Choi, Sanghyun
(Department of Railroad Facility Engineering, Korea National University of Transportation)
,
Kwon, Soonjung
(Rairoad Convergence Technology Center, Korea National University of Transportation)
선하역사는 역사 건물의 상부에 위치한 노반구조물을 통하여 열차 운행으로 인한 진동이 직접 역사 구조물로 전달되므로 소음 진동에 취약한 구조이다. 선하역사 내부의 소음은 주로 구조물의 진동으로 인하여 발생하는 고체소음이므로 보다 효율적인 진동 저감 대책의 수립을 위해서는 역사의 구조 형식, 부재 및 재료 등의 구성 요소에 따른 구조적 거동 및 감쇠 특성의 파악이 중요하다. 이 논문에서는 선하역사와 인접 교량과의 접속부의 역학적 특성에 따른 진동 특성 변화에 대한 검토 결과를 제시하였다. 해석 대상 역사는 대천역이며, ABAQUS로 유한요소해석을 수행하였다. 접속부 특성은 접속 교량이 있는 경우와 없는 경우, 그리고 있는 경우 라멘식과 받침형식으로 구분하여 검토를 수행하였다.
선하역사는 역사 건물의 상부에 위치한 노반구조물을 통하여 열차 운행으로 인한 진동이 직접 역사 구조물로 전달되므로 소음 진동에 취약한 구조이다. 선하역사 내부의 소음은 주로 구조물의 진동으로 인하여 발생하는 고체소음이므로 보다 효율적인 진동 저감 대책의 수립을 위해서는 역사의 구조 형식, 부재 및 재료 등의 구성 요소에 따른 구조적 거동 및 감쇠 특성의 파악이 중요하다. 이 논문에서는 선하역사와 인접 교량과의 접속부의 역학적 특성에 따른 진동 특성 변화에 대한 검토 결과를 제시하였다. 해석 대상 역사는 대천역이며, ABAQUS로 유한요소해석을 수행하였다. 접속부 특성은 접속 교량이 있는 경우와 없는 경우, 그리고 있는 경우 라멘식과 받침형식으로 구분하여 검토를 수행하였다.
Since the vibration induced by a train is transferred directly to a station via a roadbed structure, the elevated station is particularly vulnerable to noise and vibration. To establish more appropriate measures to reduce vibration, the structural behavior and damping characteristics depending on th...
Since the vibration induced by a train is transferred directly to a station via a roadbed structure, the elevated station is particularly vulnerable to noise and vibration. To establish more appropriate measures to reduce vibration, the structural behavior and damping characteristics depending on the structural type and the composition of a elevated station should be identified, because the noise inside the station is mainly structure borne noise by the vibration of a station structure. In this paper, the vibration characteristic changes depending on mechanical connection types between an elevated station and a connected bridge are analyzed. The finite element model for Daecheon Station is constructed for the purpose of this study, and the analysis is performed using ABAQUS. The analyses are conducted for with and without bridge connections, and for the bridge connections, ramen and bearing types are considered in the analysis.
Since the vibration induced by a train is transferred directly to a station via a roadbed structure, the elevated station is particularly vulnerable to noise and vibration. To establish more appropriate measures to reduce vibration, the structural behavior and damping characteristics depending on the structural type and the composition of a elevated station should be identified, because the noise inside the station is mainly structure borne noise by the vibration of a station structure. In this paper, the vibration characteristic changes depending on mechanical connection types between an elevated station and a connected bridge are analyzed. The finite element model for Daecheon Station is constructed for the purpose of this study, and the analysis is performed using ABAQUS. The analyses are conducted for with and without bridge connections, and for the bridge connections, ramen and bearing types are considered in the analysis.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
가설 설정
최대 수직하중은 탄성받침 및 EQS 공히 1,993 kN으로 적용하였다. 회전의 경우 탄성받침 및 EQS받침 모두 허용하지 않는 것으로 가정하였다.
해석 모델은 대표 단면에 대하여 2차원으로 모델링하였으며, 지하층의 외부 벽체는 지반스프링계수를 이용하여 모델링하였다. 적용 열차하중은 새마을, 무궁화, 화물열차이며, 새마을 및 무궁화의 경우 역사 통과시 최대 속도인 130km/hr, 화물열차는 80km/hr로 통과하는 것으로 가정하였다. 레일은 60K, 레일 하부의 경우 체결구(e-clip), 패드 및 자갈도상의 역학적 특성을 고려한 등가선형스프링으로 모델링하였다.
제안 방법
(2010)은 플로팅 슬래브궤도를 적용한 선하역사의 진동 해석을 수행하였다. 진동 해석은 자갈궤도와 플로팅 슬래브궤도의 경우에 대하여 수행하였으며, 차량-궤도의 상호작용 해석 결과를 역사에 시계열 하중으로 작용시키는 방식으로 해석을 수행하였으나, 접속 교량의 영향에 대한 검토는 해석에 고려하지 않았다. Lee et al.
(2011)은 비록 선상역사이나 철도역사에 대한 해석을 통하여 지반에 대한 방진대책 효과를 검토하였다. 운행 열차로는 지하철, 무궁화, 새마을 및 화물 열차를 고려하였으며, 하부 지반의 모델링을 포함한 해석을 수행하였다. Park(2011)은 선로가 설치된 상부 교량과 역사 간에 설치되는 받침의 변화에 따른 선하역사 내 진동 및 소음 저감 효과를 검토하였다.
Park(2011)은 선로가 설치된 상부 교량과 역사 간에 설치되는 받침의 변화에 따른 선하역사 내 진동 및 소음 저감 효과를 검토하였다. Gerb 시스템이 적용된 천안아산역, EQS가 적용된 신경주역 및 강결구조의 오송역사에서 진동가속도 및 소음 측정 결과를 비교하였으나, 동일 역사에 대하여 받침의 변화에 따른 진동 특성에 대한 해석은 수행하지 않았다.
이 연구에서는 선하역사의 진동에 미치는 접속교량의 영향을 궤도, 교량 및 역사의 상호작용을 고려한 해석을 통하여 분석하였다. 해석 대상은 장항선의 대천역사이며, 대표 단면을 2차원으로 모델링하여 해석을 수행하였다.
해석 대상은 장항선의 대천역사이며, 대표 단면을 2차원으로 모델링하여 해석을 수행하였다. 열차 하중은 실제 상황을 고려하여 새마을, 무궁화 및 화물 열차로 하였으며, 접속 교량이 있는 경우와 없는 경우로 구분하여 해석을 수행하였다. 해석은 접속 교량이 있는 경우 라멘식 연결과 받침이 적용된 교량식 연결의 경우를 고려하였으며, 라멘식 연결은 타 역사의 경우를 참조하여 단면을 결정하였다.
열차 하중은 실제 상황을 고려하여 새마을, 무궁화 및 화물 열차로 하였으며, 접속 교량이 있는 경우와 없는 경우로 구분하여 해석을 수행하였다. 해석은 접속 교량이 있는 경우 라멘식 연결과 받침이 적용된 교량식 연결의 경우를 고려하였으며, 라멘식 연결은 타 역사의 경우를 참조하여 단면을 결정하였다. 해석에 고려된 받침은 힌지, 탄성받침 및 EQS 받침(Park et al.
해석은 접속 교량이 있는 경우 라멘식 연결과 받침이 적용된 교량식 연결의 경우를 고려하였으며, 라멘식 연결은 타 역사의 경우를 참조하여 단면을 결정하였다. 해석에 고려된 받침은 힌지, 탄성받침 및 EQS 받침(Park et al., 2011)이며, 접속된 교량의 경간을 고려하여 받침의 역학적 특성을 결정하였다. 진동 해석은 ABAQUS를 이용하여 수행하였으며, 다양한 접속부 특성에 따른 진동의 변화를 접속 교량 및 역사의 주요 부분에서 비교 검토하였다.
, 2011)이며, 접속된 교량의 경간을 고려하여 받침의 역학적 특성을 결정하였다. 진동 해석은 ABAQUS를 이용하여 수행하였으며, 다양한 접속부 특성에 따른 진동의 변화를 접속 교량 및 역사의 주요 부분에서 비교 검토하였다.
30 kN/m를 적용하였다. EQS 받침의 수평방향 거동은 그림 4와 같은 쌍선형형태의 하중-변위 곡선을 갖는 것으로 고려하였으며, 수직 및 수평방향 탄성계수는 각각 854 kN/m와 ku=123 kN/m 및 kd=1.65 kN/m를 적용하였다. 최대 수직하중은 탄성받침 및 EQS 공히 1,993 kN으로 적용하였다.
유한요소 수치해석은 선하역사만의 모델과 선하역사와 접속교량이 있는 해석모델(Fig. 6)에 대하여 별도로 수행하였다. 접속교량이 있는 모델의 경우 라멘식 교량과 받침식 교량에 대하여 별도의 모델링을 하였고, 받침식 교량의 경우 힌지, 탄성받침 및 EQS 받침을 적용하여 Table 1과 같이 총 5가지 경우에 대하여 해석을 수행하였다.
6)에 대하여 별도로 수행하였다. 접속교량이 있는 모델의 경우 라멘식 교량과 받침식 교량에 대하여 별도의 모델링을 하였고, 받침식 교량의 경우 힌지, 탄성받침 및 EQS 받침을 적용하여 Table 1과 같이 총 5가지 경우에 대하여 해석을 수행하였다. 해석 모델은 대표 단면에 대하여 2차원으로 모델링하였으며, 지하층의 외부 벽체는 지반스프링계수를 이용하여 모델링하였다.
접속교량이 있는 모델의 경우 라멘식 교량과 받침식 교량에 대하여 별도의 모델링을 하였고, 받침식 교량의 경우 힌지, 탄성받침 및 EQS 받침을 적용하여 Table 1과 같이 총 5가지 경우에 대하여 해석을 수행하였다. 해석 모델은 대표 단면에 대하여 2차원으로 모델링하였으며, 지하층의 외부 벽체는 지반스프링계수를 이용하여 모델링하였다. 적용 열차하중은 새마을, 무궁화, 화물열차이며, 새마을 및 무궁화의 경우 역사 통과시 최대 속도인 130km/hr, 화물열차는 80km/hr로 통과하는 것으로 가정하였다.
적용 열차하중은 새마을, 무궁화, 화물열차이며, 새마을 및 무궁화의 경우 역사 통과시 최대 속도인 130km/hr, 화물열차는 80km/hr로 통과하는 것으로 가정하였다. 레일은 60K, 레일 하부의 경우 체결구(e-clip), 패드 및 자갈도상의 역학적 특성을 고려한 등가선형스프링으로 모델링하였다. 등가선형스프링값은 cho et al.
0 MN/m을 적용하였다. 시간이력해석은 0.0025초 간격으로 10개의 모드를 이용한 모드중첩법을 이용하여 수행하였으며, 역사 및 교량에 대한 감쇠비는 통상적인 값인 5%를 적용하였다.
이 연구에서는 선하역사의 진동에 미치는 접속교량의 영향을 궤도, 교량 및 역사의 상호작용을 고려한 해석을 통하여 분석하였다. 유한요소 수치해석은 선하역사만의 모델과 선하역사와 접속교량이 있는 해석모델에 대하여 별도로 수행하였다. 접속교량이 있는 모델의 경우 라멘식 교량과 받침식 교량에 대하여 별도의 모델링을 하였고, 받침식 교량의 경우 힌지, 탄성받침 및 EQS 받침을 적용하여 총 5가지 경우에 대하여 해석을 수행하였다.
유한요소 수치해석은 선하역사만의 모델과 선하역사와 접속교량이 있는 해석모델에 대하여 별도로 수행하였다. 접속교량이 있는 모델의 경우 라멘식 교량과 받침식 교량에 대하여 별도의 모델링을 하였고, 받침식 교량의 경우 힌지, 탄성받침 및 EQS 받침을 적용하여 총 5가지 경우에 대하여 해석을 수행하였다. 해석 대상 역사는 장항선 대천역사이며, 진동 해석은 ABAQUS를 이용하여 실제 열차 운행상황을 고려하여 새마을, 무궁화 및 화물 하중을 이동하중으로 적용하여 해석을 수행하였다.
접속교량이 있는 모델의 경우 라멘식 교량과 받침식 교량에 대하여 별도의 모델링을 하였고, 받침식 교량의 경우 힌지, 탄성받침 및 EQS 받침을 적용하여 총 5가지 경우에 대하여 해석을 수행하였다. 해석 대상 역사는 장항선 대천역사이며, 진동 해석은 ABAQUS를 이용하여 실제 열차 운행상황을 고려하여 새마을, 무궁화 및 화물 하중을 이동하중으로 적용하여 해석을 수행하였다. 해석 결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
대상 데이터
이 연구에서는 선하역사의 진동에 미치는 접속교량의 영향을 궤도, 교량 및 역사의 상호작용을 고려한 해석을 통하여 분석하였다. 해석 대상은 장항선의 대천역사이며, 대표 단면을 2차원으로 모델링하여 해석을 수행하였다. 열차 하중은 실제 상황을 고려하여 새마을, 무궁화 및 화물 열차로 하였으며, 접속 교량이 있는 경우와 없는 경우로 구분하여 해석을 수행하였다.
힌지받침은 회전만을 허용하는 것으로 하였다. 탄성받침은 저감쇠 적층고무받침으로 적용하였으며, 수직 및 수평방향 탄성계수는 각각 1,019 kN/m과 4.30 kN/m를 적용하였다. EQS 받침의 수평방향 거동은 그림 4와 같은 쌍선형형태의 하중-변위 곡선을 갖는 것으로 고려하였으며, 수직 및 수평방향 탄성계수는 각각 854 kN/m와 ku=123 kN/m 및 kd=1.
성능/효과
(2013)은 선하역사에서의 진동 측정 결과 및 특성을 제시하였다. 측정된 역사 진동은 플랫폼 하부 슬래브의 수직 진동이 최고, 천정 아치에서의 가로방향 진동이 최소로 나타났다. 또한, 열차의 속도 변화 또는 가진 주파수에 따라 진동이 증폭될 수 있는 것으로 나타났다.
측정된 역사 진동은 플랫폼 하부 슬래브의 수직 진동이 최고, 천정 아치에서의 가로방향 진동이 최소로 나타났다. 또한, 열차의 속도 변화 또는 가진 주파수에 따라 진동이 증폭될 수 있는 것으로 나타났다.
(1) 해석 모델의 선하역사에 대한 첨두 고유주파수는 선하역사, 접속교량이 라멘, EQS, 탄성, 힌지받침으로 모델링 한 순서로 작게 나타났다.
(2) 가속도의 최대값은 무궁화, 새마을, 화물열차의 순으로 모든 해석경우에 동일한 양상으로 크게 나타났다. 동일한 전동차가 견인하는 무궁화와 화물열차의 경우 동일한 속도에서는 객차보다 축중이 더 무거운 화차를 견인하는 화물열차의 가속도값이 크게 나타나야 함에도 무궁화의 가속도 값이 크게 나타난 이유는 해석 시 새마을 및 무궁화의 경우 역사 통과시 최대 속도인 130km/hr, 화물열차는 80km/hr로 통과하는 것으로 가정하였기 때문으로 판단된다.
(3) 접속교량의 연결부가 강절인 라멘으로 연결한 경우보다 힌지받침, 탄성받침, EQS받침으로 해석한 경우의 가속도 최대값이 작게 나타났다. 여기서 힌지받침에 비하여 진동저감 효과가 큰 탄성받침과 EQS받침의 응답이 크게 나타난 이유는 탄성받침과 EQS받침의 회전을 무시하였고 교량의 응답 감소에 초점을 맞추었기 때문으로 판단된다.
(4) 접속교량의 상호작용을 고려하여 해석한 경우의 가속도의 최대값이(0.069g ~ 0.080g)로 선하역사만 해석한 경우(0.108g)의 가속도 최대값의 약 70% 크기로 해석 결과가 크게 차이가 났다. 따라서 선하역사에 적용될 방진장치 설계 시 본 연구 분석결과를 반영하여 교량-역사 접속부를 고려한 구조해석이 수행되어야 할 것으로 판단된다.
후속연구
(5) 선하역사의 소음·진동은 차량, 궤도에서 발생되어 상부선로 및 접속교량을 통해 기둥, 슬래브, 벽체 등 역사의 주요 부재로 전달되는 진동으로 인하여 발생하는 고체소음으로, 선하역사의 소음·진동을 감쇠하기 위해서는 향후 진동전달경로에 적용 가능한 방진장치에 대한 추가 연구가 필요하다.
108g)의 가속도 최대값의 약 70% 크기로 해석 결과가 크게 차이가 났다. 따라서 선하역사에 적용될 방진장치 설계 시 본 연구 분석결과를 반영하여 교량-역사 접속부를 고려한 구조해석이 수행되어야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
선하역사는 어떤 구조인가?
선하역사는 역사 건물의 상부에 위치한 노반구조물을 통하여 열차 운행으로 인한 진동이 직접 역사 구조물로 전달되므로 소음 진동에 취약한 구조이다. 선하역사 내부의 소음은 주로 구조물의 진동으로 인하여 발생하는 고체소음이므로 보다 효율적인 진동 저감 대책의 수립을 위해서는 역사의 구조 형식, 부재 및 재료 등의 구성 요소에 따른 구조적 거동 및 감쇠 특성의 파악이 중요하다.
ABAQUS를 이용하여 실제 열차 운행상황을 고려하여 화물 하중을 이동 하중으로 적용하여 해석한 결과는?
(1) 해석 모델의 선하역사에 대한 첨두 고유주파수는 선하역사, 접속교량이 라멘, EQS, 탄성, 힌지받침으로 모델링 한 순서로 작게 나타났다.
(2) 가속도의 최대값은 무궁화, 새마을, 화물열차의 순으로 모든 해석경우에 동일한 양상으로 크게 나타났다. 동일한 전동차가 견인하는 무궁화와 화물열차의 경우 동일한 속도에서는 객차보다 축중이 더 무거운 화차를 견인하는 화물열차의 가속도값이 크게 나타나야 함에도 무궁화의 가속도 값이 크게 나타난 이유는 해석 시 새마을 및 무궁화의 경우 역사 통과시 최대 속도인 130km/hr, 화물열차는 80km/hr로 통과하는 것으로 가정하였기 때문으로 판단된다.
(3) 접속교량의 연결부가 강절인 라멘으로 연결한 경우보다 힌지받침, 탄성받침, EQS받침으로 해석한 경우의 가속도 최대값이 작게 나타났다. 여기서 힌지받침에 비하여 진동저감 효과가 큰 탄성받침과 EQS받침의 응답이 크게 나타난 이유는 탄성받침과 EQS받침의 회전을 무시하였고 교량의 응답 감소에 초점을 맞추었기 때문으로 판단된다.
(4) 접속교량의 상호작용을 고려하여 해석한 경우의 가속도의 최대값이(0.069g ~ 0.080g)로 선하역사만 해석한 경우 (0.108g)의 가속도 최대값의 약 70% 크기로 해석 결과가 크게 차이가 났다. 따라서 선하역사에 적용될 방진장치 설계 시본 연구 분석결과를 반영하여 교량-역사 접속부를 고려한 구조해석이 수행되어야 할 것으로 판단된다.
(5) 선하역사의 소음·진동은 차량, 궤도에서 발생되어 상부선로 및 접속교량을 통해 기둥, 슬래브, 벽체 등 역사의 주요 부재로 전달되는 진동으로 인하여 발생하는 고체소음으로, 선하역사의 소음·진동을 감쇠하기 위해서는 향후 진동전달경로에 적용 가능한 방진장치에 대한 추가 연구가 필요하다.
선하역사 내부의 소음 발생 원인은?
선하역사는 역사 건물의 상부에 위치한 노반구조물을 통하여 열차 운행으로 인한 진동이 직접 역사 구조물로 전달되므로 소음 진동에 취약한 구조이다. 선하역사 내부의 소음은 주로 구조물의 진동으로 인하여 발생하는 고체소음이므로 보다 효율적인 진동 저감 대책의 수립을 위해서는 역사의 구조 형식, 부재 및 재료 등의 구성 요소에 따른 구조적 거동 및 감쇠 특성의 파악이 중요하다. 이 논문에서는 선하역사와 인접 교량과의 접속부의 역학적 특성에 따른 진동 특성 변화에 대한 검토 결과를 제시하였다.
참고문헌 (10)
Cho, J.-R., Kim, D.-S., Kim, Y.J., Kwark, J.-W., Jang, S.Y. (2013). "Three dimensional model for dynamic moving load analysis of a PSC-I girder railway bridge." Journal of the Korean Society for Railway, Vol.16, No.4, pp.286-297.
Jang, S.Y., Cho, H.-H., Yang, S.C. (2010). "Vibration analysis of station under railway lines with floating slab track." Proceedings of 2010 Spring Conference, Korean Society for Railway, pp.1719-1724.
Ju, S.H., Lin, H.T., Huang, J.Y. (2009). "Dominant frequencies of train-induced vibrations." Journal of Sound and Vibration, Vol.319, pp.247-259.
Kim, J.H., Youn, S.H. (2008). "The review of floating slab tracks for vibration reduction of railway station." Korean Journal of Environmental Engineers, Vol.30, No.6, pp.581-586.
Lee, T.-K., Park, W.K., Kim, B.-S. (2011). "The prediction of vibration reduction due to vibration isolating countermeasure at railway station." Journal of Korean Society of Mechanical Technology, Vol., 13, No.1, pp.11-16.
Park, T.-H., Park, H.-S., Kim, H.-B., Choi, J.-H. (2011). "A study on the characteristics of vibration reduction type disk bearing in station of rapid transit railway." Proceedings of Korea Society for Railway.
Pamanikabud, P., Paoprayoon, S. (2003). "Predicting mass rapid transit noise levels on an elevated station." Journal of Environmental Management, Vol.67, pp.353-362.
Zhang, N., Xia, H. (2007). "Comfort analysis of the new Guangzhou Railway Station." Proceedings of the Second International Conference on Structural Condition Assessment, Monitoring and Improvement, pp.1434-1440.
이 논문을 인용한 문헌
연구과제 타임라인
LOADING...
LOADING...
LOADING...
LOADING...
LOADING...
활용도 분석정보
상세보기
다운로드
내보내기
활용도 Top5 논문
해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다. 더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.