고가도로 포장된 강교 상판 포장구조에 대한 정적시험 연구

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8796(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

강교 상판 포장은 장대교량 건설에 있어서 언제나 핵심이자 난제였습니다. 실제 공학에서 일반적인 포장재료는 아스팔트이며, 초기 단계에서 포장층에 심각한 손상이 발생한다. 본 연구에서는 고성능 고함량 하이브리드 섬유 폴리머 콘크리트를 포장재로 사용하였다. 포장층과 강판으로 형성된 복합구조물의 소보에 대한 시험을 실시하였고, 복합구조물의 강성과 지지력을 분석하기 위해 정/음 굽힘모멘트 시험을 실시하였다. 연구결과에서 나타난 바와 같이, 구조물의 굴곡강성과 인장강성과 복합구조물의 지지력은 우수한 성능을 나타내어 포장두께가 증가함에 따라 크게 증가하였으나, 포장두께가 80mm를 초과한 이후에는 완만하게 증가하여 두께 증가에 기여하는 것으로 나타났다. 베어링 용량이 거의 없습니다. 양/음 굽힘 모멘트의 시뮬레이션된 작용 하에서, 구조물이 극한 하중을 견딜 때 포장층은 여전히 ​​특정 연성 파괴 특징을 나타냅니다. 이는 고함량 하이브리드 섬유 폴리머 콘크리트가 강교 데크 포장에 적합한 기계적 특성을 나타냄을 입증합니다.

강철 교량 데크 포장은 장경간 교량 건설의 핵심이자 과제로 남아 있습니다. 실제 엔지니어링에서는 초기 단계1에서 포장층에 심각한 결함이 발생합니다. 시멘트 콘크리트는 일반적인 포장 재료이지만 부서지기 쉽고 허용 한계 변형이 작기 때문에 강철 교량 데크 포장에는 거의 사용되지 않습니다. 일반 시멘트 콘크리트 노반의 포장에 철근 없이 일반 시멘트 콘크리트를 활용하는 경우, 콘크리트 표면이나 내부에 수직, 수평 균열이 많이 나타나며, 이는 육안 검사나 보다 진보된 비파괴 시험 방법으로 확인할 수 있습니다2,3, 4,5,6. 직교 이방성 강철 교량 상판의 높은 유연성으로 인해 차량 하중 하에서 포장층 변형과 교량 상판 간의 큰 차이가 발생합니다. 따라서 전통적인 시멘트 콘크리트는 강철 교량 데크에 적용할 수 없습니다. 현재 아스팔트는 강철 교량 데크 포장에 성숙하고 일반적으로 사용됩니다.

강철 교량 데크 포장 구조는 일반적으로 단층 포장 시스템과 다층 포장 시스템으로 구분됩니다. 국가나 지역마다 기후(예: 극한 기온 및 강수량)와 교통량이 다릅니다. 따라서 포장 방식은 특정 엔지니어링 경험을 바탕으로 선택해야 합니다. 미국에서는 대부분의 강철 교량 데크가 단층 에폭시 아스팔트를 사용하여 포장됩니다. 이 기술은 상대적으로 성숙합니다7,8,9. 구조적 형태는 그림 1a에 제시된 바와 같다. 독일에서는 강철 교량 상판의 포장이 여러 겹으로 되어 있고 포장 두께가 두꺼워서 복잡합니다. 구조 형태는 그림 1b에 표시됩니다. 영국의 일반적인 강철 교량 상판에는 많은 포장층이 있지만 전체 두께는 약 4cm에 불과합니다. 구조 형태는 그림 1c에 나와 있습니다. 프랑스의 일반적인 강철 교량 상판은 총 두께가 약 5cm인 4개의 포장층으로 구성됩니다. 구조 형태는 그림 1d에 나와 있습니다.

강철 교량 상판의 전형적인 포장 구조. (a) 미국의 전형적인 포장 구조; (b) 독일의 전형적인 포장 구조; (c) 영국의 전형적인 포장 구조; (d) 프랑스의 전형적인 포장 구조.

그러나 아스팔트는 실제 엔지니어링에서 발생하는 많은 문제를 나타낼 수 있습니다. 예를 들어, 뜨거운 혼합 아스팔트 콘크리트는 높은 환경과 혼합 온도가 필요하므로 건설 시간이 제한되어 전체 10,11,12년 동안 건설 기간이 짧아집니다. 그라우팅된 아스팔트 콘크리트6,10,13,14,15는 강철 교량 데크 포장15,16,17의 최상층으로 사용될 때 낮은 내구성을 나타냅니다. 개량 아스팔트 콘크리트는 강철 교량 데크 포장에 사용될 때 큰 두께가 필요합니다. 에폭시 아스팔트22,23,24를 강철 교량 데크 포장으로 사용할 때 포장층20,21에서 종방향 균열, 피트 슬롯 또는 층간 공극이 종종 관찰될 수 있습니다.