International Journal of Highway Engineering (한국도로학회논문집)

Korean Society of Road Engineers (한국도로학회)
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Development of Mechanistic-empirical Joint Spacing Design Method for Concrete Pavements

역학적-경험적 콘크리트 포장 줄눈간격 설계방법 개발

  • Received : 2011.08.11
  • Accepted : 2011.11.15
  • Published : 2011.12.15
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Abstract

Tensile stress occurs and random crack develops in concrete pavement slab when it contracts by variation of temperature and humidity. The tensile stress decreases and the random crack is minimized by sawcutting the slab and inducing the crack with regular spacing. The random crack, joint damage, decrease of load transfer efficiency are caused by too wide joint spacing while too narrow joint spacing leads to increase of construction cost and decrease of comfort. A mechanistic-empirical joint spacing design method for the concrete pavement was developed in this study. Structurally and environmentally weakest sections were found among the sections showing good performance, and design strengths were determined by finite element analysis on the sections. The joint width for which the load transfer efficiency is suddenly lowered was determined as allowable joint with referring to existing research results. The maximum joint spacing for which the maximum tensile stress calculated by the finite element analysis did not exceed the design strength were found. And the maximum joint width expected by the maximum joint spacing were compared to the allowable joint width. The new method developed in this study was applied to two zones of Hamyang-Woolsan Expressway being designed. The same joint spacing as a test section constructed by 8.0m of joint spacing wider than usual was calculated by the design method. Very low cracking measured at 6 years after opening of the test section verified the design method developed in this study.

온도와 습도 변화에 의해 수축될 경우 콘크리트 포장 슬래브에는 인장응력이 생기고 이로 인해 무작위 균열이 발생한다. 일정한 간격으로 줄눈을 설치하고 균열을 유도함으로써 슬래브에 발생하는 인장응력을 줄이고 무작위 균열을 최소화할 수 있다.줄눈간격이 너무 넓으면 무작위 균열, 줄눈부 파손, 하중전달률 저하가 일어나고, 반대로 줄눈간격이 너무 좁으면 공사비 증가와 승차감 저하가 유발된다. 본 연구에서는 콘크리트 포장의 역학적-경험적 줄눈간격 설계방법을 개발하였다. 이를 위하여 우수한 공용성을 보이는 콘크리트 포장 구간 중 구조적 및 환경적으로 가장 취약한 구간을 찾고 그 구간에 대한 유한요소해석으로 설계기준강도를 결정하였다. 기존 연구결과를 참고하여 하중전달률이 급격히 낮아질 때의 줄눈폭을 허용줄눈폭으로 결정하였다. 유한요소해석으로 계산된 설계대상구간의 최대인장응력이 설계기준강도를 초과하지 않는 최대줄눈간격을 찾아냈다. 그리고 이 줄눈간격으로 예측된 최대줄눈폭을 허용줄눈폭과 비교하였다. 본 연구에서 개발된 방법을 설계 중인 함양-울산 고속도로의 두 공구에 적용해 보았다. 기존보다 넓은 8.0m의 줄눈간격으로 시험시공된 구간과 동일한 줄눈간격이 본 연구의 설계방법으로 계산되었다. 공용 6년 후 측정된 시험시공 구간의 매우 낮은 균열률로 본 연구에서 개발된 설계방법이 검증되었다.

Keywords

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