일반철도 고속화를 위한 궤도구성품 조합에 따른 자갈궤도의 거동특성 분석 The evaluation of behavior characteristics of ballasted track according to variation of track components combination for speed-up of conventional lines원문보기
본 연구는 철도의 경쟁력 확보 및 지역균형 발전을 선도하고, 친환경, 녹색성장의 핵심 교통수단인 철도의 위상 강화를 위해 현재 일반철도의 주요 간선에 대해 200km/h 이상으로 고속화를 추진하고 있다. 이에 따라 150km/h급으로 설계되어 운영중인 일반철도의 자갈도상궤도에서는 궤도 부담력 증가로 유지보수의 증가가 예상됨에 따라, 일반철도 고속화를 고려한 유지보수 저감을 위한 자갈도상궤도의 개량방안 정립이 요구된다. 본 연구에서는 KTX 산천을 이용한 속도 단계별 증속시험 및 회귀분석을 통해 230km/h 주행시 궤도에 작용하는 하중(윤중 및 가진주파수)을 정립하였으며, 이를 국내에서 검증되어 적용하고 있는 자갈도상궤도의 구성품을 조합하여 자갈도상궤도의 구조형식별 ...
본 연구는 철도의 경쟁력 확보 및 지역균형 발전을 선도하고, 친환경, 녹색성장의 핵심 교통수단인 철도의 위상 강화를 위해 현재 일반철도의 주요 간선에 대해 200km/h 이상으로 고속화를 추진하고 있다. 이에 따라 150km/h급으로 설계되어 운영중인 일반철도의 자갈도상궤도에서는 궤도 부담력 증가로 유지보수의 증가가 예상됨에 따라, 일반철도 고속화를 고려한 유지보수 저감을 위한 자갈도상궤도의 개량방안 정립이 요구된다. 본 연구에서는 KTX 산천을 이용한 속도 단계별 증속시험 및 회귀분석을 통해 230km/h 주행시 궤도에 작용하는 하중(윤중 및 가진주파수)을 정립하였으며, 이를 국내에서 검증되어 적용하고 있는 자갈도상궤도의 구성품을 조합하여 자갈도상궤도의 구조형식별 수치해석 및 실대형 시험체에 재하하여 일반철도 고속화를 고려한 자갈도상궤도구조의 최적 개량방안을 도출하였다. 현장측정결과를 바탕으로 측정된 레일수직변위와 수치해석에서 도출된 레일수직변위를 비교․검토하여 현장측정에 대한 신뢰성을 얻고자 하였다. 분석결과, 수치해석과 측정구간에서 가장 큰 차이가 나타난 곳은 토공구간이며, 증속에 따라서 약 31~37%의 차이가 발생하였다. 발생 원인으로는 수치해석시 궤도구성품의 Input data는 신품에 대한 제원으로 분석되었으며, 현장측정결과는 사용년수에 따른 궤도틀림, 요철 등 현장여건에 따른 충격하중을 고려한다면 현장측정과 수치해석모델링간의 차이범위는 어느 정도 만족한다고 판단된다. 일반철도 고속화에 따른 자갈도상궤도 유지보수 저감을 위한 최적 자갈도상궤도 개량방안을 정립하기 위하여 실시할 실대형 시험에 대한 시험체로 본 연구성과의 실용화 및 현장 적용성 촉진을 위하여 현재 국내에서 사용중인 기존선 및 고속선의 궤도구성품을 조합하여 실대형 시험 Cases를 정립하였다. Case 1은 현재 일반철도 기존선에 사용되고 있는 궤도 구성품들로 조합된 것이며, Case 2는 기존선에 적용되고 있는 궤도 구성품에서 경부고속철도 1단계 자갈도상궤도에 적용한 고탄성 패드 및 침목을 적용한 것으로 패드의 고탄성 및 침목의 중량화에 따른 저부 면적 증가에 의한 효과를 분석하기 위한 것이다. Case 3은 경부고속철도 1단계 자갈도상궤도에 적용한 궤도구성품을 적용한 것으로 Case 2에 도상 두께 증가에 의한 효과를 분석하기 위한 것이다. Case 4와 Case 5는 일반철도 기존선에 적용되고 있는 궤도구조의 궤도구성품중에서 패드만을 고탄성화 한 것으로 패드의 고탄성에 따른 효과를 분석하기 위한 것이다. 실대형실험을 통한 궤도 침하율 분석결과, 침하율은 현재 기존선 자갈도상궤도구조에 해당하는 Case 1을 기준으로 산정하였다. 침하율 분석결과 고속선 자갈도상궤도구조에 해당하는 Case 3의 침하율이 38%로 가장 작게 나타났으며, 기존선 자갈도상두께에 고속선 궤도구성품 궤광(고탄성 패드 + 침목중량화)을 적용한 Case 2는 57%, 기존선 자갈도상궤도형식에 고탄성 패드를 적용한 Case 5는 97%에 분석되었다. 본 연구를 통하여 일반철도 주요간선 고속화에 따른 자갈도상궤도의 적정 궤도구성품의 조합을 도출하였으며, 궤도구성품 및 열차속도를 매개변수로 한 수치해석 및 실대형 시험 230km/h 대역까지 단계별 증속시험을 수행한 현장측정 결과를 바탕으로 고속화에 따른 궤도부담력 및 동적거동 특성을 분석하였다. 일반철도 주요간선 고속화(150 < V(km/h) ≤ 230)에 따른 자갈도상궤도의 적정 궤도구성품의 조합 조건은 현재 고속선에 적용하는 자갈도상궤도구조에 비해 유지보수 비용이 다소 증가하나, 도상두께가 50mm 작기 때문에 기존선에서의 개량공사 또는 신설선 건설시 터널내공 단면적 축소 및 전차선과의 인터페이스 문제를 상대적으로 최소화 할 수 있는 부가적인 장점을 가지고 있는 것으로 분석되었다.
본 연구는 철도의 경쟁력 확보 및 지역균형 발전을 선도하고, 친환경, 녹색성장의 핵심 교통수단인 철도의 위상 강화를 위해 현재 일반철도의 주요 간선에 대해 200km/h 이상으로 고속화를 추진하고 있다. 이에 따라 150km/h급으로 설계되어 운영중인 일반철도의 자갈도상궤도에서는 궤도 부담력 증가로 유지보수의 증가가 예상됨에 따라, 일반철도 고속화를 고려한 유지보수 저감을 위한 자갈도상궤도의 개량방안 정립이 요구된다. 본 연구에서는 KTX 산천을 이용한 속도 단계별 증속시험 및 회귀분석을 통해 230km/h 주행시 궤도에 작용하는 하중(윤중 및 가진주파수)을 정립하였으며, 이를 국내에서 검증되어 적용하고 있는 자갈도상궤도의 구성품을 조합하여 자갈도상궤도의 구조형식별 수치해석 및 실대형 시험체에 재하하여 일반철도 고속화를 고려한 자갈도상궤도구조의 최적 개량방안을 도출하였다. 현장측정결과를 바탕으로 측정된 레일수직변위와 수치해석에서 도출된 레일수직변위를 비교․검토하여 현장측정에 대한 신뢰성을 얻고자 하였다. 분석결과, 수치해석과 측정구간에서 가장 큰 차이가 나타난 곳은 토공구간이며, 증속에 따라서 약 31~37%의 차이가 발생하였다. 발생 원인으로는 수치해석시 궤도구성품의 Input data는 신품에 대한 제원으로 분석되었으며, 현장측정결과는 사용년수에 따른 궤도틀림, 요철 등 현장여건에 따른 충격하중을 고려한다면 현장측정과 수치해석모델링간의 차이범위는 어느 정도 만족한다고 판단된다. 일반철도 고속화에 따른 자갈도상궤도 유지보수 저감을 위한 최적 자갈도상궤도 개량방안을 정립하기 위하여 실시할 실대형 시험에 대한 시험체로 본 연구성과의 실용화 및 현장 적용성 촉진을 위하여 현재 국내에서 사용중인 기존선 및 고속선의 궤도구성품을 조합하여 실대형 시험 Cases를 정립하였다. Case 1은 현재 일반철도 기존선에 사용되고 있는 궤도 구성품들로 조합된 것이며, Case 2는 기존선에 적용되고 있는 궤도 구성품에서 경부고속철도 1단계 자갈도상궤도에 적용한 고탄성 패드 및 침목을 적용한 것으로 패드의 고탄성 및 침목의 중량화에 따른 저부 면적 증가에 의한 효과를 분석하기 위한 것이다. Case 3은 경부고속철도 1단계 자갈도상궤도에 적용한 궤도구성품을 적용한 것으로 Case 2에 도상 두께 증가에 의한 효과를 분석하기 위한 것이다. Case 4와 Case 5는 일반철도 기존선에 적용되고 있는 궤도구조의 궤도구성품중에서 패드만을 고탄성화 한 것으로 패드의 고탄성에 따른 효과를 분석하기 위한 것이다. 실대형실험을 통한 궤도 침하율 분석결과, 침하율은 현재 기존선 자갈도상궤도구조에 해당하는 Case 1을 기준으로 산정하였다. 침하율 분석결과 고속선 자갈도상궤도구조에 해당하는 Case 3의 침하율이 38%로 가장 작게 나타났으며, 기존선 자갈도상두께에 고속선 궤도구성품 궤광(고탄성 패드 + 침목중량화)을 적용한 Case 2는 57%, 기존선 자갈도상궤도형식에 고탄성 패드를 적용한 Case 5는 97%에 분석되었다. 본 연구를 통하여 일반철도 주요간선 고속화에 따른 자갈도상궤도의 적정 궤도구성품의 조합을 도출하였으며, 궤도구성품 및 열차속도를 매개변수로 한 수치해석 및 실대형 시험 230km/h 대역까지 단계별 증속시험을 수행한 현장측정 결과를 바탕으로 고속화에 따른 궤도부담력 및 동적거동 특성을 분석하였다. 일반철도 주요간선 고속화(150 < V(km/h) ≤ 230)에 따른 자갈도상궤도의 적정 궤도구성품의 조합 조건은 현재 고속선에 적용하는 자갈도상궤도구조에 비해 유지보수 비용이 다소 증가하나, 도상두께가 50mm 작기 때문에 기존선에서의 개량공사 또는 신설선 건설시 터널내공 단면적 축소 및 전차선과의 인터페이스 문제를 상대적으로 최소화 할 수 있는 부가적인 장점을 가지고 있는 것으로 분석되었다.
With respect to mainline railway, the increase in speeds up to more than 200km/h is currently being promoted to secure the competitiveness of the railway, lead balanced regional development and enhance its status as a key means of transportation for eco-friendly and sustainable green growth. In this...
With respect to mainline railway, the increase in speeds up to more than 200km/h is currently being promoted to secure the competitiveness of the railway, lead balanced regional development and enhance its status as a key means of transportation for eco-friendly and sustainable green growth. In this regard, as the maintenance costs are expected to increase due to higher burden of dynamic track forces on the ballasted track designed with 150km/h-class, there is a need to establish improvement measures for the ballasted track to reduce maintenance costs, considering the speed increase of the mainline railway. In this study, load characteristics (wheel load and excitation frequency) acting on the track when trains operate at the speed of 230km/h were investigated through a regression analysis and a speed increase test using the KTX-Sancheon, and the optimal improvement measures considering the speed increase of the mainline railway were established through the economic analysis considering the deduced track settlement characteristics as well as construction and maintenance costs by applying the load characteristics to fullscale specimens by type of ballasted track structures which combine components of the ballasted tracks applied in Korea.
With respect to mainline railway, the increase in speeds up to more than 200km/h is currently being promoted to secure the competitiveness of the railway, lead balanced regional development and enhance its status as a key means of transportation for eco-friendly and sustainable green growth. In this regard, as the maintenance costs are expected to increase due to higher burden of dynamic track forces on the ballasted track designed with 150km/h-class, there is a need to establish improvement measures for the ballasted track to reduce maintenance costs, considering the speed increase of the mainline railway. In this study, load characteristics (wheel load and excitation frequency) acting on the track when trains operate at the speed of 230km/h were investigated through a regression analysis and a speed increase test using the KTX-Sancheon, and the optimal improvement measures considering the speed increase of the mainline railway were established through the economic analysis considering the deduced track settlement characteristics as well as construction and maintenance costs by applying the load characteristics to fullscale specimens by type of ballasted track structures which combine components of the ballasted tracks applied in Korea.
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