국내 고속도로의 교량은 2000년 이후 집중된 선형개량 및 신규 노선 증가 사업으로 10년 전과 비교하여 2배 이상 증가하였다. 이에 따라 유지관리 비용도 지속적으로 증가하고 있다. 현재 고속도로 유지관리 예산 비중이 가장 높은 항목은 아스팔트 교면 교량의 콘크리트 바닥판 열화에 의한 보강 부분이다. 2011년 고속도로 관리교량은 약 7,800여개에 도달한 시점에서 현재 방법으로는 향후 어느 정도 바닥판 보강 예산이 필요한지 어느 시기에 증액을 하여야되는지 명확하게 추정하기 어렵다. 본 연구에서는 신뢰도 분석 방법인 와이불 분포에 의한 생존 수명 예측 기법을 적용하여 현재 고속도로 아스팔트 계열의 교면 교량의 평균 수명을 추정하였고 이를 토대로 향후 예상 보강 비용을 추정하였다.
대표적 진동구조물인 도로교량 바닥판에는 진동구조물의 특성에 따른 문제점을 해결하기 위해2000년 이후부터 LMC(Latex Modified Concrete)가 널리 적용되고 있다. 그러나 철도교량 바닥판은 날로 증대되는 철도교통수요를 해결하기 위해 건설물량은 늘어나고 있지만 철도교량 특성상 시공 후 설계변경 및 유지보수 관리가 어렵기 때문에 콘크리트 내구수명과 같은 내구성을 확보할 수 있는 관점에서 적용가능한 보호공법을 검토할 필요성이 있다. 따라서 본 연구에서는 LMC의 특성 및 장점을 이용하여 철도교량 바닥판의 PCL층을 대신할 수 있으면서 교면방수 기능을 동시에 발휘할 수 있는 콘크리트 바닥판 일체형 불투수성 PCL층을 적용하고자 하며, 재료의 성능 및 방수 적합성에 대한 시험평가를 통해 그 적정성 여부를 평가하고자 한다. 6가지 항목에 대한 성능평가 결과, LMC가 철도교량 바닥판의 PCL층을 대체하여 교면방수로서 성능발현 및 적용에 이상이 없는 것으로 확인되었다.
RC 교량의 손상발생 중 많은 부분을 차지하고 있는 바닥판은 동절기에 제설제 사용에 따라 콘크리트의 동결융해에 대한 내력저하와 표면열화, 심한 스켈링(Scaling)발생으로 상부 아스콘 포장층을 손상시키고 내부의 철근 부식을 가속화시켜 교량의 공용성을 저하시키는 주 요인으로 작용하고 있다. 이에따라 교량 바닥판은 우수나 제설제로 부터 콘크리트 표면의 보호를 위해 침투식 또는 도막식 방수재를 시공하여왔다. 본 연구에서는 교량 상부 포장층의 열화가 발생된 고속도로 교량을 대상으로 바닥판에서 채취한 코어를 통해 아스콘 포장층과 하부 콘크리트 바닥판의 상태를 조사한 결과 콘크리트 바닥판에 시공된 교면방수층에서 도막의 손상이나 발수성저하로 인해 우수나 제설제의 침투를 일차적으로 방지하지 못해 열화가 일어나는 것으로 나타나고 있어 교면방수를 위해 사용되는 재료의 성능평가와 시공에 대해 보다 많은 연구와 검증이 필요한 것으로 나타났다.
두께가 얇아짐에 따라 강바닥판은 윤하중의 작용으로 국부적으로 매우 큰 변형이 발생하고, 이것은 교면포장에 종방향으로 구조적인 균열을 야기 시킬 수 있다. 이 연구에서는 강바닥판의 윤하중 국부해석을 위하여 가로보의 휨 및 비틀림강성을 엄밀히 고려할 수 있는 평면쉘 스트립요소, 프리즘요소, 그리고 이 두요소를 연결하는 링크요소로 구성된 개선된 유한대판법을 제시하고자 한다. 이 방법의 효용성을 검증하기 위하여, 강판 플레이트 거더교의 일부를 해석예제로 선택하여 연직처짐 및 교축직각방향 변형율 결과를 쉘요소, 솔리드요소, 그리고 코히시브요소를 이용한 ABAQUS 해석결과와 비교, 검토하였다.
본 연구에서는 초박층 교면포장으로 폴리설파이드 에폭시 폴리머 콘크리트 포장을 선정하여, 에폭시 아스팔트 포장, SFRC 포장과의 비교 분석을 통해 폴리머 콘크리트 포장이 강바닥판의 피로응력범위에 어떠한 영향을 미치는 지 분석하였다. 강바닥판의 피로응력범위를 산정하기 위해 Abaqus를 사용한 유한요소해석을 사용하여 비교평가하였으며, 용접부에 교축방향 및 교축직각방향의 다축응력이 발생하는 점을 감안하여 Signed Von-Mises 응력을 도입하여 피로 검토에 활용하였다. 강바닥판의 피로응력범위를 산정하기 위해 Abaqus를 사용한 유한요소해석을 사용하여 포장 재료 및 두께에 따라 비교평가하였으며, 용접부에 교축방향 및 교축직각방향의 다축응력이 발생하는 점을 감안하여 Signed Von-Mises 응력을 도입하여 피로 검토에 활용하였다.
'80년대에 건설된 고속도로 교량은 별도의 교면 포장을 실시하지 않고, 상부철근의 피복두께를 마모층 개념으로 4cm 증가시켜 건설되었다. 약 15년간 공용 후에, 이러한 콘크리트 바닥판 상면에 손상이 일부 교량들에서 발생되었다. 이와 같은 손상이 발생한 중부고속도로상의 한 교량을 대상으로 현장 비파괴조사 및 염화물 함량실험 등을 실시하여 손상원인을 규명하고 평가방법을 정립하고자 하였다. 현장조사 결과, 교면의 손상은 상부철근의 피복두께가 부촉한 부위에서 염화물 침투에 의한 철근의 조기 부식이 주된 원인으로 나타났다. 따라서, 이와 같은 콘크리트 바닥판에 대해서는 우선적으로 차량탑재형 GPR을 이용하여 상부 피복두께를 조사하고 충분한 두께를 확보하지 못한 부위에 대해서 부식전위 및 염화물 함량분석 등을 실시하여 유지관리 대책을 수립할 필요가 있는 것으로 판단된다.
본 연구에서는 콘크리트 교면포장 재료로서 사용되는 라텍스의 단점인 경제성을 보완하고 자원재활용을 위해 괭생이모자반 기반의 자원순환형 폴리머 혼입에 따른 내구성능을 분석하였다. 본 연구 범위의 모든 배합조건에서 슬럼프 및 공기량은 품질기준은 만족하는 것으로 나타났으나, 분말 형태의 자원순환형 바이오 폴리머 적용시 슬럼프가 일부 저하되는 경향을 나타내었다. 압축강도 시험결과, 라텍스 혼입시 강도가 감소되었지만 바이오 폴리머 대체시 혼입율에 따라 6.3~24.4%의 강도 개선효과를 나타내었다. 내구성능 시험결과, 합성 폴리머 혼입시 가장 우수한 내구성능을 나타내었고, 바이오 폴리머 혼입시에는 혼입율이 증가할수록 내구성능이 우수한 경향을 나타내었지만 라텍스보다는 미소하게 낮은 것으로 확인되었다.
The bonding strength of the interface between the actual bridge concrete deck and overlay was primarily affected by the shear that depended on the flexural behavior than pure tensile, but the field bonding test measured bonding strength by the pure tensile due to simplicity and field applicability. Therefore, the purpose this study was to evaluate the required direct bond strength for bridge deck overlay using Finite element analysis with the many variavles such as bridge deck types, span length, material properties, lanes, and loading types. The commercial program LUSAS was used in analysis. The analysis results were compared to the value of specification currently used in highway construction site.
The present study is an exploratory research concerned with evaluation of three types of high performance concrete for bridge deck applications. These include A-Type (silica fume 6%), B-Type (silica fume 6% plus fly ash 20%), C-Type (silica fume 6% plus blast-furnace slag 40%). Test results compare with Latex modified concrete (LMC) and Ordinary portland cement concrete (OPC). The results indicates that high performance concrete for bridge deck overlay shows the excellent mechanical and durability performance for LMC and OPC in case of static loading test. Analytical results are similar with experimental results. However there are relative errors of $1{\sim}4mm$ for deflection and maximum 12% for strain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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