도로에 작용하는 차량 하중은 도로 설계, 시공 및 운영에 있어 중요한 요소입니다. 이 글에서는 하중에 대한 규정, 하중이 노면 품질 및 포장 구조에 미치는 영향, 그리고 타이어 압력에 대한 실험적 연구를 분석합니다. 이를 바탕으로 도로 시설물의 수명 연장을 위한 하중 관리 권장 사항을 제시합니다.
설계 기준의 하중
표면 구조 설계에서 표준 차량 하중을 결정하는 것은 중요한 단계입니다. 현행 설계 기준에서는 표준 축 하중, 등가 타이어 접지 면적, 노면의 타이어 압력, 차축 간 간격 및 규격을 규정합니다.
일반적인 기준:
- 22TCN 211 – 06: 표준 축 하중은 단일 복륜 차축의 경우 100kN(또는 120kN)으로 규정하며, 등가 접촉 면적은 지름 33cm(또는 36cm)의 원, 계산 압력은 0.6MPa입니다.
- 22TCN 274 – 01: 단일 복륜 차축의 경우 표준 축 하중 80kN, 접촉 면적 707cm2, 압력 0.566MPa를 사용합니다.
- 구소련 및 동유럽 국가의 표준: 표준 축 하중(80kN, 100kN, 110kN, 130kN) 및 하중 환산 계수에 차이가 있습니다.
- AASHTO: 표준 단일 축 하중 80kN 및 실제 하중을 환산하기 위한 등가 축 하중 계수(LEFs)를 사용합니다.
참고: 각 기준마다 표준 축 하중 및 실제 하중 환산 방식에 대한 규정이 다릅니다. 이는 계산 및 설계 결과의 차이로 이어집니다.
도로 운영 시 하중의 영향
실제 통행 차량의 하중은 설계 시 계산된 하중과 다른 경우가 많습니다. 차량 구조, 축 하중, 타이어 크기 및 모양, 타이어 공기압 등의 변화는 모두 노면 품질에 영향을 미칩니다. 과적 차량은 노면의 조기 손상의 주요 원인입니다.
실험적 연구:
- 축 하중과 아스팔트 콘크리트 노면의 균열 지수 및 바퀴 자국 침하 사이의 관계를 보여주는 연구. (원문 3.1 및 3.2 그림)
- 타이어 접촉 면적과 압력은 노면 변형에 상당한 영향을 미칩니다.
- 타이어 압력이 증가하면 아스팔트 콘크리트 노면층의 변형(침하)이 크게 증가합니다.
- 노면 구조의 전체 탄성 변형은 축 하중에 대해 지수 함수적으로 증가합니다.
축 하중과 노면 균열 간의 관계를 보여주는 그래프
축 하중과 노면 침하 간의 관계를 보여주는 그래프
그림 3.2: 축 하중과 노면 침하의 관계
교통과학기술연구소의 실험:
실제 실험 결과 타이어 압력은 축 하중에 비례하여 증가하는 것으로 나타났습니다. 타이어의 “강성” 또한 노면의 타이어 압력에 영향을 미칩니다.
축 하중 측정 현장 실험의 전경
그림 3.3: 축 하중 측정 현장 실험 전경
결론 및 권장 사항
결론:
- 축 하중, 차축 간 간격, 타이어 종류, 타이어 압력 및 공기압은 모두 노면 구조의 수명에 영향을 미칩니다.
- 타이어 압력은 노면 표면의 변형 및 손상에 가장 큰 영향을 미칩니다.
- 노면 손상을 줄이기 위해서는 차량 하중 관리가 필수적입니다.
권장 사항:
- 설계 계산 시 축 하중 환산에 대한 심층 연구가 필요합니다.
- 현재 통행하는 트럭 유형으로 인한 노면 손상 정도를 평가해야 합니다.
- 통행 허용 차량의 하중 및 기술적 파라미터에 대한 보다 엄격한 규정이 필요합니다.
교통과학기술연구소 실험 관련 추가 이미지
축 하중과 노면의 타이어 접지 면적 간의 상관 관계를 보여주는 그래프
그림 3.5: 축 하중과 노면의 타이어 접지 면적 간의 상관 관계
