플로팅 슬래브궤도와 일반 콘크리트궤도 접속부에서의 열차 및 궤도의 거동 분석 Analysis of Behavior of Train and Track at Transition Zone between Floating Slab Track and Conventional Concrete Slab Track원문보기
It is of great importance to assure the running safety and ride comfort in designing the floating slab track for the mitigation of train-induced vibration. In this paper, for this, analyzed are the system requirements for the running safety and ride comfort, and then, the behavior of train and track...
It is of great importance to assure the running safety and ride comfort in designing the floating slab track for the mitigation of train-induced vibration. In this paper, for this, analyzed are the system requirements for the running safety and ride comfort, and then, the behavior of train and track at the transition zone between the floating slab track and the conventional concrete slab track according to several main design variables such as spring constant, damping coefficient, spacing and arrangement of isolators and slab length, using the dynamic analysis technique considering the train-track interaction. The results of numerical analysis demonstrate that the discontinuity of the support stiffness at the transition results in a drastic increase of the vertical vibration acceleration of the train body, wheel-rail interaction force, rail bending stress and uplift force. The increase becomes higher with the decrease of the spring constant of isolators and the increase of the isolator spacing, but the damping ratio does not significantly affect the behavior of train and track at the transition. Therefore, to assure the running safety and ride comfort, simultaneously increasing the effectiveness of vibration isolation, it is effective to minimize the relative vertical offset between the floating slab and the conventional track slab by adjusting the spring constant and spacing of isolators at the transition.
It is of great importance to assure the running safety and ride comfort in designing the floating slab track for the mitigation of train-induced vibration. In this paper, for this, analyzed are the system requirements for the running safety and ride comfort, and then, the behavior of train and track at the transition zone between the floating slab track and the conventional concrete slab track according to several main design variables such as spring constant, damping coefficient, spacing and arrangement of isolators and slab length, using the dynamic analysis technique considering the train-track interaction. The results of numerical analysis demonstrate that the discontinuity of the support stiffness at the transition results in a drastic increase of the vertical vibration acceleration of the train body, wheel-rail interaction force, rail bending stress and uplift force. The increase becomes higher with the decrease of the spring constant of isolators and the increase of the isolator spacing, but the damping ratio does not significantly affect the behavior of train and track at the transition. Therefore, to assure the running safety and ride comfort, simultaneously increasing the effectiveness of vibration isolation, it is effective to minimize the relative vertical offset between the floating slab and the conventional track slab by adjusting the spring constant and spacing of isolators at the transition.
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제안 방법
본 논문에서는 플로팅 슬래브궤도 시스템의 설계를 위해 열차 주행안전과 승차감 확보를 위한 요구 조건을 분석하고 열차-궤도 상호작용을 고려한 동적 해석기법을 적용하여 방진재 스프링상수, 감쇠 계수, 간격 및 배치 등 주요 시스템 변수에 따라 플로팅 슬래브궤도와 일반 콘크리트궤도와의 접속부에서 열차 및 궤도의 거동을 분석하였다.
이상 본 논문에서는 플로팅 슬래브궤도의 설계를 위해 열차 주행안전과 승차감 확보를 위한 요구 조건을 분석하고 열차-궤도 상호작용을 고려한 동적 해석기법을 적용하여 방진재 스프링상수, 감쇠계수, 간격 및 배치 등 주요 시스템 변수에 따라 플로팅 슬래브궤도와 일반 콘크리트궤도와의 접속부에서 열차 및 궤도의 거동을 분석하였다. 해석결과에 따르면 접속부에서 플로팅 슬래브와 일반 궤도 슬래브 간의 지지강성의 불연속에 의해 차량의 연직가속도와 차륜-레일 상호작용력, 레일응력, 상향력 등이 현저히 증가하게 되며, 그 증가정도는 스프링상수가 낮고 간격이 넓을수록 더욱 커지는 반면 감쇠비는 접속부 거동에 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.
차량 주행 시뮬레이션을 통해 플로팅 슬래브궤도 구간, 특히 일반 콘크리트궤도와 플로팅 슬래브궤도와의 접속부에서의 궤도와 차량의 거동에 대해 주행안전 및 승차감 요건을 검토하였다. 주요 해석변수는 아래와 같다.
이론/모형
플로팅 슬래브궤도를 주행하는 차량의 거동과 궤도의 거동을 모사하기 위하여 아래 그림 3과 같은 차량-궤도 상호작용을 고려한 동적해석모형을 적용하였다. 여기서 차륜과 레일의 상대변위 A는 다음식으로 나타낼 수 있다.
성능/효과
해석결과에 따르면 접속부에서 플로팅 슬래브와 일반 궤도 슬래브 간의 지지강성의 불연속에 의해 차량의 연직가속도와 차륜-레일 상호작용력, 레일응력, 상향력 등이 현저히 증가하게 되며, 그 증가정도는 스프링상수가 낮고 간격이 넓을수록 더욱 커지는 반면 감쇠비는 접속부 거동에 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 따라서 방진효율을 증가시키면서 동시에 주행 안전과 승차감을 확보하기 위해서는 접속부에서 방진재 스프링상수와 간격을 조정하여 플로팅 슬래브와 일반 궤도 슬래브의 상대 연직단차를 최소화하는 방안이 효과적인 것으로 나타났다.
및 궤도의 거동을 분석하였다. 해석결과에 따르면 접속부에서 플로팅 슬래브와 일반 궤도 슬래브 간의 지지강성의 불연속에 의해 차량의 연직가속도와 차륜-레일 상호작용력, 레일응력, 상향력 등이 현저히 증가하게 되며, 그 증가정도는 스프링상수가 낮고 간격이 넓을수록 더욱 커지는 반면 감쇠비는 접속부 거동에 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 따라서 방진효율을 증가시키면서 동시에 주행 안전과 승차감을 확보하기 위해서는 접속부에서 방진재 스프링상수와 간격을 조정하여 플로팅 슬래브와 일반 궤도 슬래브의 상대 연직단차를 최소화하는 방안이 효과적인 것으로 나타났다.
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