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급곡선 자갈궤도의 궤도변형에 관한 매개변수 해석
Parametric analysis on Deformation of Sharp Curved Ballasted Track 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.32 no.4, 2017년, pp.28 - 33  

최정열 ((주)모든텍) ,  김준형 ((주)모든텍) ,  손갑수 (부산김해경전철운영(주)) ,  김상진 (서울메트로)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A sharp curved ballasted track on earthwork that was connected with a direct fixation slab track on steel box railway bridges have been deformed and damaged despite the frequently maintenance by a restoring force of sharp curved rail and track-bridge interaction forces such as axial forces and longi...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구는 급곡선부(R=60.m) 자갈궤도의 변형원인을 해석적으로 입증하고 이를 바탕으로 해당 궤도구조의 궤도변형을 최소화하여 궤도구조적인 안전성을 확보할 수 있는 성능개선 방안을 제시하였으며 그 결과는 다음과 같다.
  • 이에 본 연구에서는 검토 대상 선로인 차량기지 급곡선부(R=60 m) 자갈궤도 변형의 원인을 해석적으로 입증하고 이에 대한 개선방안을 제시하고자 교량종점부 출고선측 목침목 자갈궤도의 이음매 레일(Joint rail)로 전달되는 교량측 장대레일(Continuous welded rail, CWR) 종방향 상호작용력(장대레일 축력 및 레일신축변위량)을 실제 교량의 설계제원 및 경간구성을 반영한 수치해석을 수행하였다. 또한 현재 궤도의 변형(횡방향 이동) 현상을 실제 선형 및 궤도구조의 특성을 반영한 3차원 유한요소해석(Finite element analysis, FEA)을 수행함으로써 궤도변형의 원인을 해석적으로 입증하고 이에 대한 개선방안을 제시하였다.

가설 설정

  • 786 kN이다. 또한 탄성복원력은 해당위치에 배치된 침목들이 나누어 분담하는 것으로 가정하여 해석을 수행하였다. 따라서 해석모델별 탄성복원력은 Model-2(L=590 mm)의 경우 침목수량이 67개이므로 침목당 0.
  • 레일과 침목의 연결은 레일의 직각방향으로 침목이 배치될 수 있도록 국부좌표계를 일치시켰으며 도상자갈 하부의 노반의 조건은 레일과 침목의 변형에 노반과의 경합이 발생되지 않도록 도상층 하부 노반의 변형을 고려하지 않는 고정단 조건으로 경계조건을 설정하였다. 실제 현장조건 역시 노반이 일부 미소하게나마 수직방향으로의 침하는 발생할 수 있으나 본 검토구간이 차량기지 구내이므로 열차속도가 낮고 경전철인 점을 감안할 때 종방향 및 횡방향으로 노반이 변형되는 조건은 아니라고 판단하여 보다 현실적인 측면에서 합리적인 가정으로써 노반의 경계조건을 고정단 조건으로 설정하였다. 실제 현장은 레일과 침목 사이에 별도의 레일패드가 적용되지 않고 레일과 침목이 타이플레이트와 레일클립에 의해 고정되는 체결시스템이나 해석모델에는 레일에 작용하는 하중의 효과가 침목에 전달될 수 있도록 상대적으로 매우 큰 스프링강성(1,000 kN/mm)을 갖는 스프링 요소9)를 해당절점에 적용함으로써 레일에 작용하는 하중과 변위가 하부 침목에 전달될 수 있도록 모델링을 구성하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
도시철도는 무슨 규칙을 준용하여 건설되는가? 도시철도의 건설은 국유철도건설규칙을 준용하여 지자체장의 승인으로 도시철도건설규칙을 제정하여 건설되고 있으며, 민간투자방식의 도시철도 건설 과정에서 건설비는 사업성 판단에 중요한 요소이다1). 또한 도심이나 시설부지 면적제한에 따라 계획 당시부터 급곡선의 선형으로 결정되기 쉽다1).
간투자방식의 도시철도 건설과정에서 사업성 판단에 중요한 요소는 무엇인가? 도시철도의 건설은 국유철도건설규칙을 준용하여 지자체장의 승인으로 도시철도건설규칙을 제정하여 건설되고 있으며, 민간투자방식의 도시철도 건설 과정에서 건설비는 사업성 판단에 중요한 요소이다1). 또한 도심이나 시설부지 면적제한에 따라 계획 당시부터 급곡선의 선형으로 결정되기 쉽다1).
급곡선의 선형으로 계획될 경우 발생하는 문제점은 무엇인가? 또한 자갈궤도는 도상자갈의 소성특성에 의한 파쇄, 마모 등에 의해 장, 단기 침하가 발생되어 콘크리트궤도 보다 궤도변형(궤도틀림) 측면에서 취약하다1,9). 특히 급곡선부자갈궤도에서는 더 많은 궤도틀림이 반복적으로 발생되므로 설계 단계부터 레일규격, 침목배치간격, 체결력, 도상어깨폭 등 영향인자를 검토하여 궤도변형을 최소화해야 한다1,6-9). 그러나 본 연구의 대상 선로인도시철도 차량기지내 급곡선(R=60 m) 자갈궤도는 일반적인 자갈궤도의 침목배치간격보다 넓은 833 mm로부설되어 있으며 이음매 레일과 목침목이 적용되어 있다.
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참고문헌 (9)

  1. H. O. Kim, H. S. Yang, C. H. Paik and S. H. Kim, "A Study on the Rail Joint Maintenance of Severe Curve(R60m) in Standard Rail", Autumn Conference & Annual Meeting of the Korean Society for Railway, pp. 1016-1020, 2015. 

  2. Korea rail Network Authority, "KR CODE C-14040", 2014. 

  3. K. M. Yun, H. U. Bae, T. K. Kang, M. S. Kim and N. H. Lim, "Buckling Sensitivity of CWR Tracks according to the Characteristics of the Probability Distribution of the Lateral Ballast Resistance", Spring Conference & Annual Meeting of the Korean Society for Railway, pp. 423-426, 2011. 

  4. S. Y. Han, T. H. Han, M. C. Kang and Y. J. Kang, "Analysis of the Interaction between Curved Continuous Welded Rail Track and the Curved Bridge", Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 12, No. 1, pp. 119-126, 2012. 

  5. J. S. Chung and J. S. Lee, "Effects of Bridge Bearings by Structure-Track Interaction for Continuous Bridge applied CWR with Rail Expansion Joint under Temperature Load", Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 25, No. 5, pp. 54-61, 2010. 

  6. S. G. Lee, "Characteristics of the Ballast Resistance Forces According to the Ballast Section Shapes", Seoul National University of Science and Technology, Master's Thesis, 2001. 

  7. H. H. Ahn, "Effect of Structural Properties of Track Constituents on CWR Track Stability", Korea University, Master's Thesis, 2004. 

  8. S. Y. Han, T. H. Han, D. H. Won, D. H. Kim and Y. J. Kang, "The Effect of Wheel Load on the Lateral Resistance of CWR", Spring Conference & Annual Meeting of the Korean Society for Railway, pp. 1383-1388, 2012. 

  9. T. Dahlberg, "Railway Track Settlements - A Literature Review", Report for the EU Project SUPERTRACK, Division of Solid Mechanics, IKP, Linkoping University, 2003. 

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