• Advances in Computational Design
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• 제7권4호
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• pp.371-393
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• 2022

This paper presents a three-dimensional flexible pavement simulated in ANSYS subjected to moving vehicular load on the surface of the pavement typical for the road section in Nepal. The adopted finite element (FE) model of pavement is validated with the classical theoretical formulations for half-space pavement. The validated model is further utilized to understand the damping and dynamic response of the pavement. Transient analysis of the developed FE model is done to understand the time varying response of the pavement under a moving vehicle. The material properties of pavement considered in the analysis is taken from typical road section used in Nepal. The response quantities of pavement with nonlinear viscoelastic asphalt layer are found significantly higher compared to the elastic pavement counterpart. The structural responses of the pavement decrease with increase in the vehicle speed due to less contact time between the tires of the vehicle and the road pavement.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제6권7호
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• pp.817-826
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• 1998

A finite element model based on the incremental endochronic theory for flexible pavement materials was developed in this study. Three grid systems with eight-node cubic isoparametric elements, and different loading steps were used to perform the calculations for a specimen of circular cylinder. The uniaxial stress experimental results on an asphalt mixture at $60^{\circ}C$ in SHRP conducted by University of California at Berkeley were used to check the ability of the derived numerical model. Then, the numerical results showed isotropic response and deviatoric response on the specimen in a three dimensional manner, which provided a better understanding for a deformed flexible material under the specified loading conditions.

• 한국도로학회논문집
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• 제10권4호
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• pp.213-224
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• 2008

트럭 축하중에 의한 도로포장체의 응력과 변형은 대부분 다층 탄성 이론에 의해 예측된다. 대부분의 다층 탄성 이론에 의한 이론적 계산값이 연성 포장 재료의 점탄성적 거동특성, 동적 트럭 축하중, 비균등 타이어 접지압 및 형상등을 해석에 고려하지 못하므로, 계측값에 비해 매우 작은 값을 예측하므로서 도로 포장 두께설계가 과소 설계될 우려가 크다. 이와 같은 도로 포장체 구조해석시 이용되는 중요한 변동요소를 포장 재료의 물성 모델 측면, 비균등 접지압 및 형상 측면, 동적 유한요소해석 측면에서 분석하여 이용 가능한 모델을 본 논문에서 제안하였다. 경계조건 및 민감도 분석을 수행을 통한 효과적인 3차원 연성포장의 유한요소해석모델을 결정하는 방법론을 제안하였으며, 최적 유한요소모델 분석결과와 현장에서 취득한 결과와의 상호비교를 통하여 모델의 유의성을 검증하였으며, 동적 접지하중조건, 점탄성물성 모델 등을 3차원 유한요소 모델에 접목하고, 최적 경계조건을 결정하였다.

• Advances in Computational Design
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• 제3권2호
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• pp.201-212
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• 2018

Decrease in availability of suitable subbase and base course materials for highway construction leads to a search for economic method of converting locally available troublesome soil to suitable one for highway construction. Present study insights on evaluation of benefits of stabilization of subgrade soils in term of extension in service life (TBR) and layer thickness reduction (LTR). Laboratory investigation consisting of Atterberg limit, Compaction, California Bearing Ratio, unconfined compressive strength and triaxial shear strength tests were carried out on two types of soil for varying percentages of stabilizers. Vertical compressive strains at the top of unstabilized and stabilized subgrade soils were found out by elastoplastic finite element analysis using commercial software ANSYS. The values of vertical compressive strains at the top of unstabilized and stabilized subgrade, were further used to estimate layer thickness reduction or extension in service life of the pavement due to stabilization. Finite element modeling of the flexible pavement layered structure provides modern technology and sophisticated characterization of materials that can be accommodated in the analysis and enhances the reliability for the prediction of pavement response for improved design methodology. If the pavement section is kept same for unstabilized and stabilized subgrade soils, pavement resting on lime, fly ash and fiber stabilized subgrade soil B will have service life 2.84, 1.84 and 1.67 times than that of unstabilized pavement respectively. The flexible pavement resting on stabilized subgrade is beneficial in reducing the construction material. Actual savings would depend on the option exercised by the designer for reducing the thickness of an individual layer.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권4D호
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• pp.601-608
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• 2006

포장을 설계하고 설계 수명을 산정하거나 현재 공용중인 포장의 유지 관리를 위한 상태 평가를 수행해야하는 경우 포장의 거동 분석은 중요한 입력 변수로 작용하게 된다. 포장의 거동을 예측하기 위해서는 정확한 타이어의 접지면적과 타이어의 압력이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 실제 측정된 타이어의 형상을 측정하여 PCA에서 제안한 타이어의 형상과 비교하고, 측정된 타이어의 접지면적과 타이어의 종류에 대한 타이어 압력분포를 사용하여 3차원 유한요소해석을 통하여 포장의 거동을 예측하고 예측된 포장의 거동과 실제 포장의 거동을 비교 분석하였다. 해석 결과 표층의 경우 타이어의 형상과 비선형 압력분포의 영향을 크게 받으며, 이러한 타이어의 특성을 고려함으로써 현장 거동을 보다 잘 설명할 수 있는 것으로 나타났다. 하지만 중간층의 경우 타이어의 영향이 크지 않은 것으로 나타났으며, 실제 현장 거동과 비교했을 때 타이어 하부에서는 큰 차이를 보여주어 실제 포장의 거동을 보다 정확하게 예측하기 위해서는 이 부분을 보다 명확하게 설명을 할 수 있어야 할 것으로 나타났다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.124-130
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• 2003

Many structural evaluation procedures of road and airfield pavements use the Falling Weight Deflectometer (FWD) as a critical element of non-destructive deflection testing. FWD is a trailer mounted device that provides accurate data on pavement response to dynamic wheel loads. A dynamic load is generated by dropping a mass from a variable height onto a loading plate. The magnitude of the load and the pavement deflection are measured by a load celt and geophones. And database concerning pavement damage should be enhanced to analyze loss of thickness asphalt layer caused from the plastic deformation of pavement structure, such as cracking or rutting. The prototype FWD is developed, which consists of chassis system, hydraulic loading system, data acquisition and analysis system. This system subsequently merged to from automation management system and is then validated and updated to produce a working FWD which can actually be used in the field.

• 한국도로학회논문집
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• 제8권2호
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• pp.37-47
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• 2006

The structural response and performance of a flexible pavement can be improved through the use of geogrids as base course reinforcement. Current ongoing research at the University of illinois has focused on the development of a geogrid base reinforcement mechanistic model for the analysis of reinforced pavements. This model is based on the finite element methodology and considers not only the nonlinear stress-dependent pavement foundation but also the isotropic and anisotropic behavior of base/subbase aggregates for predicting pavement critical responses. An axisymmetric finite element model was developed to employ a three-noded axisymmetric membrane element for modeling geogrid reinforcement. The soil/aggregate-geogrid interface was modeled by the three-noded membrane element and the neighboring six-noded no thickness interface elements. To validate the developed mechanistic model, the commercial finite element program $ABAQUS^{TM}$ was used to generate pavement responses as analysis results for simple cases with similar linear elastic material input properties. More sophisticated cases were then analyzed using the mechanistic model considering the nonlinear and anisotropic modulus property inputs in the base/subbase granular layers. This paper will describe the details of the developed mechanistic model and the effectiveness of geogrid reinforcement when used in different quality unbound aggregate base/subbase layers.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권1호
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• pp.39-45
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• 2008

일반적으로 아스팔트 콘크리트 포장의 수치해석은 순간적으로 최대 하중이 재하 되는 크리프 컴플라이언스(creep compliance) 개념을 가지고 수행되지만 실제 차량의 하중은 시간에 따라 크기가 변화하게 된다. 따라서 본 연구에서 차량의 이동 속도를 변화(25km/hr, 50km/hr, 80km/hr)시키며 현장의 포장 거동을 측정하고, 비선형 접지압력과 차량의 이동속도를 고려한 3차원 유한요소해석으로부터 얻어진 포장의 예측 거동을 비교 분석하였다. 현장거동에서 차량의 중간바퀴와 뒷바퀴에서 발생하는 횡방향 변형률과 종방향 변형률이 아스팔트 콘크리트 기층 하부에서 약 40%정도 차이가 나는 것으로 나타났으며 예측거동에서도 유사한 경향을 보여주었다. 그러나 예측거동의 경우 재료의 점탄성을 고려하지 못하고, 실제 하중의 이동을 완벽하게 고려하지 못했기 때문에 임계지점으로 차량이 접근하는 경우와 접근후에 대해서 정확한 설명이 힘든 것으로 나타났다.

• 한국도로학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.165-175
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• 2009

역학적 경험적 포장 설계법을 도입하려는 현재의 연구추세에 발 맞추어 정확한 응력, 변형률, 변형을 기초로 포장구조체를 해석하기 위한 역학적 접근방법이 필요한 시점이다. 기존의 실험결과에 따르면 연성포장 구조의 기층에 이용되는 자갈과 노상층에 이용되는 노상토등의 포장 하부재료는 반복하중 조건하에서 비선형 회복탄성계수의 특징을 따르는 것으로 나타났다. 이 비선형 거동은 재료의 현재 응력에 의한 회복탄성계수 모델로 나타나질 수 있으며 정확한 해를 구할 수 있는 역학적 방법중의 하나인 유한요소 해석 방법에 적용되어 질 수 있다. 이 연구에서는 비선형 해석기법과 효과적인 해 수렴기법이 구현된 재료 모델 부 프로그램을 범용 유한요소 프로그램의 하나인 아바쿠스에 적용시켰다. 이 수치해석 방법에는 더 정확한 해를 찾기 위한 체눈분할에 의해 만들어진 유한요소 모델이 이용되었다. 이런 일련의 방법들에 의한 포장구조체의 해석결과, 2차원과 3차원 비선형 유한요소 해석의 결과가 큰 차이를 보이는 것으로 나타났다. 또한, 사용된 부 프로그램은 미연방 항공국 공항 시험포장에서 측정되어진 결과 값에 의해 비교 검증되었다.

• 한국도로학회논문집
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• 제2권1호
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• pp.135-145
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• 2000

최근 포장도로의 역학적 상태를 평가하는 방법으로 비파괴 시험인 FWD(Falling Weight Deflectometer)와 탄성파시험이 많이 이용되고 있다. 그러나 기존의 방법들은 공용중인 도로에서 차량을 통제시킨 후 시험을 실시해야 하는 제한이 있다. 그러므로 실제 주행하중 통과시 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 물성을 추정하여 잔존수명 예측 및 이동하중에 대한 포장체 거동을 분석하는 경우에는 FWD와 같이 표면처짐으로부터 아스팔트 콘크리트 포장구조체 각 층의 물성을 추정하는 방법의 사용이 곤란하다. 이런 경우에 MDD (Multi-Depth Deflectometer)를 통해 얻어진 깊이별 처짐을 사용하여 아스팔트 콘크리트 포장구조체 각 층의 물성을 역산 추정하고자 본 연구에서는 다층 탄성이론의 반복적인 역산과 충격하중의 영향을 고려하여 깊이별 처짐으로부터 아스팔트 콘크리트 포장구조체 각층의 물성을 추정할 수 있는 역산반복기법을 개발한 후 이를 수치검증하였다. 수치모델을 통하여 검증한 결과, 역산추정된 탄성계수와 실제탄성계수 사이의 오차는 최대 0.114%로 신뢰성 있는 결과를 얻었다. 또한 본 연구에서는 주행하중의 속도에 따른 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 동적특성을 파악하여 실제적인 포장구조체의 거동을 분석하고자 수도권 외곽 순환고속도로 김포구간에서 실제 트럭주행을 통한 현장시험을 실시하였다. 주행하중에 대한 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 거동을 깊이별 처짐 측정장비인 MDD를 이용하여 깊이별 상대처짐을 측정하고, 주행속도에 따라 포장구조체의 거동을 해석하여 차량의 속도와 포장체 거동을 역학적으로 분석하였고, 주행속도별 층별 동적물성을 개발된 역해석 프로그램으로부터 산정하였다. 주행속도별 동적특성 분석결과, 차량의 주행속도가 증가할수록 깊이별 상대처짐은 감소하였고, 실측된 깊이별 처짐으로부터 포장구조체의 층별 물성을 역해석한 결과 속도가 증가할수록 탄성계수가 증가하였다. 따라서 주행속도가 줄어들수록 포장체의 구조적 능력 저하에 크게 영향을 주는 것을 알 수 있었다.