소성변형과 점탄성 변수와의 상관성 모델개발

曺圭泰 仁川大學校 2001 국내박사

아스팔트 포장의 파손원인 중에서 소성변형이 가장 심각한 문제로써 현재까지 확실한 해결방법을 찾지 못하고 있다. 소성변형에 관련된 연구로써 아스팔트 혼합물, 재료, 배합설계 등의 관점에서 국내외를 막론하고 소성변형 방지를 위해 연구 중에 있다. 본 연구에서는 아스팔트 바인더와 관련하여 골재에 관련된 변수는 일정하게 두고 아스팔트에 초점을 맞추어 효과적으로 소성변형을 방지할 수 있는 가에 접근하였다. 현행 바인더등급으로는 침입도 등급, 점도 등급, 공용성 등급 등이 있으며 기존의 등급들은 경험에 근거를 둔 등급으로서 이론적 배경은 불확실하므로 현재까지 포장 공용성 변수인 소성변형과 포장재료인 아스팔트 바인더간의 상관관계식이 정립되어있지 않았다. 본 연구에서는 개질 아스팔트 바인더 및 스트레이트 아스팔트 바인더에 공통적으로 적용 가능한 소성변형과 바인더 물성과의 상관관계식을 제안하였다. 제안된 식은 소성변형 저항성에 있어 점도변수(η_0) 적용시는 잘 맞지 않으나 점탄성변수(G^*/sinδ) 적용시는 개질 아스팔트 바인더 및 스트레이트 아스팔트 바인더에 공통적으로 잘 맞는 바인더등급 모델식으로 제안하였다. 제안된 등급 이론식의 검증을 위하여 발표된 논문의 실험데이터를 분석하였으며 실험실에서 측정한 바퀴주행시험 데이터 및 현장가속시험장비를 이용하여 측정한 데이터를 사용하였다. 특히 미국에서 개발한 공용성 등급의 타당성을 검증할 목적으로 공용성 등급으로 분류된 여러 바인더로 만든 혼합물을 시험포장하고 그 위를 미 연방정부의 ALF(Accelerated Loading Facility) 현장 가속시험장비를 주행시켜 측정한 소성변형 데이터가 새로운 공용성 등급의 이론식 검증에 적용되었다. 기존의 공용성 등급은 이러한 데이터에 상당한 오차를 보이는 반면에 제안된 공용성 등급 이론식은 잘 맞음을 검증하였다. 또한, 본 연구에서는 기존의 침입도 등급, 점도등급, 공용성 등급에 대한 이론적 배경을 분석하였으며, 각 등급이 지닌 특성과 한계점에 대한 분석도 하였다. 그 결과 이들 세 등급은 단순관계식에 각기 다른 등급변수(침입도등급은 침입깊이, 점도등급은 제로전단점도 그리고 공용성 등급은 점탄성변수)를 삽입하여 제정되었음을 증명하였다. 이들 등급변수 중 점탄성변수는 점성유체 경우에만 적용되는 점성변수와는 달리 점성유체는 물론이고 점탄성 유체에도 함께 적용 가능한 넓은 의미에의 등급변수임을 본 논문에서 밝혔다. Even though rutting is known to be the most serious problem of asphalt pavements here in the domestic as well as foreign countries, unfortunately a definite solution has not been found yet. With the fixed aggregate effect, the goal of this study lies in specifying how effective is a particular binder in preventing rutting. This kind of research is called a new asphalt binder grading. Up to now, penetration grading, viscosity grading and Superpave performance grading are available for binder grading. However, these are the ones based on empiricism, and thus their theoretical backgrounds are ambiguous. The lack of the relationship between pavement rutting and binder properties was the main reason. Through this investigation, establishment of the very relationship by using the rut data reported in literature is successfully made. This relationship can be divided into the simplified one and the rigorous one. On the basis of the former (the simplified one), first time, the theoretical background of penetration grade, viscosity grade and Superpave performance grade is suggested, and also characteristics and limitation of each grading are analysed. As the result, it is found that the present three gradings are turned out to function properly for straight asphalt binders, but produce serious errors for the polymer-modified binders. This finding theoretically supports other researchers that concluded invalidity of the present three grading methods for modified binders. Meanwhile, by using the latter relationship (the more strict one), a proper single grading theory applicable both to modified and unmodified asphalt binders is suggested. This equation is proved to successfully predict the wheel tracking data measured in the laboratory as well as the one measured by the accelerated pavement tester at the field. This result implies that a new grading theory has been developed. Note that this new theory has been formulated on the basis of the data measured at a single fixed test temperature. Thus, additional research may be needed in the future to construct a new binder grading system that requires proper combination of pavement rutting theory for temperature change to the one for binder property variation at a fixed temperature.

도심지 중교통 교차로 구간 소성변형 저감방안에 관한 연구

송승법 서울시립대학교 국제도시과학대학원 2021 국내석사

도심지의 아스팔트포장 도로에서 소성변형 현상은 흔한 결함으로 도로 이용객들의 원활한 주행성을 저해하는 요인이며, 도로의 유지관리비 증가로 인한 추가적인 사회비용 발생의 큰 원인 중 하나이다. 본 논문은 도심지 중에서도 중차량 교통량이 많고 대기시간이 긴 교차로 구간의 소성변형 현상을 저감시킬 수 있는 개선방안을 여러 선행연구 결과를 바탕으로 실험적 연구방법을 통하여 분석 하였다. 우선 소성변형 저감에 효과가 큰 것으로 잘 알려진 일반 아스팔트 내유동성 혼합물과 쇄석매스틱 SMA 혼합물의 배합설계 규격을 결정하고 원재료와 배합설계 결과 적정성을 확인하여 소성변형 저항에 대한 성능실험을 실시하였다. 성능실험은 실내 시험으로 실제 차량하중에 의한 소성변형과 가장 근접한 조건으로 도로포장 상태를 분석할 수 있는 휠 트래킹 시험을 실시하였고 소성변형에 대한 저항성을 극대화하기 위해 SMA 혼합물에 유리섬유그리드를 보강재로 설치한 조건의 공시체도 추가적으로 비교 하였다. SMA 혼합물 PG 76-22 개질아스팔트 바인더에 섬유그리드 보강재를 설치한 공시체의 평균 동적안정도 값이 가장 크게 측정되었으며, 내유동성 혼합물 PG 64-22 일반 스트레이트 아스팔트 바인더를 적용한 공시체가 가장 낮은 동적안정도 값을 나타내었다. 또한, 선행 연구들이 주로 이론적인 해석과 공학적인 개선효과를 주로 분석 하였다면 본 연구에서는 휠 트래킹 시험결과를 활용하여 포장의 공용성과 경제성을 함께 분석하여 현장 실무에 반영할 수 있도록 적합한 방안을 제시 하였다. 실험적인 연구결과와 더불어 본 논문 에서는 소성변형 저감을 위한 설계단계, 시공단계, 관리감독 단계의 개선방안과 장기적으로 적정 건설사업비용 및 공사기간 적용 등 법률과 제도 정비의 필요성을 제시하여 소성변형 등 포장불량으로 인한 장래의 사회비용 절감에 기여할 것으로 기대한다. Plastic deformation on asphalt pavement roads in urban areas is a common defect, which hinders the smooth driving of road users and is one of the major causes of additional social costs due to the increase in maintenance costs of roads. This paper analyzed the improvement plan to reduce plastic deformation phenomenon of intersection section which has heavy traffic and long waiting time among urban areas through experimental research method based on the results of several previous studies. First of all, the mixing design specifications of the general asphalt fluid-resistant mixture and SMA mixture, which are well known to have a great effect on plastic deformation reduction, were determined, and the appropriateness of the raw materials and mixing design results were confirmed, and a performance test on plastic deformation resistance was implemented. The performance test was conducted in a wheel tracking test to analyze the road pavement condition under the condition that is closest to the plastic deformation by actual vehicle load, and the test body of the condition where the glass fiber grid is installed as a reinforcing material was additionally compared to the SMA mixture to maximize the resistance to the plastic deformation. The average dynamic stability value of the test body with fiber grid reinforcement installed in the SMA mixture PG 76-22 asphalt binder was the largest, and the test specimen with the fluid-resistant mixture PG 64-22 normal straight asphalt binder showed the lowest dynamic stability value. In addition, while previous studies mainly analyzed theoretical interpretation and engineering improvement effects, this study suggested appropriate measures to analyze the performance and economics of pavement together using wheel tracking test results and to reflect them in field practice. In addition to the experimental results, this paper suggests the necessity of improvement plan of design stage, construction stage,management supervision stage for plastic deformation reduction,and the proper construction cost and application of construction period in the long term, and it is expected to contribute to the reduction of future social cost due to poor pavement such as plastic deformation.

소성변형을 이용한 실제적인 직물 시뮬레이션

오동훈 서강대학교 영상대학원 2004 국내석사

본 논문은 소성변형(plastic deformation)특성을 적용한 직물 시뮬레이션 기법을 제안한다. 소성은 탄성과 반대되는 개념으로, 물질이 외부의 힘에 의해 일시적으로 변형 되었을 때, 처음의 상태로 회복되지 못하고 변형 상태를 유지하려는 성질이다. 본 논문의 기법은 기존의 탄성 모델에 소성 모델을 추가하여 실제 직물에서 발생하는 소성변형을 표현한다. 그 결과, 실제 주름의 형태를 탄성 모델에 비해 더 유사하게 표현 할 수 있었고, 실제 직물에서 볼 수 있는 변형 과정에서의 주름의 분산현상과 접힘, 변형후에 남는 구김을 시뮬레이션 할 수 있었다. 또한 소성모델의 적용으로 인해 발생하는 직물의 수축현상을 해결하기 위해 직물의 노드간에 압축 스프링 강성을 사용하였다. 압축 스프링의 사용에 기인한 시뮬레이션의 불안정성 문제를 해결하면서 직물의 소성변형을 표현 할 수 있는 방법을 사용 하였다. This paper proposes novel cloth simulation method exploiting plastic deformation. Plasticity, as an opponent of elasticity, is a property of matter by which it retains a deformed shape attained by external force. The proposed approach add plastic deformation model to the existing elastic one to give more realistic behavior of cloth. In fact, the results have shown better performance on simulation the dispersion of wrinkle during deformation and the remaining wrinkle afterward. Further more, to address shrinkage problem in applying the plastic model, spring stiffness between nodes of cloth is taken into consideration minimizing the consequent instability.

도로기상정보와 노면변형정보를 활용한 도로위험지점 분석방안 연구

박상현 명지대학교 대학원 2018 국내석사

Weather is an influential factor throughout human life, and is closely related to roads and traffic, resulting in social costs such as traffic safety and congestion when changes in weather conditions occur. In case of heavy rain, drivers are aware of limited visibility and reduced friction on the wet road surface, and pay attention during driving use information on speed reduction provided by VMS, When the rainfall is stopped the condition of the road surface will have various factors, such as drying points for each section of the road and still wetted or wet areas. but since the road weather center carries general information about the state of the road, On real roads, hidden hazards may exist that differ from the information provided, which is an even greater threat to the driver. But a recent road weather study is mostely prediction method of road temperature and road condition using weather data and how to deliver to drivers, is difficult to find an example of a research that extracts black spot on the road where the risk of plasticity of the road, the unexpected biting due to time development. In this study, the calculation of evaporation quantity based on weather information and vehicle impact was performed by measuring road surface conditions, and the analysis of the hazard of the corresponding section according to the time of rain was performed by analyzing the geometry and surrounding terrain. 기상은 인간 생활 전반에 걸쳐 영향을 주는 요소이며, 도로 및 교통과도 밀접한 관계를 가지고 있어 기상상태의 변화가 나타날 시 교통안전저하 및 혼잡 등 사회적 비용을 초래하고 있다. 강우가 발생하면 운전자들은 시야의 제한과 습윤상태인 노면의 마찰력 저하 등을 인지하고 있으며, VMS 등에서 제공하는 속도저감에 대한 정보를 통해 운전 중 주의를 기울인다. 이 후 강우가 중지되면 실제 노면의 상태는 다양한 요인에 의해 도로 구간별로 건조인 지점과 아직 습윤 혹은 물고임 상태인 지점이 존재하게 되는데 도로기상센터에서는 전반적인 도로의 상태 정보를 전달하기 때문에 실제 도로에는 운전자에게 제공되는 정보와 다른 예기치 않은 숨어있는 위험지점이 존재할 수 있으며 이는 운전자에게 더욱 더 큰 위협적인 요소가 된다. 최근의 도로기상에 기반한 연구는 주로 미기상관측자료를 활용하여 노면온도와 노면상태를 이용자에게 전달하는 방안만을 제시하고 있으며, 도로의 소성변화, 시간전개에 따른 예기치 못한 물고임, 음영 지역 등 운전자가 인지하지 못해 위험성이 높아지는 도로 위 Black Spot을 적출하는 등의 연구는 찾아보기 어렵다. 이에 본 연구에서는 강우 후 건조시에 도로의 위험도를 분석하기 위해 미기상정보와 차량의 영향을 고려한 증발량 산정식을 도출하여 시간전개별 노면상태를 추정하고, 도로의 노면상태를 측정하여 소성변형구간을 도출한 후 강우시 시간전개에 따른 소성변형구간의 위험성을 분석하였으며, 기하구조와 인근 지형지물에 의해 물고임과 음영지역이 발생함으로써 운전자에게 예기치 못한 위험요소가 될 수 있는 구간을 분석하기 위해 도로의 3차원 모델링을 통한 음영구역 분석을 수행하였으며 이를 통해 시간전개에 따른 음영지역의 노면상태를 추정하는 방안을 제시하였다.

하중속도에 따른 강구조 접합부 및 골조의 내진성능평가

이기원 부산대학교 대학원 2022 국내석사

취성파괴는 구조물의 파괴거동 중 하나로서 구조재료의 소성변형능력 저하에 큰 영향을 미친다. 취성파괴 발생의 주요 원인은 재료의 문제, 국부적인 응력집중, 온도의 영향 등 다양하며, 높은 하중속도 역시 주요 원인으로 작용한다. 현재 국내·외 접합부 내진성능평가의 대부분은 정적실험을 통해 수행되고 있으며, 실험방법으로는 기준에서 제시하고 있는 실험방법을 사용하고 있다. 이 실험방법은 목표회전각에 대하여 정해진 속도로 일정하게 반복하중을 가하는 방식이며, 약 0.5~1.0mm/s의 낮은 하중속도를 가진다. 이는 지진시 발생하는 높은 하중속도와 불규칙성을 가지는 동적하중과 다른 성질을 가진다. 이에 따라 기존 내진성능평가는 높은 하중속도에 의한 재료 인성 저하 및 최대변형률 감소 등의 요소에 따른 취성파괴가 충분히 고려되지 않았을 가능성이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 강구조 보-기둥 접합부를 대상으로 하는 정적·동적실험을 통해 하중속도가 이력특성 및 소성변형능력 등 내진성능에 미치는 영향을 검토하였고, 최종적으로 강구조 골조를 대상으로 하는 비선형동적해석을 통해 하중속도에 따른 전체골조의 입력에너지 및 소성힌지 분포 등 내진성능을 평가하였다. 연구결과 높은 하중속도가 가해지는 경우 단일 접합부의 주요 구조성능인 최대변형각이 약 2배 이상 작게 나타나며, 이는 접합부의 소성변형에너지의 감소로 이어지는 매우 중요한 요소로 작용한다. 또한 높은 하중속도가 주어지는 실험에서 약 4%의 작은 변형률에서 취성파괴가 발생하였다. 높은 하중속도에 따른 이력모델을 다층골조에 적용하는 경우 총 입력에너지량 및 소성힌지 분포 비율이 감소하여 단일 접합부의 내진성능이 저하하는 것 보다 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

아스팔트 혼합물의 소성변형 및 피로손상 간편 예측 모형 개발

황의윤 세종대학교 일반대학원 2010 국내박사

아스팔트 포장도로의 설계를 위해서는 주요 파손 형태인 소성변형과 피로손상에 대한 포장체의 성능 평가가 요구되나 복잡한 시험장비와 절차 및 긴 시간이 소요되기 때문에 간편하게 성능을 파악할 수 있는 방법이 필요하다. 이를 위하여 많은 연구 결과로 부터 소성변형과 피로손상 예측 모형이 제시되었으나 특정한 혼합물 및 조건에 국한되어 적용되고 있는 실정이다. 본 연구는 다양한 아스팔트 혼합물에 대하여 간편하게 적용할 수 있는 소성변형 예측 모형과 피로수명 예측 모형을 개발하기 위하여 수행되었다. 골재합성입도 및 바인더 종류의 영향을 파악하기 위하여 세 종류의 아스팔트 혼합물(일반아스팔트-밀입도, 개질아스팔트-밀입도, 일반아스팔트-SMA입도)을 대상으로 물성과 성능을 측정·평가하고 상관관계를 분석하여 상관성을 도출함으로써 성능을 예측할 수 있는 예측모형을 개발코자 하였다. 수퍼페이브 방법으로 배합설계를 실시하여 체적물성을 얻었고 전단물성은 삼축압축시험, 소성변형 특성은 삼축압축 반복시험을 통하여 데이터를 확보하였고 피로 손상 특성은 빔 휨 반복시험을 활용하였다. 연구결과 아스팔트 종류가 소성변형 및 피로손상 성능에 큰 영향을 미치는 것으로 평가되었으며 기존의 연구결과와 유사하게 아스팔트 혼합물의 고유 물성인 전단강도는 소성변형 성능과 밀접한 관계가 있음이 증명되었다. 본 연구에서는 보다 정확한 소성변형량 예측을 위하여 전단응력-강도비(파괴시 혼합물의 전단강도에 대한 임의의 하중 재하로 발생하는 전단응력의 비율) 개념을 도입하여 소성변형량 예측모형을 제시하였다. 제시된 모형의 예측값이 비교적 정확하여 소성변형 성능에 대한 예측 기준으로 활용할 수 있으며 다양한 혼합물을 대상으로 하였기 때문에 기존 모형과는 달리 혼합물의 종류와 특성이 변하더라고 모형 계수 값을 변경하지 않고 적용할 수 있다. 또한 피로손상 부분에서는 에너지 비율을 도입하여 피로수명 예측 모형을 제시하였다. 혼합물이 파괴될 때까지 흡수할 수 있는 에너지인 터프니스와 외부의 하중으로 인하여 발생되는 에너지의 비율을 활용한 예측 모형이다. 제시된 모형은 다양한 혼합물을 대상으로 정립한 것으로서 기존 모형 대비 정확성이 높아 피로성능에 대한 예측 기준으로 활용할 수 있으며 간접인장시험 등의 간편한 시험으로도 모형계수 값 등을 산출할 수 있어 간단하고 편리하게 적용할 수 있다. Performance tests on rutting and fatigue damage are required for asphalt pavement design but performance tests are very complex and take a long time. In order to simplify performance tests many researchers suggested prediction models of rutting and fatigue damage. Applications of those models are limited on specific asphalt mixtures and special conditions. The objective of this study is to develop simple prediction models on rutting and fatigue damage. Two kinds of asphalts(conventional, modified asphalt) and two kinds of aggregate gradations(dense, SMA) are tested for effect of binder and aggregate. Superpave method is used as a mix design. Shear properties by triaxial tests, permanent deformation by triaxial repeated tests and fatigue damage by beam flexural tests are measured concerning three kinds of mixtures. Correlation and statistical analyses are done concerning two parameters such as performance data and property data. The type of asphalt binder affects rutting and fatigue performance more than the type of aggregate gradation. Asphalt binder content, type of aggregate gradation and asphalt binder affect shear properties such as shear strength, cohesion and internal friction angle. Shear strength has good correlation with permanent deformation The ratio of shear stress to shear strength is introduced for correlation with rutting performance in this study. The same value of the ratio of shear stress to shear strength has the same level of rutting performance regardless of asphalt mixture’s types. The shear stress to shear strength ratio can be criteria for rutting performance. The proposed model by introducing the ratio of shear stress to shear strength predicts correctly permanent deformation of various kinds of asphalt mixtures without changing the model coefficients and could predict the permanent deformation all the way up to failure. The energy ratio defined as a ratio of dissipated energy from one cycle to toughness is introduced for correlation with fatigue damage. The energy ratio means ability of asphalt mixture to resist fatigue damage and represents energy state. The fatigue model is also developed based on the energy ratio. The proposed fatigue model shows good prediction comparing to existing fatigue models based on initial stiffness and strain. It can be used for criteria of fatigue performance. The advantages of this model are that the model coefficients according to mixture types are not needed to change and it is developed easily from simple tests.

삼축 압축반복하중 재하시험에 의한 아스팔트 혼합물의 소성변형 예측 모델 개발

박태성 경성대학교 대학원 2007 국내석사

아스팔트 혼합물의 공극 및 강도 특성을 이용한 소성변형 추정 연구

이상범 강원대학교 2001 국내박사

아스팔트 점도와 포장체 온도가 소성변형에 미치는 영향

김한용 仁川大學校 一般大學院 2001 국내박사

아스팔트 혼합물의 소성변형 모형 검증 연구 : A Validation Study of a Permanent Deformation Model of Asphalt Mixtures

허재원 세종대학교 대학원 2008 국내석사

ABSTRACT A Validation Study of a Permanent Deformation Model of Asphalt Mixtures Hur Jae Won Dept. of Civil & Environmental Eng. The Graduate School of Sejong University Conventional pavements deign method using road test of AASHO that had been used in domestic has several problems to apply new materials and special methods due to empirical approach. In these reasons, there is using Mechanistic-Empirical Design Method in Europe, even also developing it to use in US. In case of domestic, lots of people performing the study to develop Mechanistic-Empirical design methods and manufacturing design program to make simple design procedure. At first, KPRP reseach made the design program that included mechanistic-empirical logic. this study is performed to develop and verificatie the Rutting model in the design program. For this study, I used results of APT which is Accelerated Pavement Tester. and compared with AASHTO 2002 DG results and triaxial test in the lab. According to these results, I decided the basic rutting model with first shift factor. And for considering the shear stress in the pavement layers, I developed the Kz value like AASHTO. but, our Kz is from the shear stress with depth. I added the rutting model in KPRP program. Using this program, I develpoed the second shift factor of the rutting model with test road data at EX and national road data of LTPP sites. And finally, I decided to make the rutting model in Korean M-E design. For more study, we can get new datas in test road and LPTT sites. and my model will modify forward. also, fatique and IRI models are needed.