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장경간 철도 교량에 적용된 슬라이딩 궤도와 레일신축이음장치의 궤도-교량 상호작용 비교
Comparative Analysis of Track-Bridge Interaction of Sliding Slab Track and Rail Expansion Joint for Long-Span Railway Bridge 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.29 no.2, 2016년, pp.169 - 177  

이경찬 (한국철도기술연구원 고속철도연구본부 첨단인프라연구팀) ,  장승엽 (한국철도기술연구원 고속철도연구본부 첨단인프라연구팀) ,  이정휘 (단국대학교 토목환경공학과) ,  최현성 (단국대학교 토목환경공학과)

초록
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슬라이딩 궤도는 콘크리트 궤도와 교량 바닥판 사이에 저마찰 슬라이드층을 두어 레일신축이음장치와 같은 특수 장치를 적용하지 않고도 궤도-교량 상호작용 효과를 효과적으로 저감시킬 수 있는 새로운 궤도 시스템으로 개발되고 있다. 이 논문에서는 장경간 교량에 슬라이딩 궤도와 레일신축이음장치를 각각 적용한 경우에 대하여 궤도-교량 상호작용해석을 수행하고 그 결과를 비교 검토하였다. 대상교량은 상호작용 효과를 극대화하기 위하여 9경간 연속 PSC교와 2경간 연속 강합성교를 포함하며, 총 연장 1,205m, 최대 고정지점간 거리 825m인 장경간 교량을 선정하였다. 해석결과 슬라이딩 궤도는 레일신축이음장치를 적용한 경우보다 레일 부가 축력이 더 작은 것은 물론, 지점부에 재하되는 수평 반력 또한 작게 나타나 궤도-교량 상호작용 저감 효과가 뛰어난 것으로 확인되었다. 반면 슬라이딩 궤도는 온도하중에 의해 높은 슬래브 축력이 발생되므로, 궤도 설계 시 슬래브 축력에 대한 단면 설계에 주의를 기울일 필요가 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Sliding slab track system, which consists of low friction sliding layer between track slab and bridge deck, is recently devised to reduce track-bridge interaction effect of continuously welded rail(CWR) without applying special devices such as rail expansion joint(REJ). In this study, a series of tr...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 궤도와 교량 거더가 직결된 형식은 일반적인 교량구간의 콘크리트 궤도에서 사용되는 방식이다. 다만 대상 교량과 같이 경간장 및 고정지점간 거리가 긴 경우에는 레일신축이음장치가 반드시 고려되어야 하지만, 본 연구에서의 FIX 해석 케이스는 레일 신축이음장치와 슬라이딩 궤도의 상호작용 저감 효과를 비교하기 위하여 어떤 저감 대책도 적용되지 않은 경우에 대하여 해석하였다. REJ 해석 케이스는 FIX와 동일한 교량과 궤도를 갖지만, 상호작용 효과를 저감시키기 위하여 P21에 레일신축 이음장치가 적용된 경우이다.
  • 본 연구에서는 경간장과 고정지점간 거리가 길어 레일신축 이음장치가 반드시 필요한 교량을 선정하고, 레일신축이음 장치를 적용한 경우와 슬라이딩 궤도를 적용한 경우에 대하여 각각 궤도-교량 상호작용 해석을 수행하였다. 이 해석 결과를 바탕으로 장경간 철도 교량에 적용할 수 있는 각각의 서로 다른 상호작용 저감 방안에 대하여 비교․평가하고자 한다.
  • 본 연구에서는 경간장과 고정지점간 거리가 길어 레일신축 이음장치가 반드시 필요한 교량을 선정하고, 레일신축이음 장치를 적용한 경우와 슬라이딩 궤도를 적용한 경우에 대하여 각각 궤도-교량 상호작용 해석을 수행하였다. 이 해석 결과를 바탕으로 장경간 철도 교량에 적용할 수 있는 각각의 서로 다른 상호작용 저감 방안에 대하여 비교․평가하고자 한다.

가설 설정

  • 대상 교량에 대하여 각 궤도 형식별로 궤도와 교량 거더 사이의 연결조건을 달리하는 세 가지 모델을 구성하였다. 세 가지 모델의 연결조건은 1) 궤도 슬래브와 교량 거더가 직결된 경우(FIX), 2) P21 위치에 레일신축이음장치가 설치된 경우 (REJ), 3) 슬라이딩 궤도가 적용된 경우(SLD)이다.
  • 3(a)에 나타난 바와 같이 P13~ P23 사이의 거리인 825m이다. 대상 교량은 단선 고속철도 전용 교량으로 P11에서 P27 방향으로 열차가 주행하는 것으로 가정하였다.
  • 해석에 적용된 대상 교량의 거더, 교각 그리고 레일 및 궤도 슬래브의 탄성계수 및 단면 상수는 Table 1에 제시된 바와 같다. 레일은 UIC-60 레일을 적용하였으며, 궤도 슬래브의 단면은 폭 3000mm, 두께 500mm로 가정하였다. PSC구간 교량 거더의 단면은 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
슬라이딩 궤도란 무엇인가? 슬라이딩 궤도는 콘크리트 궤도와 교량 바닥판 사이에 저마찰 슬라이드층을 두어 레일신축이음장치와 같은 특수 장치를 적용하지 않고도 궤도-교량 상호작용 효과를 효과적으로 저감시킬 수 있는 새로운 궤도 시스템으로 개발되고 있다. 이 논문에서는 장경간 교량에 슬라이딩 궤도와 레일신축이음장치를 각각 적용한 경우에 대하여 궤도-교량 상호작용해석을 수행하고 그 결과를 비교 검토하였다.
궤도-교량 상호작용 해석은 체결장치를 포함한 궤도의 종저항력 모사가 중요한데, 레일체결장치는 어떠한 역할을 하는가? 궤도-교량 상호작용 해석은 체결장치를 포함한 궤도의 종저항력을 정확히 모사하는 것이 중요하다. 특히 장대레일에 적용되는 레일체결장치는 체결 클램프를 통하여 수직(중력) 방향으로 도입되는 일정 정도의 체결력(clamping force)으로 레일을 구속하며, 레일의 축방향으로 작용하는 힘의 크기가 체결 클램프의 마찰 저항력을 초과하게 되면 체결장치와 레일 사이에서 밀림이 발생하여 레일에 과도한 응력이 발생되는 것을 방지한다. 이러한 체결장치의 역학적 특성을 고려하여 레일과 교량 사이의 종저항 거동은 Fig.
궤도-교량 상호작용이란 무엇을 일컫는가? 특히, 교량 구간에 장대레일이 부설된 경우에는 온도 하중, 통과 열차의 수직하중 및 시제동 하중과 같은 다양한 외부 요인에 의하여 교량에 교축방향 및 수직방향의 변위가 발생하고 이러한 교량의 변위로 인하여 레일에 부가 축력 등을 유발한다. 이와 같이 교량과 궤도는 서로 구조적인 영향을 주고받으며 상호간에 부재력과 변위를 유발하는데, 이를 궤도-교량 상호작용이라 부른다. 이러한 상호작용 효과는 장경간 교량에서 특히 두드러지기 때문에 철도 교량은 노선 계획 단계에서부터 장경간 교량을 가능한 배제하며, 불가피하게 장경간 교량이 필요한 경우에는 궤도-교량 상호작용을 고려한 구조 해석을 통하여 궤도의 안정성을 반드시 검토하여야 한다.
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참고문헌 (8)

  1. Choi, I.Y., Cho, H.C., Yang, S.C., Choi, J.Y., Yu, J.Y. (2009) Development of Design Chart for Investigating an Additional Rail Stress and Displacement on CWR(I) - Design Chart for High Speed Railway Bridge, J. Korean Soc. Railway, 12(4), pp.565-573. 

  2. Korea Rail Network Authority (2014) KR C-08080 Track-Bridge Longitudinal Interaction Analysis. 

  3. Lee, K.C., Jang, S.Y., Jung, D.K., Byun, H.K. (2015) Evaluation of Stress Reduction of Continuous Welded Rail of Sliding Slab Track from Track-Bridge Interaction Analysis, J. Korean Soc. Civil Eng., 35(5), pp.1179-1189. 

  4. Mirza, S.A, Hatzinikolas, M., MacGregor, J.G. (1979) Statistical Description of Strength of Concrete, J. Struct. Div., 105(6), pp.1021-1037. 

  5. Ren, J.J., Xiang, R., Liu, X. (2010) Force Characteristics of Longitudinally Coupled Slab Track Turnout on Bridges Under Temperature Action, Trasportation Research Record: J. Trasport. Res., 2159, pp.85-90. 

  6. Sanguino, M.C., Requejo, P.G. (2009) Numerical Methods for the Analysis of Longitudinal Interaction between Track and Structure, Track-Bridge Interaction on High-Speed Railways, R. Calcada, R. Delgado, A.C. Matos, J.M. Goicolea, F. Gabaldon, eds., Taylor & Francis Group, London, UK, pp.95-108. 

  7. Wang, P., Ren, J.J., Xiang, R., Liu X.Y. (2012) Influence of Rub-plate Length on Forces and Displacements of Longitudinally Coupled Slab Track for a Bridge Turnout, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: J. Rail & Rapid Transit., 226(3), pp.284-293. 

  8. Yun, K.M., Choi, S.H., Song, D.S., Lee, K.C., Lim, N.H. (2015) A Guideline for Development of Track-Bridge Structural System with Sliding Layer to Reduce the Track-Bridge Interaction, J. Korea Acad.-Industrial Coop. Soc., 16(2), pp.1469-1476. 

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