FWD 하중판 분할영향을 고려한 연성포장체 해석에 관한 연구

본 연구에서는 하중판의 분할이 Falling Weight Deflectometer(FWD) 시험결과에 미치는 영향을 파악하기 위하여 범용 유한요소프로그램인 ABAQUS를 이용하여 하중판과 포장구조체를 모델링하였고, 탄성계수와 두께변화에 따른 영향인자를 선정하여 수치해석을 실시한 후 현장시험 데이터를 이용하여 검증하였다. 유한요소해석을 실시하여 하중판의 분할에 따른 접지압의 변화를 살펴본 결과, 하중판 분할의 영향을 고려하지 않은 다층탄성프로그램과 하중판 분할의 영향을 고려한 유한요소해석에 의해 포장구조체에 발생하는 접지압은 하중판 분할의 영향에 의한 차이가 뚜렷함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 하중판 분할시 가장 큰 영향인자를 찾고자 하중판 분할에 따른 접지압의 민감도 분석을 실시한 결과 FWD 시험시 포장구조체에 발생하는 접지압은 아스팔트층 두께 변화에 가장 민감함을 알 수 있었다. 아스팔트층 두께 변화에 따라 유한요소해석과 다층탄성프로그램에 의한 FWD 표면처짐을 각각 산정한 후, 유한요소해석에 의한 FWD 표면처짐과의 오차가 최소가 될 때의 다층탄성프로그램 입력하중을 등가 등분포하중으로 제안하였고, 아스팔트층 두께와 아스팔트층 두께마다 선정된 등가 등분포하중의 상관성을 고찰하여 다층탄성프로그램에 하중판 분할의 영향을 반영할 수 있는 등가 등분포하중을 추정하는 식을 제안하였다. 또한 본 연구에서 제안한 등가 등분포하중의 신뢰성 및 타당성을 깊이별 처짐을 직접 측정할 수 있는 깊이별 처짐 측정장비인 Multi-Depth Deflectometer(MDD)와 FWD 시험 결과에 대한 해석적 검증을 통하여 입증하였다.

Falling Weight Deflectometer (FWD) data have been analyzed with the layered elastic analysis. However, the layered elastic analysis can not consider the effect of division of FWD loading plate. In this study, the effect of division of FWD loading plate is studied numerically and the equation for predicting equivalent uniform load that reflects the effect of division of FWD loading plate to the layered elastic analysis is proposed. The contact pressures under the divided FWD loading plate are studied with ABAQUS, a three-dimensional finite clement program, and verified with the FWD field test data. The contact pressures from the FEM analysis considering the effect of division of FWD loading plate and from the layered elastic analysis not considering the effect of division of FWD loading plate are compared. Based on the comparision, it is found that significant errors are generated when the layered elastic analysis is used. The FEM analyses are performed for a given range of layer elastic moduli and thicknesses to choose a effective parameter on the contact pressure. From the parameter study, it is identified that the contact pressure is sensitive to the thickness of asphalt layer. At every thickness of asphalt layer, the equivalent uniform load is evaluated by comparing the FWD deflection from layered elastic analysis to that from FEM analysis. The regression analysis equation between the equivalent uniform load and the thickness of asphalt layer is established. Validity and applicability of the proposed equation are verified by analysing the FWD field test data and the Multi-Depth Deflectometer (MDD) test data.