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목차
요약문 17
ABSTRACT 18
제1장 서론 19
1.1. 연구배경 20
1.2. 연구목적 21
1.3. 전체 연구내용 22
1.3.1. 자체부문 연구내용 22
1.3.2. 용역부문 연구내용 23
1.4. 연구범위 및 수행방법 23
제2장 강바닥판 교면포장체의 국·내외 기술현황 분석 25
2.1. 강바닥판 관련 설계기준 25
2.1.1. 도로교설계기준(2010) 26
2.1.2. 강도로교 상세부설계지침(2006) 31
2.1.3. AASHTO LRFD 도로교 설계기준 32
2.1.4. 유로코드(Eurocode) 36
2.2. 강바닥판의 피로거동 및 피로상세 관련 연구현황 40
2.3. 강바닥판의 교면포장 관련 국내외 기술현황 54
2.3.1. Delft공대의 강바닥판 교면포장 연구 54
2.3.2. 일본의 강바닥판 교면포장의 연구 60
2.3.3. 일본의 강바닥판 교면포장의 종방향 균열 연구 61
2.3.4. Jiangyin Bridge의 교면포장 균열 연구 65
제3장 강바닥판 교면포장체의 유한요소해석 및 계측방법 71
3.1. ABAQUS를 이용한 Element Type별 비교 71
3.1.1. 각 요소의 정의 및 선정 71
3.1.2. 각 요소의 검증 74
3.1.3. ABAQUS모델 요소 선정 80
3.2. ABAQUS를 이용한 강바닥판 교면포장체의 유한요소모델 80
3.3. 실측 데이터 처리 89
3.3.1. Smoothing method를 이용한 실측 Data의 노이즈 제거 89
3.3.2. 유한차분법과 Polymornial curve fitting을 이용한 곡률 산출 92
제4장 강바닥판용 아스팔트 재료의 품질기준 제정 94
4.1. 배합설계 94
4.1.1. SMA 혼합물의 배합설계 94
4.1.2. 구스아스팔트 혼합물 배합설계 99
4.2. 교면포장 재료 성능평가 시험 101
4.2.1. 휠트랙킹 시험(Wheel tracking) 시험(KS F 2374) 101
4.2.2. 휨(Bending beam) 시험(KSF 2408) 103
4.2.3. 반복피로하중(Flexural beam fatigue) 시험(AASHTO T 321-03) 107
4.3. 시험결과 분석 114
4.3.1. 내유동성(소성변형에 대한 저항성) 114
4.3.2. 처짐 추종성 114
4.3.3. 피로균열에 대한 저항성 114
4.4. 최적의 아스팔트 교면포장을 위한 배합설계, 생산 및 시공 방법 정립 115
4.4.1. 서부산낙동대교 10mm SMA 아스팔트 혼합물 결과 총괄표 115
4.4.2. 콜드빈 골재 물성시험 117
4.4.3. 실내 배합설계 118
4.4.4. 콜드빈 골재 유출량 122
4.4.5. 현장 배합설계(본 배합설계) 126
4.4.6. 배합설계 결과 130
제5장 서부산 낙동대교 현장재하시험 131
5.1. 대상교량 131
5.2. 유한요소해석 133
5.2.1. 신 서부산낙동대교 134
5.2.2. 구 서부산낙동대교 139
5.3. 하중재하실험 Flow Chart 143
5.4. 하중재하위치 및 측정위치 144
5.4.1. 신 서부산낙동대교 144
5.4.2. 구 서부산낙동대교 146
5.5. 재하시험 148
5.6. 서부산낙동대교 하중재하시험 결과와 아바쿠스 해석결과 비교 149
5.6.1. 신 서부산낙동대교의 계측 및 해석결과 분석 149
5.6.2. 구 서부산낙동대교의 해석결과 분석 150
제6장 강바닥판 실물시험체의 하중재하질험 151
6.1. 시험체 일반사항 151
6.1.1. 시험체 설계 151
6.1.2. 시험체 매개변수 153
6.2. 가속시험동 시험체 설치공간 사이즈 및 차륜폭 153
6.3. 재하시험 154
6.4. 강바닥판 실물시험체의 하중재하시험과 상세 유한요소해석 결과분석 156
제7장 강바닥판 교면포장 구조거동에 대한 매개변수연구 157
7.1. 표준모델 선정 157
7.2. 해석변수와 제약조건 158
7.3. 하중 재하위치 선정 159
7.4. 매개변수 연구 해석결과 비교·분석 165
제8장 유한대판법을 이용한 강바닥판 교면포장체 해석 167
8.1. FSM 해석 방법 167
8.1.1. 2node 스트립 요소(strip element) 169
8.1.2. 3node 스트립 요소(strip element) 180
8.1.3. 횡방향보의 고려 186
8.1.4. 프리즘요소(prism element) 189
8.1.5. 링크요소(Link Element) 192
8.2. 유한대판법 수치예제 198
8.2.1. 수치예제1 모델링 198
8.2.2. 수치예제1 해석결과 200
8.2.3. 수치예제2 모델링 200
8.2.4. 수치예제2 해석결과 204
8.3. 유한대판법 간략 표준모델 수치예제 207
8.3.1. 간략표준모델 선정 207
8.3.2. 간략표준모델 검증 212
8.4. 포장 및 방수층을 포함한 FSM모델 연구 213
제9장 결론 215
참고문헌 218
APPENDIX 224
APPENDIX 1. 서부산낙동대교 계측, 해석결과 비교 224
APPENDIX 2. 강바닥판 실물시험체 계측 및 해석결과 271
APPENDIX 3. 강바닥판 교면포장체 매개변수 해석결과 328
APPENDIX 4. FSM 간략 표준모텔 해석 결과 492
도서정보(INFORMATION) 506
판권기 508
표 2.1. 강재의 허용응력 30
표 2.2. 반력 비교 44
표 2.3. 사하중에 대한 모멘트 검토 44
표 2.4. 전체해석과 소블럭 국부해석 공칭응력 비교 45
표 2.5. 세로리브측 주응력 범위 50
표 2.6. 세로리브와 가로리브 연결부 주응력 범위 51
표 2.7. 가로리브측 슬릿부 주응력 범위 52
표 2.8. 재료모델 59
표 3.1. 각 경우의 처짐 비교 결과 75
표 3.2. 각 요소 및 절점개수 변화에 따른 해석시간 78
표 4.1. 개질 SMA 포장의 입도 기준 94
표 4.2. 교면포장용 SMA 혼합물의 배합설계 기준 95
표 4.3. SMA 혼합물 배합설계 결과 95
표 4.4. 10mmSMA 혼합물 합성입도 96
표 4.5. 10mm SMA 혼합물 최적 아스팔트 함량(OAC) 97
표 4.6. 8mm SMA 혼합물 합성입도 97
표 4.7. 8mm SMA 혼합물 최적 아스팔트 함량(OAC) 98
표 4.8. 구스 혼합물 배합설계 결과 99
표 4.9. 구스 혼합물 합성입도 99
표 4.10. 교면포장용 혼합물의 물성 및 휠트래킹 시험결과 102
표 4.11. 각 혼합물의 휨(bending test) 시험 결과 106
표 4.12. PG82-22 SMA 10mm의 휨(bending test) 시험 결과 110
표 4.13. PG82-22 SMA 8mm의 휨(bending test) 시험 결과 111
표 4.14. 구스아스팔트 혼합물의 휨(bending test) 시험 결과 112
표 4.15. 강상판 교면포장 혼합물의 예상 피로 수명(실제 하중재하시험 값 적용) 113
표 4.16. 교량 바닥판의 종류에 따른 SMA 혼합물 적용 기준 115
표 4.17. 교면포장용 SMA 혼합물의 배합설계 기준 116
표 4.18. SMA 교면포장 적용 배합설계 시험결과 116
표 4.19. 골재 비중시험 결과 117
표 4.20. 골재의 편평 및 세장편 함유량 시험 결과 117
표 4.21. 입도분석(Cold Bin) 117
표 4.22. SMA 혼합물의 합성입도 기준 118
표 4.23. 10mm SMA Cold Bin 합성입도의 결정 119
표 4.24. 이론최대밀도 시험용 혼합물의 아스팔트 함량 결정 120
표 4.25. 이론최대밀도 시험결과(AP비중 : 1.03) 120
표 4.26. 각 골재의 비중시험 결과 121
표 4.27. SMA 혼합물 시험결과 : 콜드빈 결정입도(다짐횟수 : 75회) 122
표 4.28. 분당 소요 골재량 계산 123
표 4.29. 콜드빈 별 유출량 시험 기록표 124
표 4.30. 유출량 시험결과 기록표 125
표 4.31. 빈별 입도분석(Hot Bin) 126
표 4.32. Hot Bin 합성입도 126
표 4.33. Hot Bin 아스팔트 혼합물의 골재 체분석표 127
표 4.34. 최적 아스팔트 함량 결정 : 10mm SMA 상부층(다짐횟수 : 75회) 128
표 4.35. 최적 아스팔트 함량 결정 : 10mm SMA 하부층(다짐횟수 : 75회) 129
표 4.36. 휠트래킹 시험결과 : 10mm SMA 상부층 129
표 4.37. 휠트래킹 시험결과 : 10mm SMA 하부층 129
표 5.1. 서부산 낙동대교의 교면포장 단면도 및 특징 132
표 5.2. 신 서부산낙동대교 유한요소모델 제원 134
표 5.3. 서부산낙동대교(신) 재하 차량의 축별 하중 138
표 5.4. 구 서부산낙동대교 유한요소모델 제원 139
표 5.5. 서부산낙동대교(구) 재하 차량의 축별 하중 142
표 6.1. 시험체별 매개변수 153
표 6.2. 재하시험 과정 155
표 7.1. 표준모델 제원 157
표 7.2. 표준모델 일반사항 158
표 7.3. 해석변수 및 제약조건 159
표 7.4. 표준모델 예비해석결과 165
표 8.1. 하중 case별 최대처짐비교 200
표 8.2. 하중 case별 최대 변형률비교 200
표 8.3. 하중재하위치(y=3750mm)에서의 처짐 비교 205
표 8.4. L/4 지점(y=1875mm)에서의 처짐 비교 206
표 8.5. 하중 case별 최대처짐비교 211
표 8.6. 하중 case별 최대 변형률비교 211
표 8.7. 재료 물성치 214
표 8.8. 판 중앙의 변형률 214
그림 1.1. 강바닥판교의 세로리브에 따른 기본구조 20
그림 1.2. 강바닥판 교면포장의 종방향 균열 21
그림 2.1. 리브와 바닥판의 유효폭 28
그림 2.2. 바닥강판의 유효폭 29
그림 2.3. 강바닥판의 온도분포 30
그림 2.4. 세로리브 배치 32
그림 2.5. 직교이방성판을 위한 상세 필요조건 36
그림 2.6. 데크플레이트 상세 37
그림 2.7. 컷아웃 형상 38
그림 2.8. 횡리브 간격에 따른 종리브의 단면2차모멘트 39
그림 2.9. 구조해석 대상의 단면도 41
그림 2.10. 구조해석 대상의 소블럭 형상과 세로리브 상세도 42
그림 2.11. 강바닥판 모델링 형상 43
그림 2.12. 구조해석에서의 사하중에 대한 모멘트 선도 45
그림 2.13. 실험 전경(왼쪽), 게이지 부착 위치(오른쪽) 46
그림 2.14. 국부해석 모델링 형상 46
그림 2.15. 소블럭실험체 세로리브 주위에서의 최대주응력 비교 47
그림 2.16. 하중재하 위치도(왼쪽), 평가대상 위치(오른쪽) 48
그림 2.17. 포락선 정의(벌크헤드가 없는 구조상세의 경우) 49
그림 2.18. 보강상세 형상 50
그림 2.19. 세로리브측 주응력 범위 51
그림 2.20. 세로리브와 가로리브 연결부 주응력 범위 51
그림 2.21. 가로리브측 슬릿부 주응력 범위 52
그림 2.22. 강바닥판 교량의 주거더 위치 55
그림 2.23. 거더 사이에 하중이 적용된 모델(왼쪽)과... 55
그림 2.24. 강바닥판의 응력 측정 56
그림 2.25. Van Brienenoordbrug 교량(왼쪽), 및 multi strain master 곡선(오른쪽) 57
그림 2.26. 교량 간소화에 따른 해석결과 57
그림 2.27. 윤하중에 따른 포장의 거동 58
그림 2.28. 교축방향 균열의 위치 62
그림 2.29. SLPE 모델 62
그림 2.30. 매쉬와 하중에 대한 모델링 형태 63
그림 2.31. 교축직각방향의 소산에너지와 변형률 64
그림 2.32. 하중위치에 따른 해석결과 64
그림 2.33. 하중위치에 따른 해석결과 65
그림 2.34. Jiangyin Bridge의 교면포장의 구성 66
그림 2.35. 교면포장에서 발생된 균열 67
그림 2.36. 합성보의 피로시험 68
그림 2.37. 주파수에 따른 합성보의 소산에너지 70
그림 3.1. 연속체쉘요소와 쉘요소의 비교 71
그림 3.2. 코히시브요소의 적용방법 72
그림 3.3. 요소의 형태 및 절점 위치 73
그림 3.4. 요소의 형태 및 절점 위치 73
그림 3.5. 비교검증 모델 및 하중 74
그림 3.6. 각 경우의 응력 비교결과 76
그림 3.7. 해석모델 76
그림 3.8. 코히시브 요소 검증을 위한 아바쿠스 모델링 76
그림 3.9. 미끌림 현상에 대한 결과 그래프 77
그림 3.10. 절점개수 변화모델 및 결과 78
그림 3.11. solid와 shell모델 해석값과 실측값 비교 79
그림 3.12. mesh크기 변화에 따른 비교 79
그림 3.13. 각 part 생성 81
그림 3.14. merge 후 새로운 part생성 82
그림 3.15. 방수층 및 포장의 tie연결 83
그림 3.16. 각 part의 물성치 입력 84
그림 3.17. mesh type 결정 85
그림 3.18. continuum shell의 composite layup 설정 86
그림 3.19. mesh 크기 설정 86
그림 3.20. 경계조건 입력 87
그림 3.21. 하중위치 조정 및 하중재하 88
그림 3.22. 필요한 해석결과 선택 88
그림 3.23. 해석값 확인을 위한 path설정 89
그림 3.24. 강바닥판 하면 수직 위치 측정데이터 90
그림 3.25. U리브 하면 수직 위치 측정 데이터 90
그림 3.26. Smoothing method로 실측 Data 처리후 수직위치 곡선 91
그림 3.27. Smoothing method로 Data 처리 후 처짐 곡선 91
그림 3.28. 측정된 처짐값과 Polynormial curve fitting의 처짐값 비교 92
그림 3.29. 처짐의 2차미분과 곡률식에 의한 곡률 비교 93
그림 3.30. 유한차분법과 Polynomaial fitting으로 구한 곡률 비교 93
그림 4.1. 10mm SMA 혼합물 합성입도 96
그림 4.2. 8mm SMA 혼합물 합성입도 98
그림 4.3. 구스 혼합물 합성입도 100
그림 4.4. 휠트래킹 시험장비 전경 101
그림 4.5. 각 혼합물의 휠트래킹 시험결과 102
그림 4.6. 각 혼합물의 휠트래킹 시험결과 시편사진 103
그림 4.7. 휨시험 장치 개요도 104
그림 4.8. 휨시험 장치 전경 105
그림 4.9. 휨시험에 사용된 시편 전경 106
그림 4.10. 최대 휨강도와 파괴 시 변형률 107
그림 4.11. 온도조절 챔버 내 세팅된 아스팔트혼합물의 빔피로 시험 장치 전경 108
그림 4.12. 빔 피로 시험 장치에 시편이 거치된 모습 108
그림 4.13. 하중재하회수의 증가에 따른 혼합물의 강성 감소 109
그림 4.14. PG82-22 SMA 10mm의 휨(bending test) 시험 결과 110
그림 4.15. PG82-22 SMA 8mm의 휨(bending test) 시험 결과 111
그림 4.16. 구스아스팔트 혼합물의 휨(bending test) 시험 결과 112
그림 4.17. 각 혼합물의 빔피로 시험결과 시편사진 112
그림 4.18. 각 혼합물에 대한 피로수명 비교 113
그림 4.19. 골재의 유효비중 검토 121
그림 4.20. 콜드빈 골재의 모터속도에 따른 유출량 차트 : 10mm 골재 124
그림 4.21. 콜드빈 골재의 모터속도에 따른 유출량 차트 : 6mm 이하 골재 125
그림 5.1. 교량의 위치 132
그림 5.2. 서부산낙동대교 교면포장 단면도[그림없음] 14
그림 5.3. 신 서부산낙동대교 단면 134
그림 5.4. 아바쿠스 해석 모델 135
그림 5.5. 대칭원리를 이용한 절반모델 원리 136
그림 5.6. 대칭원리를 이용한 아바쿠스 모델링 137
그림 5.7. 교축직각방향 스트레인 137
그림 5.8. 차량 하중 138
그림 5.9. 구 서부산낙동대교 단면 139
그림 5.10. 아바쿠스 해석 모델 140
그림 5.11. Mesh크기 및 요소에 따른 교축직각방향 스트레인 141
그림 5.12. 서부산낙동대교(구) 재하차량의 실측제원 142
그림 5.13. 하중재하 위치 144
그림 5.14. 측정 위치 1 144
그림 5.15. 측정 위치 2 144
그림 5.16. 하중케이스 145
그림 5.17. 측정 위치 1 146
그림 5.18. 측정 위치 2 146
그림 5.19. 하중케이스 147
그림 5.20. 재하시험 과정 148
그림 6.1. 세로리브 상세 151
그림 6.2. 시험체 1 단면 152
그림 6.3. 시험체 2 단면 152
그림 6.4. 종단면 152
그림 6.5. 시험체 설치공간사이즈 153
그림 6.6. 재하차량 차륜 사이즈 154
그림 7.1. 매개변수 연구를 위한 표준모델 158
그림 7.2. 하중케이스 및 재하 위치 160
그림 7.3. 1번 위치에서의 상대처짐 161
그림 7.4. 2번 위치에서의 상대처짐 162
그림 7.5. 3번 위치에서의 상대처짐 163
그림 7.6. 4번 위치에서의 상대처짐 164
그림 8.1. FSM을 이용한 각 요소의 구성 168
그림 8.2. 각 요소의 자유도 168
그림 8.3. 양단 단순지지 판 169
그림 8.4. 플레이트의 대판요소로의 분할 170
그림 8.5. 플레이트 대판요소의 자유도 171
그림 8.6. 강성행렬의 구성 174
그림 8.7. 양단 단순지지의 평면응력 요소 175
그림 8.8. 평면응력 대판요소로의 분할 176
그림 8.9. 국부좌표계와 전체 좌표계 179
그림 8.10. 3node 스트립 요소 180
그림 8.11. 3node 대판응력 183
그림 8.12. 국부좌표계와 전체 좌표계 185
그림 8.13. 좌표 변환 190
그림 8.14. Prism element to strip element 192
그림 8.15. Strip element to Strip element 194
그림 8.16. prism element to prism element 195
그림 8.17. SLPE Model 196
그림 8.18. SLPE 모델의 강성행렬구성 196
그림 8.19. Penalty method를 이용한 자유도 구성 197
그림 8.20. 해석모델 198
그림 8.21. FSM 해석모델 199
그림 8.22. FEM 해석모델 199
그림 8.23. 수치해석모델 201
그림 8.24. 모델 제원 및 종 리브 형상 201
그림 8.25. 하중재하 및 측정위치 202
그림 8.26. 대판요소에 의한 모델링 202
그림 8.27. 유한요소 모델링 203
그림 8.28. FEM과 FSM의 해석결과 204
그림 8.29. 하중재하위치(y=3750mm)에서의 처짐 형상 205
그림 8.30. L/4 지점(y=1875mm)에서의 처짐형상 206
그림 8.31. 해석모델 207
그림 8.32. 하중케이스 1 208
그림 8.33. 하중케이스 2 209
그림 8.34. 하중케이스 3 210
그림 8.35. FSM 간략 표준모델 구성 212
그림 8.36. 모델제원 및 하중 213
그림 8.37. 정면도 213
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