초록 close

본 연구는 유한요소해석법을 이용하여 한국군 K-1 전차 하중 하에서 아스팔트 포장의 Top-down cracking 거동 특성에 대하여 평가하였다. 특히, 아스팔트 포장의 균열 현상은 "Seam" 기법을 이용하여 모사하였다. 유한요소해석을 통해 얻어진 응력분포 분석결과에 의하면 포장 표면에 균열이 존재하는 경우 깊이에 따른 횡방향 인장응력이 크게 발생하였다. 그러나, 하중 영향권에서 멀리 떨어질수록 포장 표면의 균열 존재 여부가 횡방향 인장응력 분포에 미치는 영향은 매우 작았다. 반면, 균열의 길이와 아스팔트 표층의 상부와 하부 간 강성 분포도의 차이가 Top-down cracking 진행에 중대한 영향을 미치는 요소임이 밝혀졌다. 본 연구에서 개발된 유한요소해석 모델은 K-1 전차 하중 하에서 포장체의 Top-down cracking 거동 특성을 예측하는데 있어서 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 판단하며, 실제로 포장체의 상부와 하부의 온도차에 따른 강성 분포도의 차이가 최소가 되는 시간대(즉 오전 9시~정오, 오후 11시~오전 2시)에 전차를 기동함으로써 아스팔트 포장의 파손을 최소화 할 수 있을 것으로 예상된다.


In this study, a Finite Element (FE) model was developed to evaluate the top-down cracking behavior for asphalt pavement under Korean Army K-1 battle tank loads. In particular, the FE model developed includes “seam” along the crack length that allows the dual nodes at the same position and it creates two separate faces along the crack. Based on the analyses of stress distribution, it was found that higher magnitude of transverse tensile stress with depth occurred when crack is presented at the pavement surface. However, the existence of crack seems not have significant effect on transverse stress distribution for far away region. Also, it was identified that both longer crack length and greater stiffness gradient between the top and bottom of asphalt concrete (AC) layer are critical conditions for top-down cracking propagation. Based on the results analyzed, it was concluded that the FE model developed was able to provide reasonable and rational prediction in terms of the effect of the K-1 tank loads on characteristics for top-down cracking of asphalt pavement. In practice, the effect of these heavy loads can be potentially minimized by considering operation time to when the AC layer exhibits minimum daily temperature differential (e.g. from 9 am to 12 am as well as from 11 pm to 2 am).