Features of Critical Tensile Stresses in Jointed Concrete Pavements under Environmental and Vehicle Loads

This research was conducted to analyze the features of the critical tensile stresses at the top and bottom of the concrete slab in the jointed concrete pavement (JCP) when subjected to both the environmental and vehicle loads. First, the stress distribution in JCP was analyzed when the system was subjected to only the environmental loads or the vehicle loads by using the finite element model of JCP. Then, the stresses were analyzed when the system was subjected to the environmental and vehicle loads at the same time. From this study, it was found that the critical tensile stresses at the slab bottom under the vehicle loads were almost constant regardless of the loading positions once the loads were applied at the positions having some distance from the transverse joint. The critical tensile stresses at the slab bottom could be obtained using the model consisting of normal springs for underlying layers by adding the critical stresses due to the environmental loads and the vehicle loads for the curled-down slab, and by subtracting the critical stress due to the environmental loads from that due to the vehicle loads for the curled-up slab. The critical tensile stresses at the top of the slab could be obtained using the model consisting of tensionless springs for underlying layers by adding the critical stress due to the environmental loads and the stress at the middle of the slab under the vehicle loads applied at the joint for the curled-up slab. An alternative to obtain the critical stresses at the top of the slab for the curled-up slab was to use the critical stresses under only the environmental loads obtained from the model having normal springs for underlying layers.

환경하중과 차량하중에 의한 줄눈콘크리트포장의 극한인장응력 특성 분석

본 연구는 줄눈콘크리트포장에 환경 하중과 차량하중이 작용할 때 콘크리트 슬래브의 상하부에 발생하는 최대 인장응력의 특성을 분석하기 위하여 수행되었다. 유한요소법을 이용한 줄눈콘크리트포장의 수치해석모형을 개발하여 우선 포장이 환경 하중 또는 차량하중 만을 받을 때의 응력 특성을 분석하였다. 그 후 환경 하중과 차량하중을 동시에 받을 때 슬래브 상하부의 응력 특성을 분석하였다. 연구 결과, 차량하중에 의한 슬래브 하부의 최대 인장응력은 하중이 어느 정도 줄눈부에서 멀어지면 위치에 관계없이 거의 같아지게 되는 젓을 알 수 있었다. 환경 하중에 의해 슬래브가 컬다운 되었을 때는 차량하중이 슬래브의 중앙에 작용할 때 슬래브 하부에 최대인장응력이 발생하며 슬래브가 컬업 되었을 때는 차량하중이 줄눈부에 작용할 때 슬래브의 상부에 최대인장응력이 발생한다. 슬래브 하부 최대인장응력은 컬다운 상태에서는 하부층 일반 스프링을 사용한 모델을 이용하여 환경 하중과 차량하중에 의한 각각의 최대응력을 더하여 구할 수 있으며, 컬업 상태에서는 차량 하중에 의한 최대 응력에서 온도 하중에 의한 최대 응력을 감하여 구할 수 있다. 반면에 슬래브 상부 최대인장응력은 컬업 상태에서 하부층 무인장 스프링을 이용한 모델을 사용하여 환경하중에 대한 최대응력과 차량하중이 줄눈부에 작용할 때 슬래브 중앙부의 최대응력을 더하여 구할 수 있으나 하부층을 일반 스프링으로 모델링하여 환경 하중에 대한 최대응력 만을 구하여 사용하는 실용적인 방법도 있었다.