Numerical Analysis off-Shape Cracking in Jointed Concrete Pavements

줄눈콘크리트 포장의 T형 균열 발생 원인 수치 해석

This study was conducted to investigate the causes that induce the T-shape cracks at the joints in the jointed concrete pavements(JCPs). The finite element models of JCP including dowel bars were developed and the stress distribution in the slab was investigated under environmental loads. To investigate the effect of dowel bars on the transverse stresses at the joints that induce the T-shape cracks, the slab curling behavior was analyzed with and without dowel bars. In addition, the stress concentration was investigated when the dowel bar was not installed at the mid-depth of the slab. The results of this study showed that the transverse stresses were not affected by the dowel bars if the dowel bars were installed at the mid-depth of the slab. However, if the dowel bars were not installed at the mid-depth, the transverse stresses were concentrated at the dowel bar locations when the slab curled. The stress concentration was dependent on the contact characteristics between the dowel bar and concrete, and was significantly large when the dowel bar not installed at the mid-depth was located far from the edge of the slab. Therefore, to mitigate T-shape cracking in JCP, dowel bars should be very carefully installed and leveled at the proper locations.

본 연구는 줄눈콘크리트 포장의 줄눈부에서 종 방향으로 발생하는 균열인 T형 균열의 발생 원인을 수치해석을 통해 분석하기 위하여 수행되었다. 이를 위해 다웰바를 포함한 줄눈콘크리트 포장 슬래브의 유한요소해석 모델을 개발하였으며 이러한 모델에 환경하중을 재하하여 슬래브에 발생하는 응력 분포를 분석하였다. 슬래브의 컬링 시 다웰바의 영향을 분석하기 위하여 우선 다웰바가 없을 경우의 슬래브 컬링 거동을 분석하였다. 그리고 다웰바가 슬래브 컬링 시 T형 균열을 유발할 수 있는 횡방향 응력 분포에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 시공오차로 인해 다웰바의 설치 깊이가 슬래브 중간 깊이에 위치하지 않을 경우 슬래브에 발생하는 응력 집중 현상에 대해서도 분석을 수행하였다. 연구 결과, 다웰바가 슬래브 중간 깊이에 제대로 시공되어 있을 경우에는 슬래브에 발생하는 횡방향 응력에는 거의 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있었다. 하지만 다웰바가슬래브 중간 깊이보다 표면 쪽으로 치우쳐 위치하게 되면 슬래브의 컬링에 의해 슬래브표면에 횡방향응력이 집중되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 이러한 응력 집중은 슬래브와 다웰바의 접촉 성질에 따라 다르게 나타났으며 여러 다웰바들 중 높이가 다르게 장착된 다웰바의 위치가 슬래브의 안쪽에 존재할수록 이러한 다웰바 위치에서의 응력 집중현상이 매우 크게 나타났다. 따라서 줄눈콘크리트 포장에서 T형 균열 발생을 억제하기 위해서는 시공 시 다웰바가설계위치에 정확히 장착되도록 주의를 기울여야 할 것이다.