Improvement of Fatigue Model of Concrete Pavement Slabs Using Environmental Loading

환경하중을 이용하는 콘크리트 포장 슬래브 피로모형의 개선

Concrete slab curls and warps due to the uneven distribution of temperature and moisture and as the result, internal stress develops within the slab. Therefore, environmental loads must be considered in addition to the traffic loads to predict the lifespan of the concrete pavement more accurately. The strength of the concrete slab is gradually decreases to a certain level at which fatigue cracking is generated by the repetitive traffic and environmental loadings. In this study, a new fatigue regression model was developed based on the results from previously performed studies. To verify the model, another laboratory flexural fatigue test program which was not used in the model development, was conducted and compared with the predictions of other existing models. Each fatigue model was applied to analysis logic of cumulative fatigue damage of concrete pavement developed in the study. The sensitivity of cumulative fatigue damage calculated by each model was analyzed for the design factors such as slab thickness, joint spacing, complex modulus of subgrade reaction and the load transfer at joints. As the result, the model developed in this study could reflect environmental loading more reasonably by improving other existing models which consider R, minimum/maximum stress ratio.

온도와 수분의 불균일한 분포로 인하여 콘크리트 슬래브는 컬링과 와핑 거동을 하고 슬래브에는 항상 응력이 도입되어 있다. 따라서 교통하중 외에도 환경하중을 고려해야만 콘크리트 슬래브에 발생하는 응력을 보다 정확하게 예측할 수 있다. 콘크리트 포장에 반복적으로 재하되는 교통하중과 환경하중에 의해 콘크리트 슬래브의 강도는 지속적으로 감소하고 응력 이하로 낮아지게 되면 피로균열이 발생한다. 본 연구에서는 기존에 수행된 연구들로부터 피로실험 결과를 수집하고 피로 회귀모형을 개발하였다. 개발된 모형을 검증하기 위하여 모형개발에 사용되지 않은 실내 휨피로실험 결과를 예측하고 기존 모형으로 예측된 결과와 비교하였다. 콘크리트 포장 누적 피로손상 해석 프로그램을 개발한 후 본 연구에서 제안된 모형과 기존 모형들을 적용하고 예측 결과를 비교 및 평가하였다. 피로모형 별로 슬래브 두께, 줄눈간격, 복합 지지력계수, 그리고 하중전달률에 따른 누적 피로손상의 민감도 분석을 실시하였다. 그 결과 본 연구에서 개발된 모형이 최소-최대응력비 R을 고려하는 기존 모형들의 경향을 개선하여 환경하중을 더욱 합리적으로 반영할 수 있는 것으로 나타났다.