기존의 중-장경간 철도교량에는 주로 강박스 거더교가 적용되어 왔다. 하지만 강박스 거더교는 교량 아래의 공간확보가 불리하고, 주거더가 얇은 박판의 박스형상으로 이루어져 진동에 의한 울림소음이 발생하여 소음에 대한 많은 민원이 제기 되고 있다. 이와 같은 이유로 강박스 거더교를 대체할 수 있는 장지간 철도교량의 개발에 대한 필요성이 대두되었다. 본 논문에서는 이러한 이유로 최근에 개발된 강합성 하로 철도교에 대한 특징을 소개하고, 이 철도교의 주요 적용 지간인 40m와 50m 교량을 대상으로 실제 운행열차인 KTX 하중의 운행속도를 반영하여 상용유한요소프로그램인 MIDAS Civil을 이용하여 시간이력해석을 수행하였다. 또한 해석결과를 분석하여 대상교량의 동적거동 특성을 확인하고 철도설계기준에서 제시하고 있는 동적성능 기준을 만족하는지에 대해 검토하였다. 그 결과, 검토 대상 교량 모두 동적안전성 기준을 만족하였으나 지간 40m의 경우 연직가속도 값이 상당히 크게 나와 이에 대한 개선 방안을 제시하고, 단면을 수정하여 연직가속도의 감소를 확인하였다.
기존의 중-장경간 철도교량에는 주로 강박스 거더교가 적용되어 왔다. 하지만 강박스 거더교는 교량 아래의 공간확보가 불리하고, 주거더가 얇은 박판의 박스형상으로 이루어져 진동에 의한 울림소음이 발생하여 소음에 대한 많은 민원이 제기 되고 있다. 이와 같은 이유로 강박스 거더교를 대체할 수 있는 장지간 철도교량의 개발에 대한 필요성이 대두되었다. 본 논문에서는 이러한 이유로 최근에 개발된 강합성 하로 철도교에 대한 특징을 소개하고, 이 철도교의 주요 적용 지간인 40m와 50m 교량을 대상으로 실제 운행열차인 KTX 하중의 운행속도를 반영하여 상용유한요소프로그램인 MIDAS Civil을 이용하여 시간이력해석을 수행하였다. 또한 해석결과를 분석하여 대상교량의 동적거동 특성을 확인하고 철도설계기준에서 제시하고 있는 동적성능 기준을 만족하는지에 대해 검토하였다. 그 결과, 검토 대상 교량 모두 동적안전성 기준을 만족하였으나 지간 40m의 경우 연직가속도 값이 상당히 크게 나와 이에 대한 개선 방안을 제시하고, 단면을 수정하여 연직가속도의 감소를 확인하였다.
The existing middle-long span railway bridge has been mainly applied to steel box girder bridges. However, the steel box girder bridges have disadvantages in securing the space under the bridge, and the main girder is made of a thin plate box shape, resulting in a ringing noise due to the vibration....
The existing middle-long span railway bridge has been mainly applied to steel box girder bridges. However, the steel box girder bridges have disadvantages in securing the space under the bridge, and the main girder is made of a thin plate box shape, resulting in a ringing noise due to the vibration. Many complaints about noise have been raised. For this reason, there is a need for the development of long railway bridges that can replace steel box girder bridges. In this paper, the characteristics of the steel composite railway bridge currently developed were introduced and a time history analysis was conducted using MIDAS Civil reflecting the speed of KTX load for 40m and 50m bridges. In addition, from the analysis results, the dynamic behavior of target bridges were verified and it was examined whether they meet the dynamic performance criteria proposed in the railway design standards. As a result, all of the bridges under review satisfied the dynamic safety criteria, however, in case of 40m of span, the vertical acceleration value was very large. In order to solve this problem, authors proposed the improvement plan and corrected the cross section to confirm that the vertical acceleration decreased.
The existing middle-long span railway bridge has been mainly applied to steel box girder bridges. However, the steel box girder bridges have disadvantages in securing the space under the bridge, and the main girder is made of a thin plate box shape, resulting in a ringing noise due to the vibration. Many complaints about noise have been raised. For this reason, there is a need for the development of long railway bridges that can replace steel box girder bridges. In this paper, the characteristics of the steel composite railway bridge currently developed were introduced and a time history analysis was conducted using MIDAS Civil reflecting the speed of KTX load for 40m and 50m bridges. In addition, from the analysis results, the dynamic behavior of target bridges were verified and it was examined whether they meet the dynamic performance criteria proposed in the railway design standards. As a result, all of the bridges under review satisfied the dynamic safety criteria, however, in case of 40m of span, the vertical acceleration value was very large. In order to solve this problem, authors proposed the improvement plan and corrected the cross section to confirm that the vertical acceleration decreased.
본 연구에서는 경제성이 확보되는 주요 지간인 지간 40m와 50m를 대상으로 강합성 하로 철도교의 주요 동적거동을 살펴보기 위해 상용유한요소프로그램인 MIDAS Civil을 이용하여 수치해석을 수행하고 동적거동에 대한 특성을 분석하였다.
제안 방법
이 절에서는 대상으로 하는 강합성 하로 철도교의 동적거동을 분석하기 위하여 3차원으로 구조물을 이상화하여 모델링함으로써 전체계 구조해석을 수행하였다. 구조해석에는 범용유한요소해석 프로그램인 MIDAS Civil을 사용하였다.
주행열차 하중에 대한 동적해석 전에 자유진동해석을 수행하여 공진을 일으킬 수 있는 임계속도를 미리 산정하고 이 속도에 대한 해석도 포함하여 분석을 수행하였다. 연직방향 1차 휨모드에서의 고유진동수와 산정된 임계속도는 Table 5와 같으며 임계속도 산정시에는 아래의 식(1)을 사용하였다.
대상 데이터
본 논문에서는 지간 40m와 50m 복선의 자갈도상궤도가 적용된 강합성 하로 철도교를 대상으로 동적해석을 수행하였고 이 대상 교량의 지간 길이별 횡단면도, 평면도 및 종단면도는 Fig. 3 및 Fig. 4와 같다.
이론/모형
교량형식 별 감쇠비의 적용시는 철도교설계기준(2011)에 따르며 그 값들은 Table 4와 같다. 본 연구에서 대상으로 한 교량은 강합성 구조로 감쇠비 1.
본 논문의 동적해석에 사용된 방법은 시간이력해석법 중 모드중첩법이 사용되었다. 모드중첩법은 고유치해석에 기초하므로 고려하는 모드차수가 중요하다.
성능/효과
1) 지간 40m 강합성 하로 철도교의 경우는 KTX 주행 속도 170km/h 에서 공진현상이 발생하는 것으로 분석되었고 이때 최대 연직가속도의 경우 기준치 대비 93% 수준으로 크게 발생하였다. 처짐과 면틀림의 경우, 모두 기준치를 크게 하회하는 것으로 확인되었다.
2) 지간 50m 강합성 하로 철도교의 경우는 지간 40m와는 달리 연직가속도, 처짐 및 면틀림에서 모두 안정적으로 기준치를 만족함을 확인하였다.
3) 개선된 지간 40m 강합성 하로 철도교의 동적해석 결과, 기존 지간 40m 단면에 비해 최대 연직가속도가 13% 저감되었으며 처짐과 면틀림 모두 기준 값 이내의 거동을 보여 안정성이 검증되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
차량하중의 특징은 무엇인가?
시간이력해석(time history analysis)의 시간간격은 해석결과의 정확도에 상당한 영향을 미치는 변수이며, 시간간격의 크기는 구조물의 고차모드의 주기, 하중의 주기와 밀접한 관계를 갖는다. 차량하중은 각 절점에서 일정시간이 지나면 사라지는 충격하중으로 고려되므로 차량하중의 주기를 정하기는 어렵다. 따라서 일반적으로 고려하고자 하는 최고차모드 주기의 1/10 이하의 시간간격을 입력한다(Park et al.
강박스 거더교를 사용할 때 발생하는 문제점은 무엇인가?
기존의 중-장경간 철도교량에는 주로 강박스 거더교가 적용되어 왔다. 하지만 강박스 거더교는 교량 아래의 공간확보가 불리하고, 주거더가 얇은 박판의 박스형상으로 이루어져 진동에 의한 울림소음이 발생하여 소음에 대한 많은 민원이 제기 되고 있다. 이와 같은 이유로 강박스 거더교를 대체할 수 있는 장지간 철도교량의 개발에 대한 필요성이 대두되었다.
강합성 하로 철도교가 현장적용성이 뛰어난 이유는 무엇인가?
강합성 하로 철도교는 시공성을 높이기 위해 강재 거더의 높이를 운반이 용이한 크기로 계획하였고, 현장으로 운반하여 조립 및 거치를 한 후 상부플랜지 상부에 콘크리트를 합성시킴으로써 필요한 강성을 확보하는 것으로 설계하였다. 일반적인 강교와 동일하게 현장여건에 따라 거더 일괄가설, 가벤트 적용, 대블럭 가설 등 모든 방법이 가능하므로 현장적용성이 뛰어나다. 강합성 하로 철도교는 지간 50m급 이상의 교량에도 적용이 가능하며 기존 강박스 거더교 대비 교량 아래 공간 확보에 유리하고, 공명현상에 의한 소음이 발생하지 않으며, 주거더가 방음벽의 역할을 겸할 수 있어 별도의 방음벽 공사비를 절감할 수 있다.
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