철도 선로선형은 한번 건설되면 변경하기가 매우 어렵다. 따라서 철도에서 선로선형의 변경은 일반적으로 큰 경제적비용을 수반한다. 본 연구에서는 기존 고속철도 및 일반철도의 속도향상을 위한 선형개량 시, 경제성을 고려한 평면선형의 허용개량범위 결정에 설계초기조건(교각)이 미치는 영향에 대해 분석하였다. 분석결과, 교각(Intersection Angle)이 클수록 직선부에 지장물이 있는 경우가 허용범위에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 또한 교각이 클수록 최대 허용곡선반경은 작아지며, 허용완화곡선장은 길어짐을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 교각의 크기 및 지장물 위치에 따른 개량허용범위를 쉽게 예상할 수 있으며, 속도향상 및 선로개선을 위한 선형 개량시 지장물을 고려한 경제적 설계가 가능할 것으로 예상된다.
철도 선로선형은 한번 건설되면 변경하기가 매우 어렵다. 따라서 철도에서 선로선형의 변경은 일반적으로 큰 경제적비용을 수반한다. 본 연구에서는 기존 고속철도 및 일반철도의 속도향상을 위한 선형개량 시, 경제성을 고려한 평면선형의 허용개량범위 결정에 설계초기조건(교각)이 미치는 영향에 대해 분석하였다. 분석결과, 교각(Intersection Angle)이 클수록 직선부에 지장물이 있는 경우가 허용범위에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 또한 교각이 클수록 최대 허용곡선반경은 작아지며, 허용완화곡선장은 길어짐을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 교각의 크기 및 지장물 위치에 따른 개량허용범위를 쉽게 예상할 수 있으며, 속도향상 및 선로개선을 위한 선형 개량시 지장물을 고려한 경제적 설계가 가능할 것으로 예상된다.
The alignment modifications after completion of railway construction entail a lot of efforts and time as well as high additional costs. In the process of renewal of the existing railway alignment to offer higher-speed services, the effect of initial design parameters(e.g., intersection angle) on det...
The alignment modifications after completion of railway construction entail a lot of efforts and time as well as high additional costs. In the process of renewal of the existing railway alignment to offer higher-speed services, the effect of initial design parameters(e.g., intersection angle) on determination of allowable degree of improvement of horizontal curves under consideration of economic efficiency is investigated in this study. From the analysis results, in the case that there are obstacles at the tangent line, it was found that the larger angle of intersection has a significant effect on the permissible zone. In addition, as the intersection angle is increased, the permissible values of maximum curve radius and the length of transition curve becomes smaller and longer, respectively. It is expected that this study can contribute to the efficient and accurate prediction of the permissible zone according to the locations of obstacles and the size of intersection angle as well as improvement in the railway alignment without any additional costs.
The alignment modifications after completion of railway construction entail a lot of efforts and time as well as high additional costs. In the process of renewal of the existing railway alignment to offer higher-speed services, the effect of initial design parameters(e.g., intersection angle) on determination of allowable degree of improvement of horizontal curves under consideration of economic efficiency is investigated in this study. From the analysis results, in the case that there are obstacles at the tangent line, it was found that the larger angle of intersection has a significant effect on the permissible zone. In addition, as the intersection angle is increased, the permissible values of maximum curve radius and the length of transition curve becomes smaller and longer, respectively. It is expected that this study can contribute to the efficient and accurate prediction of the permissible zone according to the locations of obstacles and the size of intersection angle as well as improvement in the railway alignment without any additional costs.
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문제 정의
본 연구에서는 신선건설시 곡선부 설계변경, 그리고 기존선 선형개선을 위한 곡선부 개량 등의 기존 설계선형의 변경이 필요할 때, 초기설계조건인 교각(Intersection Angle)이 향후 허용개량범위에 미치는 영향에 대한 분석을 수행하였다. 허용개량범위 산정은 평면선형상에 있는 지장물을 이동시키지 않고 개량 가능한 허용범위 설정기법을 적용하였다.
가설 설정
Fig. 1에서 보는바와 같이 평면곡선은 완화곡선-원곡선-완화곡선으로 이루어져 있으며 양단 완화곡선 길이는 같다고 가정하였다. 그리고 양단 접선부의 횡방향 위치와 방향은 고정되었다고 가정하였다.
1에서 보는바와 같이 평면곡선은 완화곡선-원곡선-완화곡선으로 이루어져 있으며 양단 완화곡선 길이는 같다고 가정하였다. 그리고 양단 접선부의 횡방향 위치와 방향은 고정되었다고 가정하였다. 이러한 가정에 의해서 곡선 선형은 두개의 변수, 즉 곡선반경(R)과 완화곡선장(Lt)으로 정의될 수 있다.
이 중에서도 가장 기초적이고 중요한 부분은 선로선형이라 할 수 있다. 철도선로선형은 높은 영구성을 갖는다. 즉, 선형이 바뀌면, 선로의 하부구조, 상부구조의 주요한 시스템도 동시에 바뀌어야 한다.
제안 방법
본 연구에서는 기존 철도선형 개량 시 분기기, 교량,터널, 전차선주 등과 같은 선로상 지장물의 이동을 최소화 하는 방법을 적용하여 선로선형 조건별 경제성을 고려한 평면선형의 허용개량범위 설정에 대한 해석을 수행하였다. 이와 더불어 선형설계의 주요 초기조건인 교각의 크기가 허용개량범위에 미치는 영향에 대한 분석을 수행하였으며 분석결과는 다음과 같다.
[8] 여기서 지장물이라함은 앞서 언급한 바와 같이 신선 건설시에는 주위 지형지물, 개량시에는 교량, 터널, 전차선주, 분기기 등의 변경하기 어려운 주요 선로구조물을 의미한다. 즉, 개량에 따른 큰 경제적 부담 없이 등가비용으로 개량함에 있어 설계초기조건이 허용개량범위에 미치는 영향에 대한 분석을 수행하였다.
데이터처리
고속철도와 일반철도 설계조건으로 나누어 총 8가지 경우에 대한 곡선반경-완화곡선 허용개량범위 해석을 수행하였다. Fig.
이론/모형
평면선형을 조정하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있다. 여기서는 기존 곡선의 중앙부가 크게 변경되지 않고 지장물의 위치에 따라 쉽게 최적 R-Lt의 경계조건을 설정하는 방법을 적용하여 해석을 수행하였다.[8]
성능/효과
둘째,선형조건별로는 일반철도 선형조건인 경우 0.5rad, 고속철도의 선형조건인 경우는 0.2rad에서부터 직선부 지장물에 의해 크게 영향을 받는 것으로 나타나, 고속철도 선형의 경우 직선부상 지장물이 허용개량범위에 더 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다.
셋째, 같은 교각 크기에서는 곡선반경과 완화곡선장이 큰 고속철도 선형의 경우가 대체적으로 허용개량범위가 커진다는 것을 확인할 수 있었다.
이상의 결과로부터 교각이 클수록 완화곡선장의 허용범위가 지배적으로 커짐에 따라 전반적인 개량범위가 넓어짐을 알 수 있었으며, 같은 교각에서는 곡선반경과 완화곡선장이 큰 고속철도 선형조건의 경우가 대체적으로 허용범위가 커다는 것을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터 철도선형 설계 시 설계초기조건인 교각이 클수록 전반적으로 개량할 수 있는 허용범위가 넓어진다는 것을 확인할 수 있었으며, 평면선형의 합리적인 설계초기조건 결정이 향후 경제적인 철도선형개량에 중요한 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 또한 본 연구결과를 바탕으로 향후 철도건설규칙, 그리고 각 지자체별 지하철 건설기준 등을 적용하여 개량계획이 있는 노선별, 선형조건별로 실질적으로 설계 가능한 허용개량범위를 정의해 두면 개량 설계시 설계자가 쉽고 빠르게 경제적인 설계를 할 수 있을 것으로 판단된다.
첫째, 곡선반경 및 완화곡선의 크기에 상관없이 교각이 클수록 직선부상에 지장물이 있는 경우가 허용개량범위에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
해석결과, 고속선과 일반선 두 조건 모두 교각(Intersection Angle)이 클수록 직선부에 지장물이 있는 경우가 허용범위에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 그리고 교각이 클수록 전반적으로 최대 허용곡선반경은 작아지며, 허용완화곡선장은 길어짐을 알 수 있는데, 이는 Fig.
후속연구
이상의 결과로부터 철도선형 설계 시 설계초기조건인 교각이 클수록 전반적으로 개량할 수 있는 허용범위가 넓어진다는 것을 확인할 수 있었으며, 평면선형의 합리적인 설계초기조건 결정이 향후 경제적인 철도선형개량에 중요한 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 또한 본 연구결과를 바탕으로 향후 철도건설규칙, 그리고 각 지자체별 지하철 건설기준 등을 적용하여 개량계획이 있는 노선별, 선형조건별로 실질적으로 설계 가능한 허용개량범위를 정의해 두면 개량 설계시 설계자가 쉽고 빠르게 경제적인 설계를 할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
선로선형이 바뀌면 어떻게 되어야하는가?
철도선로선형은 높은 영구성을 갖는다. 즉, 선형이 바뀌면, 선로의 하부구조, 상부구조의 주요한 시스템도 동시에 바뀌어야 한다. 따라서 선로선형의 변경은 높은 경제적 비용을 동반하게 된다.
철도에서 속도향상 위해서는 무엇과 연관이 있는가?
철도에서 속도향상을 위해서는 궤도구조, 구조물, 전차선, 신호시스템, 선형 등 여러 가지 중요한 요소들과 직접적인 관련이 있다. 이 중에서도 가장 기초적이고 중요한 부분은 선로선형이라 할 수 있다.
국내에서 철도속도향상을 위한 기술개발 동향은 무엇인가?
최근 세계적으로 철도속도향상을 위한 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 세계적 흐름에 대응해 국내에서도 430km/h급 차세대 고속열차를 개발하고 있으며 동시에 기존선의 속도향상도 꽤하고 있다.[1,2,3] 최근 350km/h로 설계된 호남고속선에서는 차세대 고속열차(HEMU)의 430km/h 증속시험을 위해 여러 가지 검토가 이루어진바 있다.[4,5]
참고문헌 (9)
C.S Park, H.G Oh, M.H Kwak, "The Effects of KTX on Development of Railway Technology", Railway Journal, Vol 17. No 2, 2014.
C.Y Choi, K.Y Eum, S.J Han, Y.S Kang, "Behavioral Characteristics of the Roadbed with speed up in HSR", UKC 2014, US-Korea Conference 2014.
N.P Kim, H.M Hur, "The Effect of Wheel-on-Rail Adhesion on the Speed-Up of High speed railway", STECH 2012.
S.C Yang, J.R Shin, Y.J Jeong, "Technical Review for Speed-Up of Existing Railway Line" Autumn Conference of Korea Society for Railway, pp 423-430, 2000.
Y.S Kang, G.Y Eum, W.I Choi, J.H Park, "Study of behavior of slab track system in Honam High-Speed Railways for HEMU 430-X Speed-up" Spring Conference of Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, Vol.17, No.1, 2013.
Hashimoto. S, "Analysis of relationship between transition curve profile and railway vehicle's vibration", Q. Rep. RTRI Rep. (Jpn), 30(4), pp 207-214, 1989.
European Standard. "Railway applications - track alignment design parameters - track gauges 1435mm and wider", BS EN 13803-1, 2010.
J.H Um, E.K Kim, S.C Yang, "A Study on Determination Method of Radius and Transition Curve Length for Optimum Design in Curve", Journal of The Korea Society for Railway, Vol. 12, No. 2, pp.199-204, 2009.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Railway construction standard(in Korea)", 2013.
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