포장가속시험을 이용한 유한요소해석의 소성변형 예측모델 평가 연구

Abstract

현재 소성변형 공용성 평가방법으로는 시험도로, 포장가속시험, 실내실험 그리고 컴퓨터 모델링을 이용한 시뮬레이션이 있다. 본 연구는 포장가속시험의 실제 소성변형량과 유한요소법의 소성변형 예측량을 비교하여 이를 통해 아스팔트 포장재료의 소성변형 시뮬레이션에 필요한 입력변수들을 검토하고 연구 범위 내에서 별도의 시험 없이 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 아스팔트의 소성변형을 예측하는 가장 적절한 입력변수를 제시하였다. 소성변형 해석의 유한요소 해석적 방법은 ABAQUS 프로그램을 통해 사용할 수 있다. ABAQUS의 소성변형 예측은 Creep model을 이용하였으며 포장가속시험과 동일한 실험조건을 입력변수로 적용하였다. 포장가속시험은 현재 고속도로의 일반적인 밀입도 단면을 Full Scale로 현장조건과 동일하게 시공하였고 하중은 11.00R20 트럭 복륜타이어로 22,046lb를 적용하였으며 타이어압은 125 psi로 일정하게 유지하였다. 계절별 온도를 모사하기 위하여 아스팔트 포장 표면에서부터 깊이 5cm 지점의 온도를 30℃, 33℃, 40℃, 50℃로 유지하여 시험을 실시하였으며 포장가속시험에 사용된 아스팔트포장의 탄성계수를 확인하기 위하여 각층별 탄성계수를 역산 프로그램(Modulus)을 이용해 역산하고 각 온도별 보정을 실시하였다. 포장가속시험기에 의한 실제 소성변형 깊이과 유한요소법으로 예측한 변형은 대체로 유사한 패턴을 보였으며 ABAQUS creep model 입력변수 중 A, m, n값에 따라 약간의 차이를 보였으나 0.00005, -0.1, 0.8 를 적용하였을 때 실제 소성변형과 근사한 변형이 도출되었다.; Current methods for the evaluation of rutting (plastic deformation) performance of the road include test road, accelerated pavement testing, laboratory test, and computer model simulation. This study compared real plastic deformation as measured through accelerated pavement testing with the plastic deformation as predicted by finite element method. The result was used to derive the input variables necessary for the simulation of plastic deformation of asphalt pavement material. Then, the most appropriate input variables for the computer simulation are proposed to predict the plastic deformation of asphalt pavement without additional tests within the scope of this research. ABAQUS program was used for the finite element analysis of the plastic deformation of the pavement. The prediction of the plastic deformation with ABAQUS used creep model, and the same experimental conditions as the accelerated pavement testing were used as its input variables. The accelerated pavement testing involved a full-scale construction of the typical dense grade section of the highway pavement currently under operation to replicate the field condition as realistically as possible. The load of 22,046 lbs (pounds) was applied through 11.00R20 truck two-wheel tires, and the tire pressure was kept constant at 125 psi. The temperature from the surface of the asphalt pavement to the depth of 5cm was varied to 30℃, 33℃, 40℃, 501℃ to simulate seasonal temperature change. The coefficient of elasticity at each layer was calculated backward by using a computational modulus in order to determine the coefficient of elasticity of the asphalt pavement as used in the accelerated pavement testing. Then, a revision of the coefficient of elasticity for each temperature was conducted. The real depth of plastic deformation as manifested by accelerated pavement testing and the depth of the plastic deformation as predicted by finite element method exhibited a similar pattern, but they differed a little for some values of input variables of ABAQUS creep model, i.e. A, m, n. Nonetheless, when the values of 0.5x10^(-4), -0.1, and 0.8 were applied for the input variables of A, m, and n, respectively, the predicted values of finite element method were very close to the real values of plastic deformation as measured through accelerated pavement testing.