Abstract
This paper deals with the development of ViscoElastic Continuum Damage Finite Element Program (VECD-FEP++) and its verification with the results from both field and laboratory accelerated pavement tests. Damage characteristics of asphalt concrete mixture have been defined by Schapery's work potential theory, and uniaxial constant crosshead rate tests were carried out to be used for damage model implementation. VECD-FEP++ predictions were compared with strain responses (longitudinal and transverse strains) under moving wheel loads running at different constant speeds. To this end, an asphalt pavement section (A5) of Korea Expressway Corporation Test Road (KECTR) instrumented with strain gauges were loaded with a dump truck. Also, a series of accelerated pavement fatigue tests have been conducted at pavement sections surfaced with four asphalt concrete mixtures (Dense-graded, SBS, Terpolymer, CR-TB). Planar strain responses were in good agreement with field measurements at base layers, whereas strains at both surface and intermediate layers were found different from simulation results due to the complexity of tire-road contact pressures. Finally, fatigue characteristics of four asphalt mixtures were reasonably described with VECD-FEP++.
이동하중에 의한 아스팔트 포장의 변형률과 피로수명을 예측할 수 있는 유한요소해석 프로그램을 개발하고 그 성능을 현장 및 가속시험의 계측결과로 검증하였다. 본 논문에서는 아스팔트 혼합물의 점탄성 연속체 손상(ViscoElastic Continuum Damage, VECD)모형을 유한요소해석 프로그램인 VECD-FEP++(Finite Element Program in C++)로 구현하는 과정을 다루고 있다. 아스팔트 혼합물의 피로손상은 열역학 이론에 근거한 Schapery의 일 포텐셜 이론(work potential theory)과 일축 단일 변형률 인장 시험으로 정의하고 이를 VECD 모형의 입력변수로 사용하였다. 실제 포장의 동적 변형률을 예측하기 위하여 한국도로공사 시험도로에서 이동하중 시험을 실시하고 그 결과를 비교하였다. 또한 4가지 서로 다른 아스팔트 혼합물(일반밀입도, SBS, Terpolymer, CR-TB)을 사용한 포장가속시험을 실시하고 각각의 피로 특성을 유한요소해석으로 예측하였다. 아스팔트 기층상부와 기층하부에서의 횡방향 변형률은 계측과 수치해석결과가 잘 일치하였다. 반면에, 표층과 중간층에서의 응답은 차량접지하중의 복잡한 영향으로 인하여 이를 반영할 수 없는 현재의 유한요소해석모델의 예측결과와는 다소 차이가 있었다. 포장가속시험결과 SBS 혼합물의 피로저항능력이 가장 우수한 것으로 평가 되었으나 VECD-FEP++에 의한 수명은 이와는 다르게 Terpolymer가 가장 우수한 것으로 예측되었다.