선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 국내 고속 및 일반철도의 대표적 교량형식들에 대하여 실내 모형실험과 운행 중 열차에 대한 동적실험을 수행하여 감쇠비를 산정하고, 철도설계기준과 비교·분석하여 철도교량형식별 감쇠비 하한값을 제시하고자 하였다.
- 본 연구에서는 국내의 주요 간선에서 대표적인 교량형식들을 선정하고 실 운행 상태에서 철도교량의 동적응답에 따른 감쇠비를 고찰하고자 하였다.
- . 철도교량의 운행열차하중에 의한 동적거동 특성을 면밀하게 파악하기 위해서는 운행 중 실제 열차에 의한 현장계측이 필수적이며, 본 연구에서도 현장계측을 통해 국내 대표 교량 형식들에 대한 감쇠비를 구하고자 하였다.
제안 방법
- 감쇠비는 자유진동 신호영역에 대한 대수감소율(logarithmic decrement)[8] 분석을 통해 그 값을 추정하였으며, 감쇠비의 경우 최대하중과 하중의 진폭에 대한 영향을 분석하기 위해 170kN, 220kN의 2가지 경우의 최대하중에 대해 각각 하중 진폭을 Table 2와 같이 구분하여 시험체에 재하하였다. 여기서 최대하중 170kN는 KTX의 축중을, 220kN은 일반적인 디젤 동력차 및 새마을 객차와 동력차의 축중을 대표하는 값이다.
- 구분은 Table 3과 같다. 다양한 지간 및 교량형식이 반영되도록 계측교량을 선정하였으며, 모든 교량에서 명확한 계측응답결과를 사용하기 위하여 지간 중앙 하부에 2g 가속도계를 설치하였고, 응답스펙트럼의 해상도를 위하여 데이터 취득속도(sampling rate)는 100~1,000Hz로 설정하였다. 대상차량은 고속차량(KTX)과 일반차량(무궁화, 새마을) 모두를 기록하였으며, 각 교량별 열차운행에 따른 계측횟수는 8~30회였고, 기간은 열차가 교량에 진입하기 일정시간 전부터 통과 후 자유진동이 충분히 작아질 때까지 계측하였다.
- 다양한 지간 및 교량형식이 반영되도록 계측교량을 선정하였으며, 모든 교량에서 명확한 계측응답결과를 사용하기 위하여 지간 중앙 하부에 2g 가속도계를 설치하였고, 응답스펙트럼의 해상도를 위하여 데이터 취득속도(sampling rate)는 100~1,000Hz로 설정하였다. 대상차량은 고속차량(KTX)과 일반차량(무궁화, 새마을) 모두를 기록하였으며, 각 교량별 열차운행에 따른 계측횟수는 8~30회였고, 기간은 열차가 교량에 진입하기 일정시간 전부터 통과 후 자유진동이 충분히 작아질 때까지 계측하였다.
- 그러나 현장의 실 교량을 대상으로 수행되는 실험은 하중재하의 조건과 다양한 인자들을 파악하기 위한 실험 환경이 제한적이므로 이에 대한 축소모형 시험을 통해 상세하게 분석하는 것이 효과적이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 대표적으로 사용되고 있는 고속 및 일반철도 교량형식들에 대하여 형식별, 재료별 대표단면을 선정한 후, 공진이 발생하는 가진주파수에 대한 동적하중을 재하하여 이에 대한 각 교량형식별 고유진동수와 감쇠비를 분석하였다.
- 0m 정도이지만, 이 경우 제작 및 운반의 어려움과 비용이 많이 소요 되며 실험장소의 제약으로 인한 실내시험의 어려움 등이 발생된다. 따라서 이를 감안하여 단선궤도를 부설할 수 있도록 철도 침목의 폭(2.5m)이상인 3.0m를 교량폭으로 결정하였다.
- 시험체의 고유진동수와 일치하는 가진 주파수 재하 시 동적응답이 크게 증가하는 것을 알 수 있으며, 실 열차하중에 의한 동적응답 측정결과에 비해 매우 선명한 자유진동응답이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 가속도응답 자유진동영역에 대하여 대수감소율을 적용하여 감쇠비를 분석하였다.
- 3(a)와 같이 PSC Box인 연제교(단순교)의 경우 KTX 운행에 따른 전형적인 공진측정파형을 보여 주고 있으며, 열차 통과 후 뚜렷한 자유진동파형이 나타났다. 본 연구에서는 실 열차하중이 통과한 후 교량의 자유진동영역에 대하여 대수감소율을 적용하여 감쇠비를 산정하였다.
- 본 연구에서는 철도교량 모형실험과 현장계측을 통해 철도교량 구조형식별 감쇠비를 분석하였으며, 본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다.
- 센서는 교량중앙부에 가속도계를 설치하였고, 0.1~25Hz까지 각 주파수별로 가진 후 Quick Release를 통해 확보된 자유진동 신호를 추출하였다.
- Steel Box의 길이를 10m로 한 것은 구조해석결과 단선에 대한 궤도하중을 지지할 수 있고, Eurocode에서 제시한 20m미만 교량에 대한 감쇠비 하한값 분석을 위해 제작하게 되었다. 여기에 교량형식별 단면강성과 고유진동수를 감안하여 Table 1과 같이 형식별로 최적의 교량길이를 적용하였고, 지점조건은 롤러(roller)와 힌지(hinge)로 양단부를 지지하도록 하였다.
- 여기서 최대하중 170kN는 KTX의 축중을, 220kN은 일반적인 디젤 동력차 및 새마을 객차와 동력차의 축중을 대표하는 값이다. 재하된 하중의 중앙하중(Median Load)으로부터 케이스별로 고정된 최대하중까지 5%, 15%, 25%의 3가지 경우에 대한 진폭이 발생되도록 가진기(actuator)를 설정하여 시험체별로 가진하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 재하장치는 250kN용량의 동적 가진기(actuator)로 별도로 구성된 재하 프레임을 통해 교량과 일체화되어 가진되는 형식이며, 감쇠비를 추정하기 위한 자유 진동 신호를 얻기 위해 Quick Release기능을 활용하였다. 센서는 교량중앙부에 가속도계를 설치하였고, 0.
- 실험체 교량의 형식은 현재 철도교량의 상부구조로 사용되고 있는 대표적인 형식 중에서 고속철도에 사용되는 교량 및 일반철도에서 장지간으로 사용되는 PSC Box, 소수주형 (Twin I-shaped steel composite girder), Steel Box를 선정하였다. 사용되는 일반적인 철도교량의 길이는 25~40m이지만, 교량 설계의 목적이 실제 사용할 수 있는 교량의 설계가 아닌 구조적 감쇠에 대한 분석이므로 실험체의 제작, 실험장소를 감안하여 10~16m정도를 기준으로 하였다.
성능/효과
- PSC 구조인 연제교, 봉산고가, 다수고가, 천안매곡교의 경우 1.05~3.10%사이의 감쇠비 분포를 보였으며, 평균 1.26~2.38%의 감쇠비를 가지는 것으로 분석되었다. 강합성 교량인 지탄교, 이원고가, 도곡교, 조천천교의 경우에는 0.
- 2는 최대하중 170kN, 220kN 재하하였을 때 가진주 파에 따른 PSC Box, 소수주형강합성, Steel Box model의 감쇠비 결과를 나타낸 것이다. 가진주파수 변화로 인한 교량의 감쇠비 변화는 크지 않으며 최대하중, 하중진폭에 대한 영향도 미미한 것으로 나타났다. 본 실험에서 각 경우에 따라 계산된 PSC Box model의 감쇠비는 0.
- 38%의 감쇠비를 가지는 것으로 분석되었다. 강합성 교량인 지탄교, 이원고가, 도곡교, 조천천교의 경우에는 0.78~2.82%의 다소 큰 분포도를 보였으며, 평균 감쇠비는 1.12~1.53%로 분석되었다. 이 같은 결과는 실내실험결과와 마찬가지로 Eurocode 제안값과 비슷하거나 다소 상향된 결과를 보이며, 일본이나 스페인에서 제안하는 PSC 교량에 대한 결과보다는 다소 낮은 수치이다.
- 5%보다 높은 것으로 분석되었다. 따라서 20m이상의 PSC 구조와 강합성구조 철도교량은 감쇠비 하한값을 1.0%로 적용하는 것이 합리적이라 판단되었다.
- 또한, PSC구조의 경우 감쇠비는 약 1.2~2.5%, 강합성구조의 경우 감쇠비는 약 1.1~1.7% 범위에서 존재하는 것으로 분석되어 Eurocode의 강합성구조에 대한 감쇠비 하한값인 0.5%보다 높은 것으로 분석되었다. 따라서 20m이상의 PSC 구조와 강합성구조 철도교량은 감쇠비 하한값을 1.
- 가진주파수 변화로 인한 교량의 감쇠비 변화는 크지 않으며 최대하중, 하중진폭에 대한 영향도 미미한 것으로 나타났다. 본 실험에서 각 경우에 따라 계산된 PSC Box model의 감쇠비는 0.60~1.70%로 170kN 재하 시 평균 1.208%, 220kN 재하 시 평균 1.272%로 분석되었다. 이는 Eurocode에서 제시하는 1.
- 을 갖고 있다. 본 연구의 실내/외 실험결과, 국내 PSC 구조 교량의 경우에는 안전측으로서 Eurocode의 감쇠비 제안이 적합하다는 결론을 내릴 수 있으나, 경간장이 20m이상으로 슬래브가 콘크리트로 이루어지거나 강재가 매립된 형태의 강합성 구조의 경우에는 PSC 구조와 감쇠비에서 큰 차이가 나타나지 않고 1.0% 이상의 감쇠비를 확보하고 있는 것으로 분석되었다.
- 28%(PSC 경간 20m 이하 산정)의 감쇠비와 매우 유사한 결과이다. 소수주형강합성 model 감쇠비의 경우 0.92~2.19% 범위로 170kN 재하시 평균 1.492%, 220kN 재하 시 평균 1.230%로 분석되었으며, Steel Box model 감쇠비의 경우 0.70~2.30% 범위로 170kN 재하 시 평균 1.419%, 220kN 재하 시 평균 1.528%로 분석되었다. 이러한 결과는 PSC Box에 비해 낮지 않은 감쇠비임을 알 수 있다.
- 272%정도로 분석되었다. 소수주형강합성 및 Steel Box와 같이 강합성 교량은 다소 큰 분포도를 보이며 평균 1.230~1.528% 감쇠비를 갖는 것으로 나타났다. 이 같은 결과는 Eurocode의 제안치와 비슷하거나 다소 상향된 결과를 보이며, 일본이나 스페인에서 제안하는 PSC 교량에 대한 결과보다는 다소 낮은 수치이다.
- 1(a)는 비공진시 응답이고, (b)는 공진 시 응답을 나타낸다. 시험체의 고유진동수와 일치하는 가진 주파수 재하 시 동적응답이 크게 증가하는 것을 알 수 있으며, 실 열차하중에 의한 동적응답 측정결과에 비해 매우 선명한 자유진동응답이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 가속도응답 자유진동영역에 대하여 대수감소율을 적용하여 감쇠비를 분석하였다.
- 철도교량 구조형식별 감쇠비 분석결과, 하중크기, 진폭, 가진주파수에 따른 감쇠비 차이는 없는 것으로 분석되었다. 또한, PSC구조의 경우 감쇠비는 약 1.
- 재하된 하중이 크지 않았다는 측면에서 변위이력과 상당한 관계가 있다는 점에서 현장계측 결과 등에 비해서는 낮은 수치로 나타난 것으로 판단할 수 있다. 특히 강합성 교량의 경우 Eurocode에서는 경간장 15m의 경우 1.125%의 값을 제안하고 있고, PSC 교량의 경우에는 1.035%의 감쇠비 하한 값을 제안하고 있으며, 본 연구결과에서도 경간장 15m에서 강합성구조가 PSC 구조에 비해 낮지 않은 감쇠비를 확보하고 있는 것으로 분석되었다.
- 이 같은 결과는 실내실험결과와 마찬가지로 Eurocode 제안값과 비슷하거나 다소 상향된 결과를 보이며, 일본이나 스페인에서 제안하는 PSC 교량에 대한 결과보다는 다소 낮은 수치이다. 특히 강합성 교량의 경우 Eurocode에서는 경간장 20m이상에 대해 0.5%의 감쇠비 하한값을 제안하고 있고, PSC 교량의 경우에는 1.0%의 감쇠비 하한값을 제안하고 있는 것을 볼 때, 본 현장계측 결과 강합성구조가 PSC 구조에 비해 낮지 않은 감쇠비를 확보하고 있는 것으로 분석되었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.