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철도교량 단부 궤도의 사용성 향상을 위한 횡단궤도시스템 적용에 관한 실험적 연구
Experimental Study on Applying a Transition Track System to Improve Track Serviceability in Railway Bridge Deck Ends 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.16 no.3 = no.76, 2013년, pp.207 - 216  

임종일 (Graduate School of Railway, Seoul National University of Science & Technology) ,  송선옥 (Graduate School of Railway, Seoul National University of Science & Technology) ,  최정열 (Dept. of Track and Railway Operations, Technische Universitat Berlin (TU-Berlin)) ,  박용걸 (Graduate School of Railway, Seoul National University of Science & Technology)

초록
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콘크리트궤도가 부설된 철도교량 단부의 궤도구성품(레일 및 체결구)에는 교량 단부회전에 의해 상향력 및 압축력과 같은 궤도-교량의 상호작용력이 작용하여 손상 및 성능저하가 유발된다. 이러한 교량의 휨거동에 기인한 단부 궤도의 상호작용에 따른 문제를 해결하고자 본 연구에서는 횡단궤도시스템을 개발하고 그 성능을 입증하였다. 횡단궤도시스템의 구조안정성 검토를 위해 3차원 유한요소해석을 통한 시간이력해석을 실시하고 그 결과를 독일의 성능요구조건 및 관련기준과 비교하였다. 또한, 교량-궤도 상호작용 분석을 위한 시험체를 제작하여 실내시험을 수행하고 횡단궤도시스템의 적용 효과를 평가하였다. 연구결과 횡단궤도시스템의 정, 동적 구조안정성 및 횡단궤도 적용 후 교량 단부 궤도의 상호작용력(레일변위, 레일저부응력 및 체결구 응력)이 크게 저감될 수 있음을 실험적으로 입증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The components of concrete track (rail and rail fastening system) in railway bridge deck ends are damaged and deteriorated by track-bridge interaction forces such as uplift forces and compression forces owing to their structural flexural characteristics (bridge end rotation). This had led to demand ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 9(b)와 같이 측정을 통해 검증하여 Table 5에 나타내었다. Table 5와 같이 교량 시험체의 변위 5mm는 교량 단부에 약 0.002 rad 만큼의 단부회전각을 유발시키며 이는 일본 고속선 철도교량의 단부회전각 허용기준과 유사한 수준을 모사하고자 하였다. 또한 UIC에서 제시하는 콘크리트궤도가 부설된 철도교량 단부회전각 기준을 초과하는 수준의 시험하중(0.
  • 따라서 본 연구에서는 교량 단부 궤도에서 발생하는 궤도교량 상호 작용력을 저감시키고 단부 궤도의 성능을 향상시키기 위한 구조적 대안으로써 횡단궤도시스템을 제안하고 그 성능을 검토하였다[13]. 또한, 궤도-교량 상호작용분석을 위한 시험체를 이용한 실내시험을 수행하여 횡단궤도시스템 적용에 따른 단부 궤도의 교량-궤도 상호작용력 저감효과를 실험적으로 입증하였다.
  • 본 연구에서는 철도교량 단부 궤도의 성능개선을 위한 횡단궤도시스템의 적용을 위해 수치해석을 통한 정, 동적 구조 안정성 검토 및 단부 궤도의 거동분석을 위한 실내시험을 수행하였다. 연구결과 횡단궤도시스템의 적용을 통해 콘크리트궤도가 부설된 철도교량 단부 레일의 변형수준을 완화시킬 수 있었으며 이로 인해 단부 레일 및 레일지지점(체결구)의 직접 작용력(uplift force)을 비롯하여 응력 및 변위 등과 같은 궤도-교량 상호 작용력을 크게 감소시킴으로써 단부 궤도 구성품의 구조적 안전성, 사용성 및 장기내구성 확보가 가능한 것으로 분석되었다.
  • 본 연구의 실내시험에서는 횡단궤도시스템의 적용에 따른 단부 궤도의 상호작용력(레일상향변위, 체결구 및 레일저부응력) 저감효과를 실험적으로 입증하고자 콘크리트궤도가 고려된 교량 및 교대 시험체를 제작하여 교량의 처짐에 따른 단부 회전발생을 모사하였다. 실내시험을 위한 시험체의 제원은 Table 3과 같으며, 시험체의 단면도는 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
콘크리트궤도가 부설된 철도교량 단부의 궤도구성품에 손상 및 성능저하가 유발되는 이유는? 콘크리트궤도가 부설된 철도교량 단부의 궤도구성품(레일 및 체결구)에는 교량 단부회전에 의해 상향력 및 압축력과 같은 궤도-교량의 상호작용력이 작용하여 손상 및 성능저하가 유발된다. 이러한 교량의 휨거동에 기인한 단부 궤도의 상호작용에 따른 문제를 해결하고자 본 연구에서는 횡단궤도시스템을 개발하고 그 성능을 입증하였다.
철도교량 단부 궤도의 상호 작용력에 대한 기존의 국내 연구 결과는 무엇이 있는가? 철도교량 단부 궤도의 상호 작용력에 대한 기존의 국내 연구 결과는 교량 단부에 작용하는 상호작용력에 영향을 미치는 인자로 교량의 기하학적 특성(교량받침~토목신축이음매간 거리, 교량받침~레일 체결장치간 상대위치)과 교량의 최대 처짐량을 비롯하여 레일체결장치의 스프링 강성 등에 대한 매개변수연구가 수행된 바 있다[9-11]. 또한, 교량 단부의 변형이 단부 궤도에 직접적인 영향을 미치어 체결구의 조기 파손을 유발시킬 수 있음을 실험적으로 분석하였으며[12], 이에 대한 대책으로 횡단궤도시스템이라는 개념을 도입하여 개발하고 그 성능을 입증한 바 있다[13].
체결구에 작용하는 상향력의 허용치를 레일체결장치의 초기 체결력(F0, pre-load) 이내로 규정한 이유는 무엇인가? 여기서, 체결구에 작용하는 상향력의 허용치는 식 (1)과 같이 레일체결장치의 초기 체결력(F0, pre-load) 이내로 규정하였다[1,7]. 즉, 상향력의 경우 초기 체결력을 초과하는 하중이 레일지지점에 작용하게 되면 레일 하부의 패드에는 아무런 pre-load가 작용하지 않게 되므로 패드가 자유롭게 움직일 수있는 상태가 되며, 열차진동 등에 의해 레일패드가 밖으로 밀려나 체결장치에 추가적인 손상이 발생할 수 있고 열차주행안정성을 저해하게 된다[1,7]. 또한, 압축력에 대한 허용치는 식 (2)와 같이 탄성패드(레일패드)의 변형한계를 초과 하지 않는 수준으로 규정하고 있다[1,7].
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참고문헌 (18)

  1. D.B. Deutsche Bahn, A.G. Netz (2008) Bridge deck Ends, Check for serviceability limit state of superstructure, DS804 - Appendix 29(German language). 

  2. D.B. Deutsche Bahn, A.G. Netz (2003) Richtlinie 804.5202 (German language). 

  3. Korea Rail Network Authority (2008) Research for improvement of concrete track interface performance. 

  4. Rudolf Seidel (2000) Feste Fahrbahn auf groBen Stahluberbauten der NBS Hannover-Berlin, EI-Eisenbahningenieur (51), pp. 23-29 (German language). 

  5. D.B. Deutsche Bahn, A.G. Netz (1995) Anforderungskatalog zum Bau der Fahrbahn, 3. Uberarbeitete Auflage, Stand, Catalogues for construction of slab track (German language). 

  6. Edgar Darr, Werner Fiebig (2006) Feste Fahrbahn, Konstruktion und Bauarten fur Eisenbahn und StraBenbahn, ISBN 3-8266-1485-2, Eurail press (German language). 

  7. Korea Rail Network Authority (2011) Railway design Standard (Track part). 

  8. Korea Rail Network Authority (2011) Railway design Standard (Roadbed part). 

  9. J.Y. Choi, S.C. Yang, (2008) The Displacement Limit at the End of an Approach Slab for a Railway Bridge with Ballastless Track, Journal of the Korean Society for Railway, 11(2), pp. 195-202. 

  10. H.K. Park, S.Y. Jang, S.C. Yang, Y.G. Park (2009) A Parametric Study on the Serviceability of Concrete Slab Track on Railway Bridge, Journal of the Korean Society for Railway, 12(1), pp. 95-103. 

  11. R.K. Min, D.Y. Sung, Y.G. Park (2012) Analysis of Dynamic Behavior of Railway Bridge with Concrete Track, Journal of the Korean Society for Railway, 15(2), pp. 147-153. 

  12. D.S. Chun, J.Y. Choi, H.Y. An, Y.G. Park (2008) Behavior of Fastening system of HSR bridge ends deck on slab Track installed Bridge, Proceedings of the Korean Society for Railway Autumn Conference, Kwang-ju, Republic of Korea, pp. 1624-1633. 

  13. K.W. Lee (2013) Applying transition track system to improve track performance in a railway bridge deck ends, Master's Thesis, Seoul National University of Science & Technology. 

  14. International Union of Railway (UIC) Track Bridge Interaction. 

  15. International Union of Railway (UIC) Code776-3, Deformation of Bridge. 

  16. Eurocode (2003) Actions on Structure, Part 2, Traffic load on bridge, EN 1991-2. 

  17. Eurocode (2005) Basis of Structural Design, EN 1990:2001+A1. 

  18. International Union of Railway (UIC), (2008) Recommendations for Design & Calculation of ballastless track, ISBN2-7461-1397-X. 

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