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궤도-교량 종방향 상호작용 해석 기법 소개
Introduction of Track-Bridge Longitudinal Interaction Analysis Method 원문보기

전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, v.30 no.3, 2017년, pp.24 - 28  

윤경민 (충남대학교 철도연구소) ,  이경찬 (철도기술연구원 고속철도연구본부) ,  배현웅 (충남대학교 철도연구소) ,  민경환 (충남대학교 철도연구소) ,  임남형 (충남대학교 토목공학과)

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AI 본문요약
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제안 방법

  • 부가축응력 및 시제동하중 작용 시 궤도-교량 상대변위에 대하여 해석 기법에 따른 결과를 분석하였다. 해석기법에 따라 발생하는 최대 응력, 상대변위 및 변화비(Ratio, Separate/Sequential)는 그림 10과 같다.
  • 부가축응력 산정 시 단계별 해석(온도하중에 의해 발생된 궤도 종방향 저항력의 변화가 차량하중 재하 시 초기저항력 상태로 고려되는 2단계 해석)을 사용하여 산정한다.
  • 자갈궤도(Ballast track)의 종방향 저항선도는 그림 5와 같이 고려하였으며, 하중은 온도하중, 시·제동하중, 열차 수직하중을 다양한 위치를 고려하여 가장 불리한 결과가 발생하는 위치에 재하하였다.

대상 데이터

  • 고속철도는 열차의 안정적인 고속주행을 위하여 궤도의 취약부인 레일 신축이음매를 제거한 장대레일(Continuous Welded Rail, CWR)을 사용한다. 장대레일은 그림 1과 같이 양단 약 100m이외의 구간에서 온도변동에 따른 레일의 신축이 발생하지 않는 부동구간(Immovable zone)이 발생한다.
  • 단선, 자갈궤도용으로 설계된 20개 교량을 대상으로 해석방법에 따른 영향을 분석하였다. 궤도-교량 종방향 상호작용 해석을 위하여 위에서 언급된 2가지 해석이 적용 가능한 범용 유한요소해석 프로그램인 LUSAS Ver.

데이터처리

  • 단선, 자갈궤도용으로 설계된 20개 교량을 대상으로 해석방법에 따른 영향을 분석하였다. 궤도-교량 종방향 상호작용 해석을 위하여 위에서 언급된 2가지 해석이 적용 가능한 범용 유한요소해석 프로그램인 LUSAS Ver.15.0을 사용하였다. 자갈궤도(Ballast track)의 종방향 저항선도는 그림 5와 같이 고려하였으며, 하중은 온도하중, 시·제동하중, 열차 수직하중을 다양한 위치를 고려하여 가장 불리한 결과가 발생하는 위치에 재하하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현대 철도에서 장대레일 사용시 발생하는 효과는? 현대 철도는 승차감 개선과 고속주행을 위하여 장대레일(CWR)을 사용하며, 교량 상 부설된 장대레일 궤도는 온도변화와 차량하중에 의한 궤도-교량 상호작용 효과가 발생한다. 궤도-교량 종방향 상호작용 해석 시 고려되는 하중에 대한 특성을 고려했을 때 장기하중인 온도가 재하된 상태에서 단기하중인 차량하중이 재하되므로 하중의 순차를 고려하는 순차해석(Sequential analysis)이 더욱 합리적인 해석 방법으로 판단된다.
개별해석법이란? 개별해석법은 궤도-교량 종방향 상호작용을 유발하는 온도하중, 차량의 수직하중과 시/제동하중에 의한 응답이 독립적인 것으로 가정하여, 재하 순서에 상관없이 각 하중의 응답을 중첩하여 전체 응답을 산출하는 방법이다. 현재 KR C-08080에서 제시하고 있는 방법으로 해석이 간단하지만 도상 종방향 저항력의 비선형 거동에 따른 오차를 포함하고 있다.
개별해석법의 특징은? 개별해석법은 궤도-교량 종방향 상호작용을 유발하는 온도하중, 차량의 수직하중과 시/제동하중에 의한 응답이 독립적인 것으로 가정하여, 재하 순서에 상관없이 각 하중의 응답을 중첩하여 전체 응답을 산출하는 방법이다. 현재 KR C-08080에서 제시하고 있는 방법으로 해석이 간단하지만 도상 종방향 저항력의 비선형 거동에 따른 오차를 포함하고 있다. 부가 레일 응력(RS)은 다음과 같이 각 하중에 대한 응답을 중첩하여 산정한다.
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참고문헌 (5)

  1. Korea Rail Network Authority. KR C-08080: Track-Bridge Longitudinal Interaction Analysis (in Korean), KR 2014. 

  2. UIC CODE 774-3R. Track/bridge Interaction Recommendations for Calculations. UIC 2001; Paris; France. 

  3. Yun KM, Choi JY, Lee JO and Lim NH. Modification of the conventional method for the track-bridge interaction. Applied Mechanics and Materials 2012; Vol.204-208; 1988-1991. 

    상세보기 crossref

  4. Lusas Inc., LUSAS User's manual, Surrey, KT1 1HN, UK, 2006. 

  5. LIM NH, LEE KC, LEE JH and Youn SG, Reduction technology of track-bridge interaction to enhancing the application of railway bridges with longer continuous span, Ministry of Land, Infrastructure and Transport of Korean government, 2017. 

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