호남고속철도 동적 안정성 요구 조건을 고려한 강합성 거더교의 변수 연구 Parametric Study on Steel composite Girder bridges for HONAM High-Speed Railway Considering Criteria Requirement of Dynamic Response원문보기
고속철도 교량은 고속주행 열차의 차축 주기하중 효과와 교량 고유의 동적특성에 의한 동적 증폭 효과로 인하여 구조물의 안전성에 영향을 받는다. 그리고 교량의 과도한 변형으로 인하여 차륜과 레일의 접촉력 감소, 궤도틀림 등의 윤중 변동이 일어나 열차의 주행안전성 및 승차감을 저해할 수 있다. 이러한 궤도 안전성을 확보하기 위하여 동적거동에 대한 교량상판수준의 수직가속도 제한, 차륜-레일간의 접촉과 열차주행 안전성 확보를 위한 상판 면틀림 제한, 단부 회전각 변위 제한, 차량하중에 의한 교량의 수직 처짐 제한을 반드시 만족시켜야 하며, 필수적으로 공진에 대한 검토도 이루어져야 한다. 신설되는 호남고속철도에서는 기존의 경부고속철도와 다른 콘크리트 도상을 적용하고, 궤도간격, 설계열차하중 등이 변경되어 적용되므로 새로운 동적안정성 요구조건을 적용하게 된다. 본 연구에서는 콘크리트교량에 비해 진동특성이 취약한 것으로 알려진 강합성 거더 고속철도 교량의 동적거동 분석을 수행하였다.
고속철도 교량은 고속주행 열차의 차축 주기하중 효과와 교량 고유의 동적특성에 의한 동적 증폭 효과로 인하여 구조물의 안전성에 영향을 받는다. 그리고 교량의 과도한 변형으로 인하여 차륜과 레일의 접촉력 감소, 궤도틀림 등의 윤중 변동이 일어나 열차의 주행안전성 및 승차감을 저해할 수 있다. 이러한 궤도 안전성을 확보하기 위하여 동적거동에 대한 교량상판수준의 수직가속도 제한, 차륜-레일간의 접촉과 열차주행 안전성 확보를 위한 상판 면틀림 제한, 단부 회전각 변위 제한, 차량하중에 의한 교량의 수직 처짐 제한을 반드시 만족시켜야 하며, 필수적으로 공진에 대한 검토도 이루어져야 한다. 신설되는 호남고속철도에서는 기존의 경부고속철도와 다른 콘크리트 도상을 적용하고, 궤도간격, 설계열차하중 등이 변경되어 적용되므로 새로운 동적안정성 요구조건을 적용하게 된다. 본 연구에서는 콘크리트교량에 비해 진동특성이 취약한 것으로 알려진 강합성 거더 고속철도 교량의 동적거동 분석을 수행하였다.
High speed railway bridge is affected on safety of bridge by dynamic amplification effect, when dynamic response of bridge is equal to effect cycle load for rolling stock axle according to high speed operation train. And excessive deformation of structure has negative effect on operation safety of t...
High speed railway bridge is affected on safety of bridge by dynamic amplification effect, when dynamic response of bridge is equal to effect cycle load for rolling stock axle according to high speed operation train. And excessive deformation of structure has negative effect on operation safety of train and comfort of passenger due to fluctuation of wheel load by torsion of track etc. and decrease of contact force on vehicle wheel-rail. To ensure the safety of track and train operation safety, it is have to perform the study on resonance and deformation of structure. That criteria and requirement of railway bridge is limitation of vertical acceleration on deck for dynamic behavior of structure, contact of vehicle wheel and rail, limitation of face distortion and rotation angle of end deck, and limitation of vertical displacement by train. Unlike KYEONGBU High Speed Railway, New constructed HONAM High Speed Railway have to applied the new requirement for dynamic behavior safety according to change of condition which is type of ballast (slab ballast), interval of track, and actual rolling stock load. Therefore, in this paper, it was conformed the dynamic characteristic due to parameter, which related with above mentioned criteria, for steel composite bridges.
High speed railway bridge is affected on safety of bridge by dynamic amplification effect, when dynamic response of bridge is equal to effect cycle load for rolling stock axle according to high speed operation train. And excessive deformation of structure has negative effect on operation safety of train and comfort of passenger due to fluctuation of wheel load by torsion of track etc. and decrease of contact force on vehicle wheel-rail. To ensure the safety of track and train operation safety, it is have to perform the study on resonance and deformation of structure. That criteria and requirement of railway bridge is limitation of vertical acceleration on deck for dynamic behavior of structure, contact of vehicle wheel and rail, limitation of face distortion and rotation angle of end deck, and limitation of vertical displacement by train. Unlike KYEONGBU High Speed Railway, New constructed HONAM High Speed Railway have to applied the new requirement for dynamic behavior safety according to change of condition which is type of ballast (slab ballast), interval of track, and actual rolling stock load. Therefore, in this paper, it was conformed the dynamic characteristic due to parameter, which related with above mentioned criteria, for steel composite bridges.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
교량으로 하였다. 동적거동에서 구조물의 감쇠특성은 구조물의 공진과 매우 밀접한 관계가 있으므로 감쇠특성값을 매개변수로 하여 호남고속철도에서 요구되어지는 동적 안정성 요구 조건 별로 거동특성을 분석하고자 하였다.
68% 의 결과로 나타났으므로 해석 적용값과 실재 감쇠비 차이가 남을 볼 수 있었다. 본 연구에서는 설계 감쇠비를 매개변수로 하여 호남고속철도에 적용되는 강합성 거더교의 동적해석을 통하여 호남고속철도에서 요구되어자는 동적 안정성 요구 조건 별로 교량의 거동특성을 분석고자 하였다. 호남고속철도 설계지침(안)을 따르면 표 4.
신설되는 호남고속철도에서는 기존의 경부고속철도와 다른 콘크리트 도상을 적용하고, 궤도간격, 설계열차하중 등이 변경되어 적용되므로 새로운 동적안정성 요구조건을 적용하게 된다. 본 연구에서는 콘크리트교량에 비해 진동 특성이 취약한 것으로 알려진 강합성 거더 고속철도 교량을 대상으로 동적거동 분석을 수행하였다. 동적 거동에서 구조물의 감쇠특성은 구조물의 공진과 매우 밀접한 관계가 있으므로 감쇠특성값을 매개변수로 하여 호남고속철도에서 요구되어지는 동적 안정성 요구 조건 별로 거동특성을 분석하였다.
가설 설정
가) 면틀림은 차륜과 레일의 접촉에 대한 안전을 확보하여 탈선 위험을 최소화하기 위한 것으로교량의 교축직각방향 회전에 의한 캔트 변화 (비틀림 각변화) 제한규정이다.
나) 실제 열차하중에 의해 발생하는 고속철도 교량 상판의 최대 수직가속도는 콘크리트 도상 궤도에서 5.0m/s2 을 초과해서는 안된다.
의미한다. 다) 상판 면틀림의 3m 기준 면틀림 변화량 값은 1.5mm/3m 이내로 제한한다.
다) 수직가속도 검토를 위한 재하 궤도수는 궤도수에 관계없이 단선 재하로 규정한다.
사) 바)항에서 나열된 계수는 L/6=600미만의 경우에는 적용되지 않는다.
제안 방법
(6) 동적해석시 자중 및 궤도구조의 질량 등 2차고정하중을 포함한 모든 부재의 질량이 고려되었으며, 차량의 하중을 질량으로 고려하여 적용하였다.
본 연구에서는 콘크리트교량에 비해 진동 특성이 취약한 것으로 알려진 강합성 거더 고속철도 교량을 대상으로 동적거동 분석을 수행하였다. 동적 거동에서 구조물의 감쇠특성은 구조물의 공진과 매우 밀접한 관계가 있으므로 감쇠특성값을 매개변수로 하여 호남고속철도에서 요구되어지는 동적 안정성 요구 조건 별로 거동특성을 분석하였다.
본 연구에서는 감쇠비를 0.5% 와 1.0%, 2.0% 에 대하여 각각 420km/h 까지 동적해석을 수행하여 동적 안정성 요구 조건 별로 거동특성을 분석하였다.
2배인 420km/h까지 20km/h 간격으로 수행하였다. 주행열차하중에 대한 동적 해석 전에 자유진동해석을 수행하여 공진을 일으킬 수 있는 임계속도를 미리 산정하고 이 속도를 해석범위에 포함하였다. 임계속도 산정식은 다음과 같다.
사용부재는 주형과 크로스빔, 브레이싱은 Frame요소를 사용하였으며, 상부 슬래브는 Shell요소를 사용하였다. 주형과 슬래브의 연결은 Rigid Link기능을 사용하여 합성단면 효과를 나타내도록 하였다. 사용한 절점은 1158 개이며, 부재수는 Frame 요소 300개와 Shell 요소 792개를 적용하였다.
호남고속철도에 적용되어지는 강합성 거더 고속철도 교량을 대상으로 동적거동 분석을 수행하였다. 감쇠 특성값을 매개변수로 하여 호남고속철도에서 요구되어지는 동적 안정성 요구 조건 별로 거동특성을 분석한 결과 요구되는 제한 조건을 모두 만족하는 것으로 나타났으며, 감쇠비에 따른 각 검토항목별 거동 특성은 감쇠비 0.
대상 데이터
동적해석 대상 교량은 강합성 거더 고속철도 교량으로 호남고속철도의 설계요구조건에 부합되는 l@50m 교량으로 하였다. 동적거동에서 구조물의 감쇠특성은 구조물의 공진과 매우 밀접한 관계가 있으므로 감쇠특성값을 매개변수로 하여 호남고속철도에서 요구되어지는 동적 안정성 요구 조건 별로 거동특성을 분석하고자 하였다.
01 을 사용하였다. 사용부재는 주형과 크로스빔, 브레이싱은 Frame요소를 사용하였으며, 상부 슬래브는 Shell요소를 사용하였다. 주형과 슬래브의 연결은 Rigid Link기능을 사용하여 합성단면 효과를 나타내도록 하였다.
주형과 슬래브의 연결은 Rigid Link기능을 사용하여 합성단면 효과를 나타내도록 하였다. 사용한 절점은 1158 개이며, 부재수는 Frame 요소 300개와 Shell 요소 792개를 적용하였다.
데이터처리
사용해석 프로그램은 MIDAS Civil 7.01 을 사용하였다. 사용부재는 주형과 크로스빔, 브레이싱은 Frame요소를 사용하였으며, 상부 슬래브는 Shell요소를 사용하였다.
성능/효과
(3) 동적해석은 설계속도의 1.2배인 420km/h까지 20km/h 간격으로 수행하였다. 주행열차하중에 대한 동적 해석 전에 자유진동해석을 수행하여 공진을 일으킬 수 있는 임계속도를 미리 산정하고 이 속도를 해석범위에 포함하였다.
(5) 주행 열차하중의 모델링 은 연행이 동집중하중으로 적 용하였다.
수행하였다. 감쇠 특성값을 매개변수로 하여 호남고속철도에서 요구되어지는 동적 안정성 요구 조건 별로 거동특성을 분석한 결과 요구되는 제한 조건을 모두 만족하는 것으로 나타났으며, 감쇠비에 따른 각 검토항목별 거동 특성은 감쇠비 0.5% 적용시 발생값을 100으로 하였을 경우 그림 6. 과 같다.
감쇠비에 따른 상판 수직가속도 거동 특성은 감쇠비 0.5% 적용시 발생 수직가속도를 100으로 가정하였을 경우 감쇠비 1.0% 적용시 93.870, 감쇠비 2.0% 적용시 87.800 으로 나타났다. 발생 최대 수직가속도가 콘크리트 도상일 경우 수직가속도 제한치인 0.
감쇠비에 따른 승차감을 고려한 처짐 특성은 감쇠비 0.5% 적용시발생 처짐량을 100으로 가정하였을 경우 감쇠비 1.0% 적용시 93.320, 감쇠비 2.0% 적용시 90.798 으로 나타났다. 또한 충격계수고려된 설계활하중 적용시 83.
마) 궤도 선형상 존재(예:완화곡선 구간)하는 교량상의 면틀림값과 열차 하중에 의해 발생되는 교량상의 모든 면틀림값을 더한 총 면틀림값은 7.5mm/3m를 초과해서는 안된다.
후속연구
가) 상판의 수직가속도의 과도한 발생은 궤도의 불안정성과 자륜/레일 접촉력의 감소 및 교좌장치의 들림 등을 유발할 수 있고 이것은 윤중변동의 증가와 도상의 교란, 교좌장치 부반력 발생등을 철도교량의 안정성과 밀접한 관계가 있으므로 제한한다.
향후 실물실험을 통하여 실재 감쇠비를 도출한다면 해석대상교량의 안정성 검토 항목별 안전율 이력특성을 좀 더 쉽게 파악할 수 있다. 그리고 호남고속철도 특징을 고려한 강합성 거더 교량 설계 및 유지관리측면에서 좋은 자료로 활용가능하다고 사료된다.
그리고 교량의 과도한 변형으로 인하여 차륜과 레일의 접촉력 감소, 궤도틀림 등의 윤중 변동이 일어나 열차의 주행안전성 및 승차감을 저해할 수 있다. 이러한 궤도 안전성을 확보하기 위하여 동적거동에 대한 교량상판수준의 수직가속도 제한, 차륜-레일간의 접촉과 열차주행 안전성 확보를 위한 상판 면틀림 제한, 단부 회전각 변위 제한, 차량하중에 의한 교량의 수직 처짐 제한을 반드시 만족시켜야 하며, 필수적으로 공진에 대한 검토도 이루어져야 한다. 신설되는 호남고속철도에서는 기존의 경부고속철도와 다른 콘크리트 도상을 적용하고, 궤도간격, 설계열차하중 등이 변경되어 적용되므로 새로운 동적안정성 요구조건을 적용하게 된다.
과 같다. 향후 실물실험을 통하여 실재 감쇠비를 도출한다면 해석대상교량의 안정성 검토 항목별 안전율 이력특성을 좀 더 쉽게 파악할 수 있다. 그리고 호남고속철도 특징을 고려한 강합성 거더 교량 설계 및 유지관리측면에서 좋은 자료로 활용가능하다고 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.