[논문]철도교량형식의 경간에 따른 효율성 비교연구

이태규

doi:10.5392/jkca.2014.14.07.511

[국내논문] 철도교량형식의 경간에 따른 효율성 비교연구
Comparison of Efficiency by Span in Various Railway Bridge Types 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.14 no.7, 2014년, pp.511 - 517

초록
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일반철도 및 고속철도를 포함한 철도교량의 상부구조로 현재 우리나라에서 주로 사용되고 있는 교량형식은 크게 박스 거더교와 I형 거더교로 구분된다. 박스 거더교는 동적 거동에 대한 안전성이 우수하기 때문에 주로 고속철도 교량으로 많이 사용된다. I형 거더교는 일반철도 교량으로 주로 사용되며, 일반 PSC 거더교 형태와 철골철근콘크리트로 합성화된 구조인 프리플렉스 거더교의 형태로 크게 구분되고 또한 새로운 형식도 지속적으로 개발되고 있는 추세에 있다. 본 연구에서는 현행 철도교설계기준에 의거하여 각 형식별로 경간장에 따라 거더 설계를 실시하여 적절한 형고를 분석하여 경간장에 따른 구조적 및 경제적 효율성을 비교분석하였다. 비교분석을 수행한 결과, 구조적 효율성의 측면에서는 프리플렉스 거더교 형태의 교량이 경간장에 따른 형고가 가장 낮은 것으로 나타났으며, 경제적 효율성의 측면에서는 일반 PSC 거더교 형태의 교량이 가장 효과적인 것으로 평가되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The superstructure type of the railway bridge in our country, is mainly classified into the box girder and the I-type girder. The box girder is widely used in the high speed railway bridge because of the safety due to dynamic behavior. The I-type girder is used in the conventional railway bridge, and is also divided into the general type and the composite type, and the newly modified types have been developed. According to the current railway bridge design code, the girder design by the span length in various railway bridge types are performed in this study. The suitable girder height by the span length are analyzed, and the comparative analysis of the structural efficiency and the economical efficiency is carried out. From this study, the composite type girder is appeared the good result in respect of the structural efficiency. However, in the economical aspect, the general I-type girder is required less cost than the other types.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 이러한 과정을 위한 기반연구로서 현재 우리나라에서 주로 사용되고 있는 일반철도 및 고속철도를 포함하는 모든 교량형식에 대하여 현재의 설계기준[5,6]에 따른 정적(Static) 해석을 수행하여경간에 따른 형고 비교분석으로 구조형식의 효율성과 경제성에 대한 기본적인 성능평가를 수행하고자 한다.

가설 설정

하지만 가중치를 어디에 두느냐 하는 것은 사회적 여건, 현장상황, 예산규모 등 여러 가지 요인에 따라 달라지기 때문에 본 연구에서는 형고비와 공사비의 두 가지 요인을 동일한 가중치(50 : 50)로 가정하여 분석을 수행하였다. 여기에서 Box교는 적용되는 가설공법별로 공사비가 크게 달라지며 동적 안정성 분석이 또한 동시에 이루어져야 하기 때문에 형고비와 공사비만으로 분석하는 것이 불가능하므로 본 장의 비교연구에서는 배제 하였다.

제안 방법

기존 교량형식들 중 대표적으로 [그림 2]와 같이 PSC 박스 거더교 및 I형 거더교의 5가지 형식에 대한 비교 분석을 수행하였다[8-10].
새로이 개발된 교량형식들 중 대표적으로 [그림 5]와 같이 두 가지 형식을 선정하여 비교분석을 수행하였다[11].

대상 데이터

본 연구에서 고려하고자 하는 교량의 형태는 일반적인 설계절차에 의한 것이므로 특수교량을 제외한 일반 교량의 형태로서, 경간장 40 m를 기준으로 하여 그 이하의 경간장을 가지는 교량만을 대상으로 한다.

이론/모형

상부구조형식 중 보편적으로 많이 사용되는 일반교량과 신개념 교량형식들 중 적용성이 높은 구조를 선정하면 [표 1]과 같다. 이렇게 선정된 교량형식별로 경간에 따른 형고 분석을 위하여 현행 설계기준[5][6]에 의거하여 거더설계를 실시하였으며, 설계에 사용된 상세한 데이터는 [표 2] 및 [표 3]과 같다[7]. 이와 같은 설계 조건에 대하여 MIDAS- CIVIL 프로그램을 사용한 구조설계를 수행하였다.
이렇게 선정된 교량형식별로 경간에 따른 형고 분석을 위하여 현행 설계기준[5][6]에 의거하여 거더설계를 실시하였으며, 설계에 사용된 상세한 데이터는 [표 2] 및 [표 3]과 같다[7]. 이와 같은 설계 조건에 대하여 MIDAS- CIVIL 프로그램을 사용한 구조설계를 수행하였다.

성능/효과

(1) 형고비에 따른 분석으로 구조적 효율성이 높은 교량형식일수록 상부 직접공사비의 개념으로 본 경제성은 낮은 것으로 나타나고 있어 구조적 효율성과 경제적 효율성은 상호 완전 반비례하는 관계를 가지고 있는 것으로 평가되었다.
(2) PSC-1은 경제성의 측면에서 볼 때 가장 좋은 구조형식이지만 구조적 효율성이 낮아 장경간에의 활용은 매우 어려울 것으로 평가되었다. 반면에 Com-1은 구조적 효율성은 높게 나타나지만 경제적 효율성이 저하되어 실제 적용에는 매우 신중하게 고려하여야 할 것으로 판단된다.
(3) 형고비와 공사비를 동일한 가중치로 가정한 상대 비교연구결과로 볼 때 경간의 선택에 있어서 25, 35 m와 같이 단자리를 5로 설정하는 것이 보다 더 효과적인 결과를 보이는 것으로 평가되었다.
공사비를 살펴보면 경간 20 m의 PSC-1이 가장 적은 공사비를 나타내어 최고치인 50으로 설정되었으며, 경간 40 m의 Com-1이 가장 많은 공사비를 나타내어 최저치인 0으로 설정되었고, 이외의 다른 경간에서의 교량형식들은 공사비의 비율에 따라 각각 상대적인 수치들로 환산되었다.
그림에서 보는 바와 같이 PSC-1과 Mod-1은 단경간에서는 효과적인 형식이지만 장경간으로 갈수록 그 효과가 저하되고 있음을 볼 수 있다. 그 외의 다른 교량형식들은 모두 비슷한 양상을 보이고 있는데 특이할 사항은 경간을 20, 30, 40 m와 같이 단자리를 0으로 설정하는 것에 비하여 25, 35 m와 같이 단자리를 5로 설정하는 것이 종합적인 결과가 높게 나타나고 있어 효과가 더좋은 것으로 분석되고 있다.
신개념 교량형식별 단위 m2당 상부직접공사비의 비교는 [그림 10]과 같이 Mod-1이 다소 경제적인 형상으로 경간장에 따라 상부직접공사비가 약 63∼74 만원/m2정도로 평가되었으며, 또한 경간장이 길어지는 것에 비하여 공사비의 증가는 거의 미미한 것을 보여주고 있다.
4～12 정도의 값을 가지는 것으로 나타나고 있다. 이에 따라 강합성 형상인 Com-1 및 Com-2가 경간장에 따른 형고가 가장 적게 나타나고 있어 유리한 효과를 보이고 있으며, PSC-1이 가장 불리한 형태인 것으로 분석되었다.

후속연구

(4) 향후 동적 구조성능평가를 통하여 안전성에 대한 정밀분석을 추가로 실시한 후 상대적인 비교연구 결과를 보완하여야 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지금까지의 철도차량은 어떤 차량이었는가?	지금까지의 철도차량은 모두 동력집중형(Push pull type) 차량이었기 때문에 그동안 철도교량은 동력집중형 차량하중을 기본으로 하여 교량형식이 선정되어 왔다. 일반철도의 경우에는 경제성에 비중을 높게 두고 경간 25 m의 I형 거더교가 주로 사용되어 왔으며, 고속철도의 경우에는 동적 안정성 및 승차감을 엄격하게 관리하여 경간 40 m의 Box 거더교가 주류를 이루어 왔다[1][2].
	박스 거더교와 I형 거더교의 특징은 무엇인가?	일반철도 및 고속철도를 포함한 철도교량의 상부구조로 현재 우리나라에서 주로 사용되고 있는 교량형식은 크게 박스 거더교와 I형 거더교로 구분된다. 박스 거더교는 동적 거동에 대한 안전성이 우수하기 때문에 주로 고속철도 교량으로 많이 사용된다. I형 거더교는 일반철도 교량으로 주로 사용되며, 일반 PSC 거더교 형태와 철골철근콘크리트로 합성화된 구조인 프리플렉스 거더교의 형태로 크게 구분되고 또한 새로운 형식도 지속적으로 개발되고 있는 추세에 있다. 본 연구에서는 현행 철도교설계기준에 의거하여 각 형식별로 경간장에 따라 거더 설계를 실시하여 적절한 형고를 분석하여 경간장에 따른 구조적 및 경제적 효율성을 비교분석하였다.
	우리나라에서 주로 사용되고 있는 교량형식은 어떻게 구분되는가?	일반철도 및 고속철도를 포함한 철도교량의 상부구조로 현재 우리나라에서 주로 사용되고 있는 교량형식은 크게 박스 거더교와 I형 거더교로 구분된다. 박스 거더교는 동적 거동에 대한 안전성이 우수하기 때문에 주로 고속철도 교량으로 많이 사용된다.

참고문헌 (14)

한국건설기술연구원, 고속전철 구조물 안전성 기술 개발, 2000.
김성일, "이동하중해석 및 철도교량 주행안전성/승차감기준", 한국전산구조공학회 논문집, 제22권 제2호, pp.16-21, 2009.
신건훈, 송영준, 유영갑, "교량구간의 결빙예측 및 감지시스템", 한국콘텐츠학회논문지, 제11권, 제11호, pp.42-48, 2011.

원문보기 상세보기
박덕규, 윤병식, 김준식, "LTE를 기반으로 하는 차세대 철도 통합무선망 및 표준화기술 연구", 한국콘텐츠학회 춘계학술대회 논문집, 제11권, 제1호, pp.279-280, 2013.
한국철도시설공단, 철도설계기준(노반편), 2011.
한국콘크리트학회, 콘크리트구조기준, 2012.
이원걸, 철도 PSC거더교의 하중횡분배에 관한 연구, 우송대학교, 석사학위논문, 2008.
동양대학교, 철도교 PSC e-Beam외 4개교 VE/LCC 분석, 우경건설, 2007.
http://www.interconstech.com/
http://www.precom.co.kr/
http://www.wkcos.com/
건설연구사, 2010년 상반기 실적공사비, 2010.
김성환, 표준열차하중 변경에 따른 철도교량의 비용효과 분석, 서울과학기술대학교, 석사학위논문, 2013.
국토교통부, 고속철도 교량형식에 따른 교량건설비용 저감방안 연구, 2010.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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