and National
ConcreteConsortium(NCC)
22AASHTOAASHTO Guide forDesign ofPavementStructures
WashingtonDC1993
23NCHRP (1979)Joint-RelatedDistressin PCC PavementNCHRP
SynthesisofHighway Practice 56Transportation Research Board
January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
LoadTransferAcrossJointsandCracksinRigidPavementUsingthe
FWDCTRRR460-2
25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
Dowel-AlignmentEvaluationThe5thICPT
27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
a DowelBar InserterReportRDT-009MissouriDepartmentof
TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-16-
(a)다웰바 어셈블리 시공방법 (b) 장에서의 다웰바 보 방법
그림 22 다웰바 어셈블리 방법
212다웰바 자동삽입 방법 (국토해양부2009)
다웰바자동삽입기(DBIdowelbarinserter)를 이용하여 콘크리트 포
설 직후슬래 에 진동을 주면서 다웰바를 삽입하는 방법이다다웰바 자
동삽입방법은 다웰바 어셈블리의 제작이 필요 없고 다웰바 담인력을
일 수 있어 경제 이다 한슬래 포설시 공정이 단순화되어 체 인
시공 효율성이 좋다그러나 다웰바 삽입 시 포크의 진동 때문에 콘크리
트 표면에 자국이 생길 수 있으며다웰바의 자 으로 인해 시공 상태가
불량해질 수 있다그림 23은 다웰바 자동삽입방법의 일반 인 시공순서
를 보여 다
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
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23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
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그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
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번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-17-
(a)다웰바 삽입 치 자동측정 (b)셔틀을 이용한 삽입 치 이동
(c)포크를 이용한 다웰바 삽입 (d)다웰바 삽입 후 슬래 표면
그림 23다웰바 자동삽입 시공순서
다웰바 자동삽입방법은 시공 후 다웰바의 상태에 한 논란이 있었지
만 다양한 방법으로 수행된 시공 상태 조사결과 다웰바 어셈블리 시공방
법과 동등하거나 오히려 더 우수한 시공상태를 보이는 것으로 나타나
1996년부터는 미연방도로청(FHWA)에서 다웰바 자동삽입 시공방법을 독
려하고 있다
표 21은 미국 내 각 주에서의 다웰바 자동삽입방법 사용여부를 정리
한 것으로 31개의 주 에서 22개의 주에서 사용을 허용하고 있는 것으로
나타났다
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-18-
주(州)명 사용 미사용 주(州)명 사용 미사용
Alaska - - Montana
Alabama - - NorthCarolina
Arkansas NorthDakota - -
Arizona Nebraska - -
California New Hampshire - -
Colorado - - New Jersey - -
Connecticut - - New Mexico - -
Delaware Nevada
Florida New York
Georgia Ohio
Hawaii Oklahoma
Iowa Oregon - -
Idaho Pennsylvania
Illinois RhodeIsland - -
Indiana SouthCarolina
Kansas SouthDakota
Kentucky - - Tennessee
Louisiana - - Texas
Massachusetts - - Utah
Maryland - - Virginia - -
Maine - - Vermont - -
Michigan Washington
Minnesota Wisconsin
Missouri WestVirginia
Mississippi - - Wyoming
표 21미국 각 주별 다웰바 자동삽입방법 사용여부
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-19-
213다웰바 시공상태 기 (국토해양부2009)
다웰바 시공상태는 다웰바의 치이동 방향 상태에 따라서 5가지
형태로 분류한다다웰바의 시공상태는 정 치에서의 변화에 따라 그림
24와 같이 3가지의 유동과 2가지의 엇갈림으로 분류된다
그림 24다웰바의 5가지 시공상태
다웰바의 시공상태 기 을 보면미국의 경우는 다음의 표 22와 같이
각 주별로 다웰바의 시공 깊이변화종방향유동엇갈림에 한 기 을 정
하여 품질 리 기 으로 용하고 있다하지만국내에서는 다웰바의 시
공 상태에 한 명확한 기 이 제시되어 있지 않고 ldquo설계 도면에 따라 정
확한 치에 설치해야 한다(한국도로공사고속도로공사 문시방서)rdquo라고
만 규정되어 있다이러한 모호한 규정은 다웰바의 시공에 한 요성을
하시키고 결국 다웰바 시공에 한 품질 리를 어렵게 하고 있다
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-20-
표 22미국 각 주별 다웰바 시공기(단 mm)
주(州)명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
Arkansas - - 2540 2540
Arizona - - 1270 1270
California - - 3000 3000
Michigan - 5080 320 320
Minnesota - - 640 640
SouthCarolina - - 1910 950
Washington 2540 2540 1270 1270
Quebec 1200 600
SouthDakota 1270 2540 159 159
Mississippi 600 600
Utah 635 635
Nevada 2540 5080 1270 1270
Oklahoma1585 는
1905- 900 900
Ohio - 1300 2000 2000
Iowa - - 318 318
Wisconsin 2500 5000 635 635
따라서국내의 경우는 국외 자료만을 참고로 하여 설정한 기 을 일
률 으로 사용하고 있으며표 23과 같은 국내 시공기 을 가지고 있는것
이 부다
표 23국내의 다웰바 시공기(단 mm)
도시명 깊이변화 종방향유동 수직엇갈림 수평엇갈림
국 동일 100 50 30 30
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-21-
22 장조사 시험계획
221조사구간 조사방법
한국도로공사는 다웰바의 종방향 유동이 포장의 공용성에 미치는
향을 분석하기 하여 MIT-SCAN2장비를 이용하여 그림 25와 같이 시
험시공 구간인 -당진 6공구 다웰바 자동삽입 시험시공 구간의
172개를 조사하 다 한 다웰바 자동삽입 구간의 조사자료와의 상 비
교를 해기존의 다웰바 어셈블리 방법으로 시공된 포장구간 일부구
간을 선택하여 40개의 에 해 추가 으로 조사하 다
그림 25다웰바 자동삽입 조사구간 어셈블리 조사구간( -당진 6공구)
다웰바 자동삽입 시험시공 구간에서의 MIT-SCAN2를 이용한 스
캔은 그림 26과 같이 길어깨에서 분 방향으로 진행되었으며그림
27과 같이 페이버 진행방향에 맞추어 STA6+900부터 STA5+714까지
조사하 다 한각 에서 다웰바의 번호는 그림 28과 같이 스
캔을 시작한 주행차로 길어깨쪽 다웰바부터 추월차로가 있는 앙분리
방향으로순차 으로 1번부터 24번으로 부여하 다
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-22-
그림 26MIT-SCAN2를 이용한 장조사
그림 27 장조사 개요도
그림 28 스캔방향 내 다웰바 번호
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-23-
222조사기간
장조사는 2008년 9월 3일(수)～4일(목)17일(수)～18일(목)동안 총
4일간 진행되었다1일차에는 번호 1～57번까지의 57개 을 조사
하 으며2일차는 번호 58～114번까지 57개3일차는 번호 115～
172번까지 58개의 을 각각 조사하 다
조사기간의 세부내용은 다음의 표 24표 25와 같다
날 짜 조 사 내 용
2008년 9월 3일(수) 장시공 시작
2008년 9월 4일(목) 1일차 시공분량 스캔바스켓 구간
2008년 9월 17일(수)～18(목) 23일차 시공분량 스캔바스켓 구간
표 24 장조사 일시 내용
구 분 1일차 2일차 3일차
번호 1～ 57 58～ 114 115～ 172
개수 57 57 58
표 25일차별 번호 개수
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
Dowel-AlignmentEvaluationThe5thICPT
27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
a DowelBar InserterReportRDT-009MissouriDepartmentof
TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-24-
23조사구간 결과분석 (다웰바 종방향 유동)
MIT-SCAN2를 이용한 조사결과는 번호 다웰바번호를 기 으
로 정리했으며 번호별 분석에서는 각 에 매설된 24개 다웰바의
시공상태 항목별 값을 평균하여 해당 의 표값으로 사용하 다그
리고 종방향 유동량 측정시에 다웰바의 유동 방향을 고려하여 결과를 해
석하 다(+값은 페이버의 진행 반 방향으로 다웰바가 유동했음을 나타내
며-값은 페이버의 진행방향으로 다웰바가 유동했음을 의미한다)
231다웰바 자동삽입 시공구간
그림 29와 같이 자동삽입 구간의 종방향유동은 평균 458mm표 편
차는 208mm로 나타나 잠정기 을 만족하지 못하는 것으로 나타났다총
172개의 73개 에서 50mm 이상의 종방향유동이 발생한 것으
로 나타나 424 이 국내의 종방향유동 허용기 을 만족시키지 못하
다 한페이버의 진행방향보다는 진행 반 방향으로 다웰바의 종방향
유동이 많이 발생하는 경향을 보 으며0mm에서 130mm까지 아주 큰
편차를 보여주었다페이버의 진행 반 방향으로 종방향유동이 많이 발생
하는 이유는다웰바 자동삽입장치를 이용하여 시공시에 장비의 삽입시기
가 다소 빨랐던 것으로 단된다
다른 원인으로는 장조사 과정에서 1일차와 2일~3일차와는 약 2
주가량의 시간차이가 발생하 는데 조사기간상의 차이조사장비의 기계
오차와 정 도조사자의 숙련상태 등에 의하여 편차가 많이 발생했을
가능성이 크다
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-25-
그림 29방향을 고려한 번호별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
다웰바별로 살펴본 자동삽입 구간의 평균 종방향유동은 다음의 그림
210과 같이 나타났다주행차로에 해당하는 1번에서 12번까지 다웰바의
평균 종방향유동은 518mm로 나타났으며추월차로에 해당하는 13번에서
24번까지 다웰바의 평균 종방향유동은 412mm로 조사되었다따라서자
동삽입 구간에서의 종방향유동은 추월차로보다 주행차로에서 더 크게 발
생하며길어깨에 가까울수록 종방향유동이 커지고 앙분리 에 가까울
수록 종방향유동이 어드는 것을 알 수 있었다이것은슬래 다짐시에
발생하는 진동과 충격에 의한 향으로 보여지며 앙분리 쪽에 비해서
길어깨쪽이 다짐에 다소 취약함을 알 수 있다
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-26-
그림 210다웰바별 자동삽입 구간 평균 종방향유동 분포
232다웰바 어셈블리 시공구간
그림 211과 같이 다웰바 어셈블리 구간의 종방향유동은 평균
249mm표 편차는 161mm로 시공기 을 만족하는 양호한 구간인 것으
로 단되며종방향유동 발생방향 한 한쪽으로 치우치지 않고 +와 -가
고르게 나타나고 있다
그림 212는 다웰바별 어셈블리 구간의 평균 종방향유동 분포를 나타
낸다주행차로의 경우에는 평균 235mm의 종방향유동이 발생했으며추
월차로는 평균 249mm의 종방향유동이 발생했다
다웰바 자동삽입 방법의 결과와 비교했을때어셈블리 방법을 이용한
시공방법은 다웰바의 설치 치를 인 으로 조정할 수 있어비교 정
확한 치에 시공할 수 있었기에 주행차로와 추월차로의 종방향유동이 허
용기 을 넘지 않았으며 한매설된 다웰바의 치에 따라 비슷한 유동
결과값이 나온 것으로 단된다
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-27-
그림 211방향을 고려한 번호별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
그림 212다웰바별 어셈블리 구간 평균 종방향유동 분포
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-28-
제 3장 장 시험시공 2차 추 조사
31배경 목
선진국의 경우다웰바 어셈블리를 이용한 시공방법뿐만 아니라 다웰
바 자동삽입방법을 이용한 시공이 활발히 이루어지고 있다 한미국은
각 주(州)마다 각자의 환경조건에 맞는 다웰바 시공상태 기 을 가지고
있다
하지만 국내는 선진국과 달리콘크리트 포장의 다웰바 시공은 다웰
바 어셈블리를 이용하여 일 으로 시공하는 방법만을 사용하고 있다
이에 따라한국도로공사는 다웰바 자동삽입방법의 국내 도입에 한 성
능평가를 해 장시험시공을 실시하고 다웰바 시공상태를 조사하 다
성능평가는 다웰바의 시공상태를 단기 으로 하 으며 다웰바 시공상태
기 은 ldquo콘크리트 포장 생산 시공 지침(국토해양부2009)rdquo에서 제시하
는 기 을 용하 다
다웰바 자동삽입방법에 의한 시험시공은 -당진 6공구 시험시공구
간에서 이루어졌으며2008년 9월에 자기장을 이용한 비 괴 조사장비인
MIT-SCAN2를 이용하여 1차 추 조사를 실시하 다1차 추 조사에서
는 부에 시공된 다웰바를 스캔하여 각각의 다웰바에 한 종방향유동
을 측정 정리하 고동시에 어셈블리 방법으로 시공된 구간에서의 다
웰바 종방향유동을 일부 스캔하여 서로 비교하 다
그 결과어셈블리 방법으로 시공된 구간의 결과와는 달리 자동삽입
방법으로 시공된 구간에서는 다웰바의 종방향유동이 체로 크게 발생하
으며길어깨 주변에서는 국내의 종방향유동 허용기 치를 과하 다
이에 따라서다웰바 자동삽입방법을 이용하여 시공할 때 발생하는
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
참고 문헌
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태석2004한국도로공사 도로교통기술원
4비 괴 조사 장비를 이용한 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태 평가
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2007이재훈최정근김형배권오선한국도로학회 학술발표논문집pp
507～514
6시공방법에 따른 다웰바 시공상태 분석2007이재훈김형배권순민권
오선한국도로학회 논문집제 9권제 2호 pp101～114
7 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한 부 강성 산정 범 윤
창호권순민김성민이승우2007한국도로학회 학술발표 논문집pp
273～280
8다웰바의 거동에 한 Timoshenko식과 3차원 유한요소법의 비교연구
범 홍성재윤찬 이승우2008한국도로학회 학술 회논문집pp
217～220
9지반 에 놓인 콘크리트 슬래 의 온도하 하의 컬링 거동 하부층
향 실험 분석김성민박희범2008한국도로학회 논문집제 10권
제 4호 pp171～180
-62-
10콘크리트 포장의 다웰바 단거동 실험양성철최재곤2008한국도로
학회 논문집제 10권제 1호 pp81～89
113차원 유한요소 모형을 이용한 콘크리트포장 하 달의 민감도
분석썬런쥬안임진선정진훈2008한국도로학회 논문집제 10권제
1호 pp145～157
123차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 거동에 한
연구홍성재윤찬 이승우김연복2009한국도로학회 논문집제 11
권제 4호 pp79～85
13다우얼 바의 진동 슬래 궤도 시스템 용 가능성박성재김용재
박명균 종수이두화박만호2009한국철도학회 춘계학술 회 정기총
회 추계학술 회 특별세미나 특별일반세션pp665～670
14다웰바 자동삽입 공법의 장 공용성 검증손덕수권순민이재훈김
형배2009한국도로학회 학술 회논문집pp451～456
15 콘크리트 포장의 강성 산정 연구 범 이승우권순민김
성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
21Initiating Cracksin PCC PavementsMalcolm KLimPE2009
Technology Transfer Concrete Consortium(TTCC) and National
ConcreteConsortium(NCC)
22AASHTOAASHTO Guide forDesign ofPavementStructures
WashingtonDC1993
23NCHRP (1979)Joint-RelatedDistressin PCC PavementNCHRP
SynthesisofHighway Practice 56Transportation Research Board
January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
LoadTransferAcrossJointsandCracksinRigidPavementUsingthe
FWDCTRRR460-2
25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
Dowel-AlignmentEvaluationThe5thICPT
27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
a DowelBar InserterReportRDT-009MissouriDepartmentof
TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-29-
다웰바 종방향유동이 콘크리트 포장의 공용성에 미치는 향에 하여 추
가 인 분석이 필요하게 되었으며더불어 국내 콘크리트 포장 다웰바 종
방향유동 잠정기 인 plusmn50mm에 한 검증이 필요하게 되었다
32 장 조사
다웰바의 종방향유동이 포장의 공용성에 미치는 향을 분석하기
하여 2008년 12월 9일～11일까지 -당진 6공구(다웰바 자동삽입방법
시험시공 구간)에서 다웰바의 종방향유동에 따른 하 달률(LTEload
transferefficiency)의 변화를 측정하 다
321 의 선정
시험시공 구간의 종방향유동에 따른 하 달률 측정을 해서 먼
19개의 을 선정하 다 선정 기 은주행차로의 휠패스에 치
하는 2345번 다웰바의 종방향유동 평균값과 해당 의 다웰바 시
공상태를 반 으로 고려하여서 결정하 다선정 과 종방향유동량
평균은 다음의 표 31그림 31과 같다
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-30-
번호 번호종방향유동량 평균
(2345번다웰바)번호 번호
종방향유동량 평균
(2345번다웰바)
1 2 -927 11 67 486
2 144 -784 12 86 607
3 61 -506 13 51 693
4 62 -392 14 101 812
5 44 -194 15 130 896
6 21 -101 16 122 1012
7 26 05 17 112 1132
8 151 91 18 116 1441
9 109 309 19 99 1757
10 141 413
표 31선정 의 종방향유동량 평균
그림 31시험 상구간의 다웰바 평균 종방향유동량 분포
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-31-
322시험시간 측정장비
하 달률 측정시간은 오 9시～11시오후 2시～4시로 나 어서
하루에 각 2회씩 총 4회를 측정하 고하 달률 측정시 사용했던 시험
장비는 HWD(Heavy WeightDeflectometer)장비를 사용하 다HWD
장비는 FWD(FallingWeightDeflectometer)장비와 유사하며슬래 에
충격을 가하여 처짐량을 구하는 방식이다
323시험하 시험 치
시험하 은 534kN712kN으로각각 4회씩 한 지 에서 8회의 하
을 재하하 다 한하 의 재하 치는 그림 32와 같이 주행차로의 바
깥쪽 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이로 선정하 다시험시공구간
의 1차 추 조사 결과주행차로가 추월차로보다 평균 종방향유동이 더
크게 발생하 으며 특히휠패스 구간에서의 종방향유동량이 국내 허용기
을 과한 것을 알 수 있다
그림 32HWD를 이용한 하 달률 측정 치
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-32-
33조사구간 결과분석
선정된 19개의 에서 6개의 (137111619번)의 종방
향 유동에 따른 하 달률을 비교했으며그 결과는 그림 33과 같다시
험시공구간에서 발생한 최 종방향유동량은 1757mm이며이 의 하
달률은 895로 높게 나타났다 한 다웰바의 종방향유동이
plusmn150mm 이내로 발생한 경우 하 달률과는 상 성이 없어 공용성
에는 향을 크게 미치지 않았는데이것은 공용도로가 아닌 시험도로의
특성상 하 달률이 크게 나올 수 밖에 없으며 한 콘크리트 포장의
하부기층 재료인 린 기층의 과도한 탄성계수 때문인 것으로 단된다
그림 33다웰바의 평균 종방향 유동에 따른 하 달률
(137111619번 에 한 하 달률)
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-33-
제 4장 다웰바 종방향 유동에 따른 FEM 모델
장조사 결과DBI공법으로 부에 시공되는 다웰바는 어셈블리
공법에 비하여 종방향유동이 크게 발생한다는 사실을 알았다실제 장
에서는 린 콘크리트의 우수한 구조 능력으로 인하여 종방향유동량과 하
달률 사이의 상 성을 찾기가 어려웠다본 장에서는종방향유동량이
콘크리트 포장에 미치는 구조 능력을 평가하고 재 사용되고 있는 국
내 종방향유동 허용기 을 검토하기 하여범용 구조해석 로그램을
사용하여 유한요소해석을 수행하 다구조해석 시 용된 차량하 은 동
일한 치에 같은 하 을 재하하 으며 다웰바의 종방향유동량 열
림에 따른 골재 맞물림 작용의 변화슬래 깊이별 온도구배를 변수로
하여 각각을 비교분석하 다 한본 연구의 해석 상인 슬래 크기
는 실제 -당진 6공구 시험시공 구간에 용된 크기와 동일하게 모델
링 하 다실제의 슬래 에서는 환경하 과 여러 가지 요인으로 인하여
다양한 변수들이 발생하지만본 해석모델에서는 슬래 자 차량하
온도하 을 용하여 슬래 부에 발생하는 최 주응력과 처짐에 따
른 하 달률을 비교분석하는 것으로 연구의 범 를 한정하 다
41FEM 모델의 개요 구성
본 연구의 3차원 유한요소 모델은 그림 41과 같이 범용 구조해석
로그램을 이용하여 구축하 으며해석시간의 단축을 고려한 12모델을
사용하여 분석을 수행하 다콘크리트 슬래 린 콘크리트다웰바는 각
각 8 3차원 Solid요소(element)인 C3D8을 사용하 다좌middot우측 콘크
리트 슬래 길이는 3000mm폭은 2282mm두께는 300mm를 동일하게
용하 으며 앙 슬래 는 길이 6000mm폭 2282mm두께 300mm를
용하 다그리고 다웰바의 제원은 국내 고속도로에 사용되는 설계기
에 따라직경 32mm길이 500mm를 용하 다다웰바의 설치 치는
시험시공구간과 동일하게 길어깨부터 5개의 다웰바는 300mm 간격으로
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-34-
설치하고추월차로 부근의 1개 다웰바는 450mm 간격으로 구성하 다
한편다웰바와 다웰바 근처의 부 슬래 는 요소 망을 세 하게 제작
하여 해석의 신뢰도를 높일 수 있도록 하 다린 기층의 길이는
12000mm폭 2282mm두께 150mm를 용하 으며슬래 를 지지하는
하부층은 하나의 복합지지층으로 가정하여 ElasticFoundation(탄성 지반)
으로 모델링하 다
슬래 와 린 기층하 재하 슬래 와 인 슬래 사이의 면은
모두 Contact을 사용하 다슬래 와 린 기층 사이에는 마찰계수를 03으
로 가정하여 마찰 거동이 발생하게 모사하 으며 부 사이 슬래
면은 Frictionless를 용하여 열림에 따라 자유롭게 거동하도록
하 다 한 실제 시공시에 다웰바의 반쪽은 에폭시 재료로 코 하며
다른 반쪽은 콘크리트와 부착을 시키기 때문에 본 연구의 모델에서는 다
웰바의 반쪽은 슬래 와 Tie로 묶어 완 부착 하 으며 다른 반쪽은
Contact 모델의 마찰계수를 용하여 005의 마찰력을 용시켰다
(Shoukryetal2007)그리고 1번 다웰바부터 6번 다웰바까지 면의
상태는 번갈아 가면서 서로 엇갈리게 용한 후하 재하 슬래 와 인
슬래 를 스 링으로 연결하여 골재맞물림 효과를 모사하 다
그림 41FEM 모델의 개요
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
참고 문헌
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6시공방법에 따른 다웰바 시공상태 분석2007이재훈김형배권순민권
오선한국도로학회 논문집제 9권제 2호 pp101～114
7 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한 부 강성 산정 범 윤
창호권순민김성민이승우2007한국도로학회 학술발표 논문집pp
273～280
8다웰바의 거동에 한 Timoshenko식과 3차원 유한요소법의 비교연구
범 홍성재윤찬 이승우2008한국도로학회 학술 회논문집pp
217～220
9지반 에 놓인 콘크리트 슬래 의 온도하 하의 컬링 거동 하부층
향 실험 분석김성민박희범2008한국도로학회 논문집제 10권
제 4호 pp171～180
-62-
10콘크리트 포장의 다웰바 단거동 실험양성철최재곤2008한국도로
학회 논문집제 10권제 1호 pp81～89
113차원 유한요소 모형을 이용한 콘크리트포장 하 달의 민감도
분석썬런쥬안임진선정진훈2008한국도로학회 논문집제 10권제
1호 pp145～157
123차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 거동에 한
연구홍성재윤찬 이승우김연복2009한국도로학회 논문집제 11
권제 4호 pp79～85
13다우얼 바의 진동 슬래 궤도 시스템 용 가능성박성재김용재
박명균 종수이두화박만호2009한국철도학회 춘계학술 회 정기총
회 추계학술 회 특별세미나 특별일반세션pp665～670
14다웰바 자동삽입 공법의 장 공용성 검증손덕수권순민이재훈김
형배2009한국도로학회 학술 회논문집pp451～456
15 콘크리트 포장의 강성 산정 연구 범 이승우권순민김
성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
21Initiating Cracksin PCC PavementsMalcolm KLimPE2009
Technology Transfer Concrete Consortium(TTCC) and National
ConcreteConsortium(NCC)
22AASHTOAASHTO Guide forDesign ofPavementStructures
WashingtonDC1993
23NCHRP (1979)Joint-RelatedDistressin PCC PavementNCHRP
SynthesisofHighway Practice 56Transportation Research Board
January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
LoadTransferAcrossJointsandCracksinRigidPavementUsingthe
FWDCTRRR460-2
25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
Dowel-AlignmentEvaluationThe5thICPT
27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
a DowelBar InserterReportRDT-009MissouriDepartmentof
TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-35-
경계조건의 경우길어깨 부근에서의 슬래 컬링효과를 자유롭게 표
하기 해서 자유단으로 하 으며나머지 슬래 면은 모두 구속시켰
다그리고 최종 으로 다웰바의 종방향유동을 0cm5cm10cm15cm
20cm의 5가지 상태로 변화시켰으며각각의 종방향유동에 하여 05mm
10mm15mm20mm25mm의 5가지 열림(jointopening)을 고려
하여 각각의 해석을 실시하 다
42FEM에 용한 재료 물성
FEM 기본 모델에서콘크리트 포장 하부층인 린 콘크리트의 거동
은 선형탄성체로 가정하여 해석을 수행하 다표 41은 본 논문에서 사용
된 유한요소 모델에 용된 물성값이며선행연구에서 수행된 자료를 이
용하 다
구분 크기(mm)탄성계수
(MPa)포아송비
단 량
(tonmsup3)
열팽창
계수()
콘크리트
슬래 ( 앙)6000times2282times300 28000 018 24
941times10⁻⁶콘크리트
슬래 (좌middot우)3000times2282times300 28000 018 24
린 콘크리트 12000times2282times150 15000 02 22 -
다웰바 D32times500 200000 026 70 941times10⁻⁶
노상 - 003dagger - - -
dagger지지력계수(MPamm)
표 41구조해석에 사용된 물성치(임진선 외2010)
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-36-
하지만실제로 콘크리트 재료는 항복 발생 후에 소성거동을 하는 비
탄성 재료로써탄성해석의 범 내에서는 콘크리트 재료의 항복 이후의
비선형 압축 인장 응력의 상태를 정확하게 모사하기 힘들다따라서
보다 합리 인 결과를 하여 본 연구에서는 콘크리트 소성해석 모델을
추가로 고려하 다콘크리트 재료 모델의 소성 거동을 모사하기 해서
표 42와 그림 42의 물성치를 FEM 모델에 용하 다(Prabhu et
al2009)본 연구에서 해석을 해 사용된 모델은 다웰바의 항복응력까지
는 도달하지 않기 때문에 다웰바의 비선형 재료 물성은 용하지 않았다
표 42콘크리트 재료의 소성 물성치(Prabhuetal2009)
팽창각 이심률 2축 응력비 K 값
15deg 01 116 0667
그림 42콘크리트 재료의 일축응력-변형률(Prabhuetal2009)
한유한요소 모델 부에서 골재에 의한 맞물림 상을 모사하
는데Maitraetal(2010)의 스 링요소를 이용한 골재 맞물림 모사방법
맞물림 계수 를 용하 다 값은 의 단 길이당 압
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-37-
력(MPamm)의 용어로 표 되며이 계수값은 골재의 크기와 열림
의 함수이다그러나 용된 값은 05mm～25m 범 의 열림에
해서만 유효하게 작용하기 때문에 본 연구에서도 열림을 최
25mm까지만 고려하 다골재 맞물림 상을 해 사용된 굵은골재의 크
기는 국내 시방기 인 25mm 골재(국토해양부2009)를 용하 으며
값을 이용하여 계산된 스 링 강성값은 다음의 표 43과 같다
표 43 열림에 따른 스 링 강성값 (Maitraetal2010)
열림(mm) 05 10 15 20 25
맞물림
계수(MPamm)1912 228 098 061 044
스 링 강성(Nmm) 192519 22950 9912 6112 4403
43교통하 환경하
슬래 상부에 재하된 차량하 의 치는 -당진 6공구 장조사
구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer) 장조사를 모사하
으며휠패스가 통과하는 3번과 4번 다웰바 사이에 하 을 재하하 다그리
고 재하된 하 의 크기는 일반 으로 FWD 측정시에 많이 사용하는
40KN(41ton)으로 선정하 으며(NCHRP2008)재하면 은 305mm(12inch)
직경의 재하 을 같은 면 의 직사각형(182mmtimes400mm)으로 간주하여 3번과
4번 다웰바 사이의 부에 재하 시켰다(NCHRP2008)그리고 재하된 하
은 재하면 체에 균등하게 분포하는 것으로 가정하 다 한상향 컬
링과 하향 컬링이 발생할 때다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의
거동을 악하기 하여 plusmn0333cmplusmn0667cm의 온도구배를 슬래
체에 용하 다
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-38-
제 5장 FEM 구조해석 결과
51구조해석모델의 유효성 검토
511해석모델의 유효성 검토 모델
다양한 변수들을 용한 FEM 해석을 수행하기에 앞서해석모델의
유효성을 검토하기 하여 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방
향유동량이 차량하 이 재하된 부에 미치는 향을 악하 다이는
본 논문에서의 해석결과가 신뢰할만한 결과값임을 증명하기 함이며검
토 모델은 그림 51과 같이 다웰바의 종방향 유동이 없을 때종방향유동
이 좌측으로 최 20cm만큼 발생했을 때종방향유동이 우측으로 최
20cm만큼 발생했을 때의 3가지 상태로 나 어서 해석 하 다해석시에
슬래 의 컬링은 온도구배에 따라 상 인 결과값을 보여주므로 검토과
정에서 고려하지 않았으며 골재맞물림 작용은 고려하 다
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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23NCHRP (1979)Joint-RelatedDistressin PCC PavementNCHRP
SynthesisofHighway Practice 56Transportation Research Board
January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
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FWDCTRRR460-2
25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
Dowel-AlignmentEvaluationThe5thICPT
27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
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TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-39-
(a)다웰바의 종방향유동이 없음
(b)다웰바의 종방향유동이 좌측으로 20cm
(c)다웰바의 종방향유동이 우측으로 20cm
그림 51다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 유효성 검토 기본모델
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-40-
512하 달률(LTE)검토
그림 52와 같이 6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동
량에 따른 차량하 이 재하된 부의 처짐량을 비교해보면 종방향유동
이 없을때와 좌middot우측 방향으로의 종방향유동이 생겼을 때의 상 처짐량이
1도 되지 않는 근소한 차이를 보 다하 달률 역시 9594로써 상
값이 1도 차이가 나지 않았다이 결과는 방향별 다웰바 종방향유동
이 6m 떨어진 인 슬래 에는 향을 끼치지 않는다고 단할 수
있다
(a)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 슬래 처짐량
(b)다웰바의 방향별 종방향 유동에 따른 하 달률
그림 52다웰바의 방향별 종방향유동에 따른 슬래 처짐 하 달률 비교
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
참고 문헌
1다웰바를 설치하지 않은 콘크리트포장의 하 달효율윤경구권순
민이주형1999 한토목학회논문집제 19권제 Ⅲ-6호 pp1061～
1069
2콘크리트포장에서 하 달효과 향인자 연구양홍석서 찬권수안
2001한국도로포장공학회지제 3권3호 pp147～158
3콘크리트 포장 확장시 연결부 지지력 평가 속방안 개발정진훈유
태석2004한국도로공사 도로교통기술원
4비 괴 조사 장비를 이용한 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태 평가
이재훈김형배권순민2005 한토목학회 정기학술 회 pp3891～
3894
5다웰바 시공상태가 콘크리트 포장 거동에 미치는 향에 한 연구
2007이재훈최정근김형배권오선한국도로학회 학술발표논문집pp
507～514
6시공방법에 따른 다웰바 시공상태 분석2007이재훈김형배권순민권
오선한국도로학회 논문집제 9권제 2호 pp101～114
7 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한 부 강성 산정 범 윤
창호권순민김성민이승우2007한국도로학회 학술발표 논문집pp
273～280
8다웰바의 거동에 한 Timoshenko식과 3차원 유한요소법의 비교연구
범 홍성재윤찬 이승우2008한국도로학회 학술 회논문집pp
217～220
9지반 에 놓인 콘크리트 슬래 의 온도하 하의 컬링 거동 하부층
향 실험 분석김성민박희범2008한국도로학회 논문집제 10권
제 4호 pp171～180
-62-
10콘크리트 포장의 다웰바 단거동 실험양성철최재곤2008한국도로
학회 논문집제 10권제 1호 pp81～89
113차원 유한요소 모형을 이용한 콘크리트포장 하 달의 민감도
분석썬런쥬안임진선정진훈2008한국도로학회 논문집제 10권제
1호 pp145～157
123차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 거동에 한
연구홍성재윤찬 이승우김연복2009한국도로학회 논문집제 11
권제 4호 pp79～85
13다우얼 바의 진동 슬래 궤도 시스템 용 가능성박성재김용재
박명균 종수이두화박만호2009한국철도학회 춘계학술 회 정기총
회 추계학술 회 특별세미나 특별일반세션pp665～670
14다웰바 자동삽입 공법의 장 공용성 검증손덕수권순민이재훈김
형배2009한국도로학회 학술 회논문집pp451～456
15 콘크리트 포장의 강성 산정 연구 범 이승우권순민김
성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
21Initiating Cracksin PCC PavementsMalcolm KLimPE2009
Technology Transfer Concrete Consortium(TTCC) and National
ConcreteConsortium(NCC)
22AASHTOAASHTO Guide forDesign ofPavementStructures
WashingtonDC1993
23NCHRP (1979)Joint-RelatedDistressin PCC PavementNCHRP
SynthesisofHighway Practice 56Transportation Research Board
January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
LoadTransferAcrossJointsandCracksinRigidPavementUsingthe
FWDCTRRR460-2
25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
Dowel-AlignmentEvaluationThe5thICPT
27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
a DowelBar InserterReportRDT-009MissouriDepartmentof
TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-41-
513 부 다웰바 부근 슬래 의 응력 검토
차량하 은 주행도로 휠패스 구간인 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
으며하 재하에 따른 최 주응력 발생 치를 비교해보았다그 결과
6m 떨어진 인 슬래 의 방향별 다웰바 종방향유동량에 계없이 그림
53과 같이 차량하 이 재하된 슬래 의 4번 다웰바 하부에서 최 주응
력이 발생하 다최 주응력 값은 모두 약 2348MPa의 인장응력이었으
며응력값의 상 차이는 없었다이 결과 역시방향별 다웰바 종방향
유동이 6m 떨어진 인 슬래 에는 어떠한 응력의 변화도 주지 않는다는
사실을 보여 다
그림 53차량하 재하에 따른 최 주응력 발생 치
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-42-
52다웰바 종방향 유동에 따른 하 달률(LTE)변화
다웰바 종방향유동에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기
하여 하 달률(LTE)의 변화를 검토하 다FEM 모델은 장 시험시
공 구간에서 실시된 HWD(HeavyWeightDeflectometer)측정과 같은 치
인 휠패스 구간에 차량하 을 재하하 다 한다웰바의 종방향유동은 좌
측 슬래 에서 앙슬래 방향으로 일 으로 5cm10cm15cm20cm
만큼 이동시켰다본 논문에서의 하 달률은 온도구배를 고려하지 않은
FEM 모델의 해석 결과이며해석시에 열림(JointOpening)에 따른
골재맞물림 작용을 고려하 다
그림 54의 결과와 같이다웰바의 종방향 유동량에 따른 하 달률
의 변화는 체로 다웰바 종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하
는 경향을 나타내었다그리고 열림의 정도가 커질수록 역시 하
달률이 감소하 다이것은 폭이 커질수록 부의 골재 맞물림 역
할이 어들기 때문으로 사료된다 한다웰바의 종방향 유동량이 15cm
가 넘으면 하 달률이 이 유동량에 비하여 상 으로 감소하는 경향
을 나타냈다그 이유는인 하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충
분치 않아 하 달 능력의 감소폭이 커지기 때문으로 사료된다 반
으로 하 달률이 높은 값을 보 는데 그 이유는하부지반인 린 기층의
높은 탄성계수와 다웰바와 슬래 사이의 면을 완 히 풀어주지 않고
Tie로 엇갈리게 구속시켰기 때문이다
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-43-
그림 54 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률 변화(슬래
상middot하부 온도구배 고려안함)
53다웰바 종방향유동에 따른 슬래 응력 변화
531소성거동을 고려하지 않은 경우(Case1)
Case1은 다웰바의 종방향유동이 앙 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 55의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다차량하 을 3번과 4번 다웰바 사이에 재하하
는데최 주응력은 추월차로에 가까운 4번 다웰바에서 발생하 다5
번～6번 다웰바 사이의 간격이 1번～3번 다웰바 사이의 간격보다 더 넓기
때문에 다웰바의 그룹작용에 의하여 차량하 의 응력분배시에 더 많은 응
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-44-
력이 4번 다웰바 쪽으로 이동한 것으로 사료된다
그림 55(a)와 그림 55(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
4번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 3번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며반면에종방향유동이 커질수록 최 주응력이
감소하는 경향을 나타내었다그 이유는다웰바가 차량하 을 재하한
앙 슬래 방향으로 이동하여 차량하 을 더 부담하기 때문이라 사료된
다
그림 55(b)와 55(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다여기서 주목할만한 은 55(d)에서 종방향유동이 0cm～
10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하다가 종방향유동이 10cm를 넘어서
는 순간부터는 최 주응력이 오히려 증가 했다는 이다국내의 경우종
방향유동 허용범 를 5cm로 제한하고 있는데앞 의 장조사 자료를
보면 종방향유동이 5cm를 넘어가더라도 하 달률에는 큰 향이 없는
것으로 나타났다이것은 슬래 하부에 설치하는 린 기층이 충분한 강성
을 가진 고 재료이기 때문이기도 하지만구조해석 결과 역시 종방향유
동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하지 않고 있다는 것
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
참고 문헌
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-62-
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113차원 유한요소 모형을 이용한 콘크리트포장 하 달의 민감도
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13다우얼 바의 진동 슬래 궤도 시스템 용 가능성박성재김용재
박명균 종수이두화박만호2009한국철도학회 춘계학술 회 정기총
회 추계학술 회 특별세미나 특별일반세션pp665～670
14다웰바 자동삽입 공법의 장 공용성 검증손덕수권순민이재훈김
형배2009한국도로학회 학술 회논문집pp451～456
15 콘크리트 포장의 강성 산정 연구 범 이승우권순민김
성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
21Initiating Cracksin PCC PavementsMalcolm KLimPE2009
Technology Transfer Concrete Consortium(TTCC) and National
ConcreteConsortium(NCC)
22AASHTOAASHTO Guide forDesign ofPavementStructures
WashingtonDC1993
23NCHRP (1979)Joint-RelatedDistressin PCC PavementNCHRP
SynthesisofHighway Practice 56Transportation Research Board
January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
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25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
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NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
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27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
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TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-45-
을 보여 다종방향유동이 10cm를 넘어설 때 최 주응력이 격히 증
가한 이유는다웰바의 길이가 충분치 않아 다웰바와 인 슬래 사이에
발생하는 국부응력이 갑자기 증가하기 때문인 것으로 사료된다
종방향유동이 20cm 발생했을 때의 그래 를 보면 열림이
15mm일때를 기 으로 그 이상 열림이 발생하면 하 재하 슬래 의
경우 다웰바의 충분한 삽입길이에 의해서 최 주응력의 증가폭이 하
게 어들었으며인 슬래 의 경우는 최 주응력의 증가폭이 격히
상승하 다이것은 실제로 종방향유동이 20cm만큼 발생하면 열림
이 15mm를 넘어설 때부터인 슬래 의 경우는 과도한 국부응력 발생
으로 인하여 다웰바 주변 슬래 의 손에 취약할 수 있음을 보여 다
532소성거동을 고려하지 않은 경우(Case2)
Case2는 다웰바의 종방향유동이 좌측 슬래 방향으로 진행될 때의
경우이다그림 56의 결과는 슬래 의 온도구배를 고려하지 않은 경우의
4번 다웰바 부근의 최 주응력 발생 결과이며다웰바의 종방향유동이
앙 슬래 방향으로 0cm5cm10cm15cm20cm씩 발생할 때의 슬래
발생 응력을 검토하 다Case2의 경우에는 최 주응력이 3번 다웰바에
서 발생하 는데Case1과는 달리 3번 다웰바의 면이 슬래 와 완
부착 상태이기 때문인 것으로 사료된다
그림 56(a)와 그림 56(c)는 차량하 재하 슬래 의 3번 다웰바와 4
번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검토한 것이다두 경우를 비교해보면
3번 다웰바의 경우는 슬래 와의 완 부착상태기 때문에 차량하 에 의
해 과도한 응력이 발생하 다반면에 4번 다웰바의 경우는 다웰바와 슬
래 사이가 마찰거동하기 때문에 상 으로 은 최 주응력이 발생하
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-46-
다검토 결과 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고
골재맞물림의 효과는 어들기 때문에 슬래 에 발생하는 최 주응력은
증가하는 경향을 보 으며Case1과 달리 종방향유동이 커질수록 최
주응력이 증가하는 경향을 나타내었다그 이유는 다웰바가 차량하 을
재하한 반 방향인 좌측 슬래 방향으로 이동하여 다웰바의 하 달
기능이 떨어지고 차량하 에 의한 응력을 슬래 가 더 부담하기 때문이라
사료된다
그림 56(b)와 56(d)는 다웰바와 골재맞물림을 통해서 차량하 이
달된 인 슬래 의 3번 다웰바와 4번 다웰바 부근에서 발생한 응력을 검
토한 것이다하 달 과정에서 응력 손실로 인하여 하 재하 슬래 보
다는 인 슬래 에서의 최 주응력이 게 나타났으며인 슬래 역
시 열림이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응력은 증가하는 경
향을 보 다그리고 종방향유동이 커질수록 슬래 에 발생하는 최 주응
력은 감소하는 경향을 나타내었다이것은 인 슬래 방향으로 다웰바
가 깊이 삽입되기 때문에 슬래 가 부담해야 하는 응력을 슬래 와 다웰
바 사이의 면 이 늘어나면서 다웰바가 응력을 분산시켜주기 때문인
것으로 사료된다
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
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(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-47-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Contact)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Tie)
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-48-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Tie)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Contact)
그림 55다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case1)
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
21Initiating Cracksin PCC PavementsMalcolm KLimPE2009
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Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-49-
(a)차량하 재하 슬래 (3번 다웰바-Tie)
(b)다웰바로 연결된 인 슬래 (3번 다웰바-Contact)
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-50-
(c)차량하 재하 슬래 (4번 다웰바-Contact)
(d)다웰바로 연결된 인 슬래 (4번 다웰바-Tie)
그림 56다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 슬래 최 주응력
변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함-Case2)
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-51-
533소성거동을 고려한 경우
소성거동을 고려한 FEM 모델은 Case1에 하여 구조해석을 실시하
으며다음의 두 가지 에서 검토하 다
(1)슬래 온도구배를 고려하지 않았을 때다웰바의 종방향유동에
따른 슬래 의 소성 거동을 검토하 다( 열림은 25mm)
(2)종방향유동과 열림이 최 로 발생한 경우인 종방향유동
20cm 열림 25mm에 해서 환경하 이 없는 경우상향컬
링이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)하향컬링
이 발생한 경우(온도구배 plusmn0333cmplusmn0667cm)로 각각 나
어서 슬래 의 소성 거동 최 주응력을 검토하 다
그림 57(a)는 온도구배를 고려하지 않은 슬래 에서 종방향유동이 발
생할 때의 차량하 에 한 인장-소성변형률의 결과이다인장-소성변형
률은 4번 다웰바 하부에서만 발생하 으며 이 결과는차량하 에 의해서
하 재하 슬래 에 인장-소성변형이 발생했다는 것을 보여 다분석한
결과하 재하 슬래 에서 다웰바의 종방향유동이 커질수록 인장-소성변
형률이 어드는 경향을 보여주었다그 이유는 앙 슬래 방향으로 다
웰바가 이동할수록 다웰바의 면 이 커지므로 다웰바가 부담하는 응력이
커지며 다웰바의 그룹작용으로 인하여 차량하 의 재분배가 발생하고
(Buchetal2007)이로 인하여 4번 다웰바가 부담해야 하는 지압응력이
어들었기 때문이다인 슬래 에서는 다웰바의 종방향유동에 따른 인
장-소성변형률이 발생하지 않았는데인 슬래 로 달된 하 이 탄성거
동 범 안에 있었기 때문으로 사료된다그림 56(a)는 온도구배가 없을
때인장-소성변형률의 발생 방향을 보여 다충분한 차량하 이 재하된
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-52-
다면인 슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있
다는 결과를 보여 다
그림 57(b)는 온도구배별 인장-소성변형률의 결과를 보여 다상향
컬링과 하향컬링 모두 온도구배가 커질수록 인장-소성변형률도 커지는
경향을 나타내었다같은 온도구배 발생시에하 재하 슬래 에서는 하향
컬링이 상향컬링보다 소성변형이 많이 발생하 으며 반 로 인 슬래
에서는 상향컬링이 하향컬링보다 소성변형률이 커지는 경향을 보 다하
재하 슬래 와 인 슬래 의 경우 모두 다웰바와 슬래 를 부착시킨
Tie면에서 소성변형이 발생하 는데하 재하 슬래 의 상향컬링과 하향
컬링의 인장-소성변형은 2번4번6번 다웰바 치에서 발생하 고 그
상향컬링은 2번 다웰바 상부하향컬링은 4번 다웰바 하부에서 최
소성 인장변형이 발생하 다반면에인 슬래 의 경우는 1번3번5번
다웰바 치에서 최 인장-소성변형이 발생하 고 그 상향컬링은 3
번 다웰바 상부하향컬링은 5번 다웰바 하부에서 최 인장-소성변형이
발생하 다이 결과는상향컬링의 경우는 길어깨 쪽인 2번3번 다웰바
부근이 소성변형에 특히 취약하며하향컬링의 경우는 추월차로와 가까운
4번5번 다웰바가 더욱 취약할 수 있음을 보여 다 한온도구배가 증
가함에 따라 인 슬래 에서의 소성변형이 크게 증가하는 이유는 인
슬래 에 삽입된 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것으로 사료된다
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-53-
(a)종방향유동별 인장-소성변형률(온도구배 없을 시)
(b)온도구배별 인장-소성변형률
그림 57다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-54-
그림 58과 그림 59 그림 510는 순서 로 온도구배가 없는 경우의
인장-소성변형률의 방향성과 상향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향
성 하향컬링 발생시의 인장-소성변형률의 방향성을 보여 다
(a)소성 변형률 발생방향(정면도)
(b)소성 변형률 발생방향(측면도)
그림 58하 재하 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향 (온도구배 없을 시)
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-55-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 59상향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(-온도구배)
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-56-
(a)소성 변형률 발생방향(인 슬래 ) (b)소성 변형률 발생방향(하 재하 슬래 )
그림 510하향컬링 고려시 슬래 의 인장-소성변형률 발생방향(+온도구배)
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-57-
부에서의 최 주응력은 차량하 을 재하한 치에 삽입되어 있
는 4번 다웰바에 해 검토하 다그림 511(a)와 같이 하 재하 슬래
에서는 온도구배가 없는 경우가 170MPa로써 가장 높은 최 주응력을
나타내었다그 이유는 부 슬래 의 소성거동으로 인해 슬래 손
이 발생하 고 그로 인해서 다웰바와 슬래 사이에 느슨한 공간
(Looseness)이 생겼기 때문이다 한온도구배가 커질수록 상향컬링과
하향컬링의 결과 모두 소성변형이 증가하 고 이로인해 다웰바와 슬래
면에 느슨한 공간은 더욱 증가하 으며 다웰바와 슬래 사이의 빈
공간으로 인해서 최 주응력은 감소하고 인장-소성변형률은 증가하게
된다 한 소성거동이 진행될수록 콘크리트 재료는 손상(damage)을 입어
탄성계수가 어지게 된다인 슬래 의 경우는 그림 511(b)와 같이 반
로 온도구배가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력이 증가
하 다이는 인 슬래 에서의 다웰바의 충분하지 않은 길이 때문인 것
으로 사료된다다웰바의 짧은 길이로 인하여 인 슬래 에서는 소성
괴로 인한 국부 인 괴가 발생해도 여 히 국부 응력이 크게 발생하는
경향을 보 다
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-58-
(a)하 재하 슬래 최 주응력 검토(Tie)
(b)인 슬래 최 주응력 검토(Contact)
그림 5114번 다웰바 부근에서의 슬래 최 주응력 검토
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-59-
제 6장 결론
본 연구는 장시험 결과로부터 찰된 부 다웰바의 종방향유동
발생정도에 따른 콘크리트 포장의 구조 능력을 평가하기 해
FEM 해석을 수행하 다 다웰바의 종방향유동량 열림(joint
opening)슬래 상middot하부 온도구배골재 맞물림을 각각의 변수로하여 구
조해석을 수행하 으며 부에서의 종방향유동에 따른 슬래 최 주
응력 하 달률(LTE)의 변화를 분석하 다 한 추가로 슬래 의
소성거동을 분석하 다그 결과를 요약하면 다음과 같다
(1)다웰바의 열림의 정도가 커질수록 하 달률이 감소하 다이
것은 열림이 커질수록 부의 골재 맞물림 역할이 어들기
때문이며 한종방향 유동량이 커질수록 하 달률이 감소하는 경
향을 나타냈다특히 다웰바의 종방향 유동량이 15cm가 넘으면 인
하고 있는 슬래 내부의 다웰바 길이가 충분치 않아 하 달 능력
이 상 으로 많이 감소하 다
(2) 열림이 커질수록 다웰바가 부담하는 응력이 커지고 골재맞물림
의 효과는 어들기 때문에 하 재하 슬래 와 인 슬래 에 발생하
는 최 주응력은 증가하는 경향을 나타내었다
(3)하 재하 슬래 의 최 주응력은 다웰바의 종방향유동이 커질수록
다웰바의 길이 증가로 인한 응력 감소효과가 나타났으며 인 슬래
의 경우는 종방향유동이 0cm～10cm 사이에서는 최 주응력이 감소하
다가 종방향유동이 10cm를 넘어서는 순간부터는 최 주응력이 오히
려 증가했다이것은 10cm 이상의 유동이 발생한 경우에는 다웰바의
충분하지 않은 길이로 인한 결과로 사료된다 장조사 결과종방향
유동이 10cm 발생하여도 하 달률이 높게 나오며구조해석 결과
역시 종방향유동이 10cm 발생하여도 응력 으로 문제가 크게 발생하
지 않는다는 것은 국내의 종방향유동 기 인 5cm가 과 설계일수도
있다는 의문을 가지게 만드는 부분이다
(4)온도구배가 없을 때차량하 을 재하한 하부 다웰바 근처의 슬래 에
서 소성변형이 발생하 으며이 소성변형은 인 슬래 상부쪽으로
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
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WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-60-
이동하는 방향성을 가졌다즉충분한 차량하 이 재하된다면인
슬래 부 근처에서 스폴링이나 인장균열이 발생할 수 있다는 결
과를 보여 다
(5)소성거동시에 다웰바 종방향유동이 20cm 발생하면다웰바와 슬래
사이의 느슨해짐(Looseness)에 의해하 재하 슬래 에서는 온도구배
가 커질수록 상향컬링과 하향컬링 모두 최 주응력은 감소하고 인장
-소성변형률은 증가하게 된다반면에인 슬래 는 다웰바의 충분
치 않은 길이로 인한 과도한 국부 응력 때문에인장-소성변형률이
온도구배에 따라서 증가하여도 슬래 최 주응력이 차 증가하는
경향을 보 다
추후 연구에서는 충분히 큰 차량하 을 재하하고 다웰바와 슬래 사
이의 구속을 완 히 풀어주고 면의 마찰만 고려한다면 온도구배별로
더욱 실 인 하 달률(LTE)값을 얻을 수 있을 것으로 단된다
한본 연구에서는 다웰바의 종방향유동에 한 해석 결과만을 보여주
지만 실제로는 다웰바가 종방향유동 뿐만 아니라 횡방향유동깊이방향유
동수직middot수평 엇갈림 등의 다양한 유동이 발생하기 때문에 이런 다양한
유동에 한 실험 결과나 해석 결과를 추가 으로 연구한다면 국내
실정에 맞는 합리 인 방향별 다웰바유동 허용기 을 제시할 수 있을 것
으로 기 된다
-61-
참고 문헌
1다웰바를 설치하지 않은 콘크리트포장의 하 달효율윤경구권순
민이주형1999 한토목학회논문집제 19권제 Ⅲ-6호 pp1061～
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태석2004한국도로공사 도로교통기술원
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3894
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2007이재훈최정근김형배권오선한국도로학회 학술발표논문집pp
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7 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한 부 강성 산정 범 윤
창호권순민김성민이승우2007한국도로학회 학술발표 논문집pp
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8다웰바의 거동에 한 Timoshenko식과 3차원 유한요소법의 비교연구
범 홍성재윤찬 이승우2008한국도로학회 학술 회논문집pp
217～220
9지반 에 놓인 콘크리트 슬래 의 온도하 하의 컬링 거동 하부층
향 실험 분석김성민박희범2008한국도로학회 논문집제 10권
제 4호 pp171～180
-62-
10콘크리트 포장의 다웰바 단거동 실험양성철최재곤2008한국도로
학회 논문집제 10권제 1호 pp81～89
113차원 유한요소 모형을 이용한 콘크리트포장 하 달의 민감도
분석썬런쥬안임진선정진훈2008한국도로학회 논문집제 10권제
1호 pp145～157
123차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 거동에 한
연구홍성재윤찬 이승우김연복2009한국도로학회 논문집제 11
권제 4호 pp79～85
13다우얼 바의 진동 슬래 궤도 시스템 용 가능성박성재김용재
박명균 종수이두화박만호2009한국철도학회 춘계학술 회 정기총
회 추계학술 회 특별세미나 특별일반세션pp665～670
14다웰바 자동삽입 공법의 장 공용성 검증손덕수권순민이재훈김
형배2009한국도로학회 학술 회논문집pp451～456
15 콘크리트 포장의 강성 산정 연구 범 이승우권순민김
성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
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ConcreteConsortium(NCC)
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24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
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TransportationJeffersonCityMO
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1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-61-
참고 문헌
1다웰바를 설치하지 않은 콘크리트포장의 하 달효율윤경구권순
민이주형1999 한토목학회논문집제 19권제 Ⅲ-6호 pp1061～
1069
2콘크리트포장에서 하 달효과 향인자 연구양홍석서 찬권수안
2001한국도로포장공학회지제 3권3호 pp147～158
3콘크리트 포장 확장시 연결부 지지력 평가 속방안 개발정진훈유
태석2004한국도로공사 도로교통기술원
4비 괴 조사 장비를 이용한 무근 콘크리트 포장의 다웰바 시공상태 평가
이재훈김형배권순민2005 한토목학회 정기학술 회 pp3891～
3894
5다웰바 시공상태가 콘크리트 포장 거동에 미치는 향에 한 연구
2007이재훈최정근김형배권오선한국도로학회 학술발표논문집pp
507～514
6시공방법에 따른 다웰바 시공상태 분석2007이재훈김형배권순민권
오선한국도로학회 논문집제 9권제 2호 pp101～114
7 콘크리트 포장의 하 달율을 이용한 부 강성 산정 범 윤
창호권순민김성민이승우2007한국도로학회 학술발표 논문집pp
273～280
8다웰바의 거동에 한 Timoshenko식과 3차원 유한요소법의 비교연구
범 홍성재윤찬 이승우2008한국도로학회 학술 회논문집pp
217～220
9지반 에 놓인 콘크리트 슬래 의 온도하 하의 컬링 거동 하부층
향 실험 분석김성민박희범2008한국도로학회 논문집제 10권
제 4호 pp171～180
-62-
10콘크리트 포장의 다웰바 단거동 실험양성철최재곤2008한국도로
학회 논문집제 10권제 1호 pp81～89
113차원 유한요소 모형을 이용한 콘크리트포장 하 달의 민감도
분석썬런쥬안임진선정진훈2008한국도로학회 논문집제 10권제
1호 pp145～157
123차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 거동에 한
연구홍성재윤찬 이승우김연복2009한국도로학회 논문집제 11
권제 4호 pp79～85
13다우얼 바의 진동 슬래 궤도 시스템 용 가능성박성재김용재
박명균 종수이두화박만호2009한국철도학회 춘계학술 회 정기총
회 추계학술 회 특별세미나 특별일반세션pp665～670
14다웰바 자동삽입 공법의 장 공용성 검증손덕수권순민이재훈김
형배2009한국도로학회 학술 회논문집pp451～456
15 콘크리트 포장의 강성 산정 연구 범 이승우권순민김
성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
21Initiating Cracksin PCC PavementsMalcolm KLimPE2009
Technology Transfer Concrete Consortium(TTCC) and National
ConcreteConsortium(NCC)
22AASHTOAASHTO Guide forDesign ofPavementStructures
WashingtonDC1993
23NCHRP (1979)Joint-RelatedDistressin PCC PavementNCHRP
SynthesisofHighway Practice 56Transportation Research Board
January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
LoadTransferAcrossJointsandCracksinRigidPavementUsingthe
FWDCTRRR460-2
25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
Dowel-AlignmentEvaluationThe5thICPT
27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
a DowelBar InserterReportRDT-009MissouriDepartmentof
TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-62-
10콘크리트 포장의 다웰바 단거동 실험양성철최재곤2008한국도로
학회 논문집제 10권제 1호 pp81～89
113차원 유한요소 모형을 이용한 콘크리트포장 하 달의 민감도
분석썬런쥬안임진선정진훈2008한국도로학회 논문집제 10권제
1호 pp145～157
123차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 거동에 한
연구홍성재윤찬 이승우김연복2009한국도로학회 논문집제 11
권제 4호 pp79～85
13다우얼 바의 진동 슬래 궤도 시스템 용 가능성박성재김용재
박명균 종수이두화박만호2009한국철도학회 춘계학술 회 정기총
회 추계학술 회 특별세미나 특별일반세션pp665～670
14다웰바 자동삽입 공법의 장 공용성 검증손덕수권순민이재훈김
형배2009한국도로학회 학술 회논문집pp451～456
15 콘크리트 포장의 강성 산정 연구 범 이승우권순민김
성민2009 한토목학회논문집제 29권제 1D호 pp49～54
16 콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석윤동주서 국
김성민2009한국도로학회 논문집제 11권제 2호 pp141～149
173차원 유한요소해석을 이용한 콘크리트 포장의 다웰바 최 배치에
한 연구 범 홍성재이승우2010 한토목학회논문집제 30권
제 2D호 pp135～141
18콘크리트 포장 슬래 와 보조기층 간 마찰특성 모형화임진선손석철
유주호정진훈2010한국도로학회 논문집제 12권제 4호 pp211～
218
19다웰바 설치를 통한 콘크리트 포장 횡방향 균열의 하 달률 보강이
재훈2010한국도로학회 학술 회논문집pp435～440
20시멘트 콘크리트 포장 생산 시공 지침2009국토해양부pp63～74
-63-
21Initiating Cracksin PCC PavementsMalcolm KLimPE2009
Technology Transfer Concrete Consortium(TTCC) and National
ConcreteConsortium(NCC)
22AASHTOAASHTO Guide forDesign ofPavementStructures
WashingtonDC1993
23NCHRP (1979)Joint-RelatedDistressin PCC PavementNCHRP
SynthesisofHighway Practice 56Transportation Research Board
January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
LoadTransferAcrossJointsandCracksinRigidPavementUsingthe
FWDCTRRR460-2
25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
Dowel-AlignmentEvaluationThe5thICPT
27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
a DowelBar InserterReportRDT-009MissouriDepartmentof
TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
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20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
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20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-63-
21Initiating Cracksin PCC PavementsMalcolm KLimPE2009
Technology Transfer Concrete Consortium(TTCC) and National
ConcreteConsortium(NCC)
22AASHTOAASHTO Guide forDesign ofPavementStructures
WashingtonDC1993
23NCHRP (1979)Joint-RelatedDistressin PCC PavementNCHRP
SynthesisofHighway Practice 56Transportation Research Board
January
24Owusu-AntwiEBMeyerAHandHudsonR(1990)Assessing
LoadTransferAcrossJointsandCracksinRigidPavementUsingthe
FWDCTRRR460-2
25StrategicHighway Research Program(1993)DistressIdentification
ManualfortheLong Term PavementProjectSHRP-LTPP-P-338
NationalResearchCouncilWashingtonDC
26 Yu HT and Kim HB (2005) Use of MIT Scan-2 in
Dowel-AlignmentEvaluationThe5thICPT
27MODOT(2003)InvestigationofDowelBarPlacementAccuracywith
a DowelBar InserterReportRDT-009MissouriDepartmentof
TransportationJeffersonCityMO
28DowelPlacementTolerancesforConcretePavementsTayabjiSD
1986In Transportation Research RecordJournalofTransportation
Research Board No1062 TRB National Research Council
WashingtonDC
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-64-
부 록
열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 96256 96106 96019 95967 95919
5 96248 96094 96006 95954 95916
10 96246 96093 96004 95952 95913
15 96242 96087 96004 95948 95907
20 96204 96056 95976 95918 95876
A 열림별 다웰바 종방향 유동량에 따른 하 달률()변화
(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
0cm 5cm 10cm 15cm 20cm
하 재하
슬래443times10⁻⁵ 396times10⁻⁵ 415times10⁻⁵ 403times10⁻⁵ 324times10⁻⁵
인
슬래0 0 0 0 0
상향컬링
(0667cm)
상향컬링
(0333cm)온도없음
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
하 재하
슬래328times10⁻⁴ 478times10⁻⁵ 324times10⁻⁵ 232times10⁻⁴ 458times10⁻⁴
인
슬래751times10⁻⁴ 279times10⁻⁴ 0 156times10⁻⁴ 542times10⁻⁴
B다웰바 종방향 유동량 온도구배별 인장-소성변형률
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-65-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07497 08764 09532 09751 09986
5 07134 08536 09312 09688 09896
10 07010 08393 09278 09656 09866
15 06613 07992 08880 09257 09463
20 06280 07561 08468 08900 09007
C다웰바 종방향 유동량에 따른 슬래 최 주응력 변화
C-1다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 02279 04399 05549 06135 06490
5 02351 04533 05690 06285 06644
10 02365 04564 05698 06296 06655
15 02388 04586 05708 06302 06729
20 02412 04612 05764 06357 06806
C-2다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-66-
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 19414 21723 22812 23257 23481
5 19231 21519 22625 23075 23302
10 18933 21183 22312 22777 23006
15 18829 20857 22280 22721 22938
20 18705 20236 21773 21991 22147
C-3다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case1 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 04859 06437 07284 07702 07948
5 04469 05933 06742 07142 07378
10 04258 05827 06658 07062 07295
15 05250 06623 07623 08035 08276
20 05336 06704 07756 08952 09063
C-4다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-67-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 16347 18630 20397 21753 22528
5 16853 18998 20713 21976 23012
10 17328 19585 21302 22434 23304
15 17667 20334 21919 23048 23527
20 18083 21001 22505 23541 24043
C-5다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 3번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07229 09155 10165 10581 11098
5 07184 09065 09986 10418 10916
10 06965 08985 09813 10289 10813
15 06775 08898 09545 10033 10653
20 06528 08557 09331 09904 10284
C-6다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 3번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-68-
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 07246 07645 07813 07994 08110
5 07618 07923 08073 08266 08404
10 08002 08354 08515 08652 08876
15 08574 08791 08938 09078 09209
20 08875 09077 09170 09354 09535
C-7다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 하 재하 슬래 4번
다웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
Case2 열림(mm)
05 10 15 20 25
종방향
유동량
(cm)
0 03689 05012 06592 08056 08408
5 03616 04916 06324 07914 08342
10 03527 04838 06281 07910 08283
15 03433 04744 06163 07869 08205
20 03348 04659 06093 07813 08117
C-8다웰바 종방향 유동량에 따른 열림별 인 슬래 4번 다
웰바 최 주응력 변화(슬래 상middot하부 온도구배 고려안함)
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-69-
D온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 비교
D-1하 재하 슬래
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
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이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-70-
D-2하 재하 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
온도없음 - -
상향컬링
(0333cm)-
상향컬링
(0667cm)
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
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원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
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다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
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돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
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님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-71-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
2번 다웰바 4번 다웰바 6번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
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도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
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기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
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마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
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덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-72-
D-3인 슬래
인 슬래 의 인장-소성변형률
온도없음 -
상향컬링
(0333
cm)
상향컬링
(0667
cm)
하향컬링
(0333
cm)
하향컬링
(0667
cm)
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
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고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
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다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
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도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-73-
D-4인 슬래 (슬래 측면)
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
온도없음 - - -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
이 따뜻한 기홍이형기효형문길이형상구형정우형동균이형석철이형
그리고 항상 이런 런 핑계로 우리끼리 술 한잔 제 로 같이 못했지만 언
제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
신 존경하는 모든 스승님들께 감사의 말 을 올립니다아침마다 모닝커피
를 같이 마시며 를 채 질 해주신 구민세 교수님학교 후배라고 항상
구보다 신경 써주시고 챙겨주신 권수안 박사님천성한 박사님박재 박사
님허종완 박사님아스팔트 분야만큼은 구보다도 열정 으로 지도해주신
김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
많습니다하지만 언제나 에서 응원해주고 신경 써주시는 많은 분들의 도
움으로 인하여 지 의 제가 이 자리에 있다고 생각합니다진심으로 모두에
게 감사드리며 앞으로도 열심히 정진하는 정성원이 되겠습니다
- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-74-
하 재하 슬래 의 인장-소성변형률
1번 다웰바 3번 다웰바 5번 다웰바
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-75-
D-5온도구배별 슬래 부의 인장-소성변형률 발생방향 비교
슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
보고 힘차게 달려왔는데 이제서야 뒤를 한번쯤 돌아보며 회고의 시간을 가
져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
의 말 을 드립니다 래의 친구들보다 조 은 늦게 사회에 발을 디디는
탓에 구보다도 마음 졸 을거라 생각합니다앞으로는 지 까지 받았던
사랑과 믿음에 부합하는 아들로써 열심히 살아가겠습니다당신은 의
원한 멘토이십니다항상 감사하고 사랑합니다그리고 항상 에서 응원하
고 격려해주시는 외할머니와 호택이 삼 하나밖에 없는 사랑하는 동생 호
원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
이며 행복한 기억들입니다자기 일에는 로페셔 하고 틈틈이 후배들까지
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받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
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기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
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표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
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김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
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-75-
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슬래 의 인장-소성변형률 발생방향
인 슬래 하 재하 슬래
온도없음 -
상향컬링
(0333cm)
상향컬링
(0667cm)
하향컬링
(0333cm)
하향컬링
(0667cm)
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
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이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
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-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
마지막으로2년동안 에게 지식뿐 아니라 따뜻한 말과 심을 가져 주
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김경철 박사님윤태 박사님 로젝트 수행을 통하여 많은 것을 가르쳐
주시고 신경써 주신 명지 학교 김인태 교수님도로공사 홍승호 박사님손
덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
제 인생의 13이었던 학생활을 돌이켜보면 아쉬운 부분들이 무나도
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- 무나 추웠던 2011년 12월 29일 도로 공항 연구실에서-
-76-
감사의
길고 험난할 것만 같았던 석사과정의 2년도 어느 듯 끝을 향해 달려가
고 있고 란만장했던 나의 20 도 이제는 3일밖에 남지 않았습니다앞만
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져 니다
먼 항상 큰 아들을 믿고 오랜 시간 기다려 주신 부모님께 깊은 감사
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원이오랜 시간 에서 자신의 자리를 든든하게 지키며 매일 행복을 줬던
정이에게 감사의 말을 합니다
한 의 지도 교수님이신 정진훈 교수님께 감사의 말 을 드립니다
한없이 부족하기만한 제자이지만 언제나 신뢰를 보내주셨으며 사회에 첫 발
을 무사히 내디딜 수 있도록 항상 용기를 주시고 많은 가르침을 주셨습니
다교수님의 떳떳한 제자가 되도록 항상 교수님의 가르침을 명심하고 살아
가겠습니다
원래 lsquo인연rsquo이라는 것을 별로 믿지 않았습니다하지만 의 짧은 인생을
돌이켜 보았을 때 도로연구실은 참으로 믿기 어려운 인연들로부터 시작했으
며 인연들의 연속이었습니다 에게는 무나도 행운이었던 소 한 사람들
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도 항상 챙겨주시는 유주호 선배님과 김상호 선배님항상 의 투정을 다
받아주면서 좋은 방향으로 이끌어 주신 정 도 박사님2년간 함께 밤을 지
새우며 부족한 동생을 마음으로 이끌어주신 임진선 박사님연구실 실세이
자 도로연구실과의 인연을 맺어주신 인연의 출발 이었던 주 이 형한없
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제나 내 에서 추억을 같이 공유한 든든한 02학번 친구들인 강훈이 동
이상민이항상 고생만 하는것 같아 안쓰러운 하나밖에 없는 든든한 내 맏
기수 동생 동성이그리고 연구실의 밝은 미래인 릇 릇한 연태병 이
-77-
호성이연우제 인생에서 소 한 사람들이며 2년간의 석사과정을 무사히
끝낼 수 있도록 항상 에서 도와 연구실 식구 모두에게 감사의 마음을
표합니다
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덕수 연구원님이재훈 연구원님감사합니다
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-77-
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