Behavior of Overlaid Concrete Pavements under Multi-Axle Vehicle Loads Obtained Using Transformed Field Domain Analysis

변환영역 해석법을 이용한 덧씌우기 된 콘크리트 도로 포장의 다축차륜하중에 대한 거동 분석

The transformed field domain analysis method was developed in this study to investigate the aspects of the stress distribution in overlaid concrete pavement systems under multi-axle vehicle loads. The overlay was assumed to be perfectly bonded or perfectly unbonded to the existing concrete pavement. The loads considered included the dual tired single-axle, tandem-axle, and tridem-axle loads, and the effects of the overlay's thickness, elastic modulus, and Poisson's ratio on the stress distribution were investigated. Details of the analysis method in the transformed field domain to analyze the overlaid pavement was described in this paper and the analysis results were verified by comparing with those obtained using the finite element method. From the analysis, it was found that the maximum tensile stress in the existing slab decreased as the overlay's thickness, elastic modulus, and Poisson's ratio increased, and the bonded overlay showed more significant effects than the unbonded one. The overlay's Poisson's ratio did not much affect the stresses, and the features of the maximum stress reduction in the existing slab due to the increase of the thickness, elastic modulus, and Poisson's ratio of the overlay were investigated. The effects of the number of axles on the stress distribution and the maximum stress were also investigated.

본 연구에서는 콘크리트 포장에 덧씌우기를 하였을 때 다축차륜하중에 의한 응력분포특성을 분석하기 위하여 변환영역에서의 해석법을 개발하였다. 덧씌우기는 기존의 슬래브와 완전히 부착이 되었을 경우와 전혀 부착이 되지 않았을 때의 두 가지 극한 조건을 기준으로 분석을 하였다. 차륜하중은 복륜단축, 복륜복축, 복륜삼축 등 복륜다축하중을 고려하였으며 덧씌우기의 두께, 탄성계수, 포아송비 등이 응력분포에 미치는 영향을 분석하였다. 변환영역에서의 해석법을 이용하여 덧씌우기 포장을 분석하는 방법에 대하여 상세히 설명하였으며 해석결과의 정확성은 유한요소법을 이용한 해석결과와 비교하여 검증하였다. 해석을 수행한 결과 덧씌우기의 두께, 탄성계수, 포아송비의 증가는 기존 슬래브 하부의 최대인장응력을 감소시키며 감소 정도는 부착 덧씌우기가 비부착 덧씌우기에 비해 더 큰 것을 알 수 있었다. 또한 덧씌우기의 포아송비가 응력에 미치는 영향은 그리 크지 않은 것을 알 수 있었으며 부착과 비부착 덧씌우기 포장에서 덧씌우기의 두께 및 탄성계수의 증가에 따른 기존슬래브의 최대응력 감소특성도 분석하였다. 그리고 하중의 축수에 따른 부착과 비부착 덧씌우기 포장의 응력분포 및 최대응력특성도 분석하였다.