Appropriate Boundary Conditions for Three Dimensional Finite Element Implicit Dynamic Analysis of Flexible Pavement

연성포장의 3차원 유한요소해석을 위한 최적 경계조건 분석

Flexible pavement responses to vehicular loading, such as critical stresses and strains, in each pavement layer, could be predicted by the multilayered elastic analysis. However, multilayered elastic theory suffers from major drawbacks including spatial dimension of a numerical model, material properties considered in the analysis, boundary conditions, and ill-presentation of tire-pavement contact shape and stresses. To overcome these shortcomings, three-dimensional finite element (3D FE) models are developed and numerical analyses are conducted to calculate pavement responses to moving load in this study. This paper introduces a methodology for an effective 3D FE to simulate flexible pavement structure. It also discusses the mesh development and boundary condition analysis. Sensitivity analyses of flexible pavement response to loading are conducted. The infinite boundary conditions and time-dependent history of calculated pavement responses are considered in the analysis. This study found that the outcome of 3D FE implicit dynamic analysis of flexible pavement that utilizes appropriate boundary conditions, continuous moving load, viscoelastic hot-mix asphalt model is comparable to field measurements.

트럭 축하중에 의한 도로포장체의 응력과 변형은 대부분 다층 탄성 이론에 의해 예측된다. 대부분의 다층 탄성 이론에 의한 이론적 계산값이 연성 포장 재료의 점탄성적 거동특성, 동적 트럭 축하중, 비균등 타이어 접지압 및 형상등을 해석에 고려하지 못하므로, 계측값에 비해 매우 작은 값을 예측하므로서 도로 포장 두께설계가 과소 설계될 우려가 크다. 이와 같은 도로 포장체 구조해석시 이용되는 중요한 변동요소를 포장 재료의 물성 모델 측면, 비균등 접지압 및 형상 측면, 동적 유한요소해석 측면에서 분석하여 이용 가능한 모델을 본 논문에서 제안하였다. 경계조건 및 민감도 분석을 수행을 통한 효과적인 3차원 연성포장의 유한요소해석모델을 결정하는 방법론을 제안하였으며, 최적 유한요소모델 분석결과와 현장에서 취득한 결과와의 상호비교를 통하여 모델의 유의성을 검증하였으며, 동적 접지하중조건, 점탄성물성 모델 등을 3차원 유한요소 모델에 접목하고, 최적 경계조건을 결정하였다.