Numerical Analysis of Crack Occurrence and Propagation in Continuously Reinforced Concrete Pavements under Environmental Loading

환경하중에 의한 연속철근콘크리트포장의 균열발생 및 진전 특성 분석

The objective of this study was to investigate features of transverse crack occurrence and propagation in continuously reinforced concrete pavement(CRCP) when subjected to environmental loading. The finite element model of CRCP was developed and the element removal method was implemented to predict the crack propagation process. To investigate the effect of the type of environmental loading on the CRCP behavior and cracking aspects, the following three different cases were considered: (1) the temperature gradient between top and bottom of the slab does not vary and the constant temperature drop throughout the depth occurs; (2) the temperature at the slab bottom does not vary and the temperature gradient increases; and (3) the temperature between the mid-depth and the bottom of the slab is the same and does not vary and the temperature at the top decreases. The analysis results showed that the crack occurrence and propagation through the depth of the slab in CRCP were significantly affected by the type of environmental loading. The changes in stress distribution and displacements during the crack occurrence and propagation process could also be investigated.

본 연구는 연속철근콘크리트포장(CRCP)에 환경하중이 작용하여 횡방향 균열이 발생하고 진전되어가는 과정을 분석하기 위하여 수행되었다. 이러한 분석을 위하여 CRCP의 유한요소 모델을 개발하고 균열의 발생과 진전을 예측할 수 있는 요소삭제 방법을 도입하였다. 여러 다른 형태의 환경하중이 작용할 때 CRCP의 거동 및 균열 진전 특성을 분석하기 위하여 세 가지의 경우를 고려하였다. 먼저 CRCP의 콘크리트 슬래브 상부 표면과 하부 표면의 온도차가 선형으로 유지되면서 깊이에 관계없이 일정하게 온도가 계속 떨어지는 경우이다. 다음으로 슬래브 하부의 온도는 일정하게 유지되며 상부의 온도만 감소하는 경우이다. 이 경우는 슬래브 상하부의 온도차가 계속 증가되는 경우라 할 수 있다. 또 다른 경우는 슬래브의 중간 깊이에서 하부까지는 같은 온도가 유지되고 슬래브 상부의 온도만 계속 감소하는 경우이다. 해석 결과 CRCP의 균열발생 및 깊이 방향으로의 진전정도는 환경하중의 형태에 따라 크게 좌우되는 것을 알 수 있었으며 균열의 발생 및 진전에 따른 CRCP의 응력 및 변위의 재분포 과정도 분석할 수 있었다.