장대레일 교체주기는 자갈궤도 레일두부 표면요철과 레일 휨피로의 상관관계 분석을 통해 산정되었다. 본 연구에서는 실물 레일 휨 피로시험을 통한 레일의 S-N선도, 국내 도시철도(서울메트로) 콘크리트궤도에서 발생하는 레일 휨응력 예측식, Haibach's rule을 통해 콘크리트궤도 장대레일의 휨 피로수명을 평가하였다. 여기서, 레일용접방법별 S-N선도와 레일표면요철, 열차운행속도가 고려되었다. 또한, S-N선도 파괴확률 1%, 0.1%, 0.01%를 고려한 휨 피로수명을 비교하였다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트궤도 장대레일의 휨 피로수명을 제안하였다.
장대레일 교체주기는 자갈궤도 레일두부 표면요철과 레일 휨피로의 상관관계 분석을 통해 산정되었다. 본 연구에서는 실물 레일 휨 피로시험을 통한 레일의 S-N선도, 국내 도시철도(서울메트로) 콘크리트궤도에서 발생하는 레일 휨응력 예측식, Haibach's rule을 통해 콘크리트궤도 장대레일의 휨 피로수명을 평가하였다. 여기서, 레일용접방법별 S-N선도와 레일표면요철, 열차운행속도가 고려되었다. 또한, S-N선도 파괴확률 1%, 0.1%, 0.01%를 고려한 휨 피로수명을 비교하였다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트궤도 장대레일의 휨 피로수명을 제안하였다.
It is suggested that the service life of the continuous welded rail(CWR) is estimated by the relationship between the rail surface irregularity according to the accumulated passing tonnage and bending fatigue of welded part in CWR. In this study, based on the results of bending fatigue tests of rail...
It is suggested that the service life of the continuous welded rail(CWR) is estimated by the relationship between the rail surface irregularity according to the accumulated passing tonnage and bending fatigue of welded part in CWR. In this study, based on the results of bending fatigue tests of rail and results of measuring tests in situ of rail bending stress, this study estimated the bending fatigue life of welded rail in concrete track, adopting a Haibach's rule. The bending fatigue life of CWR considered the rail surface irregularity, train speed and the S-N curve by types of rail welding. In addition, this study estimated it for the fracture probability 1%, 0.1%, 0.01%. Therefore, this study proposed bending fatigue life of CWR in concrete track.
It is suggested that the service life of the continuous welded rail(CWR) is estimated by the relationship between the rail surface irregularity according to the accumulated passing tonnage and bending fatigue of welded part in CWR. In this study, based on the results of bending fatigue tests of rail and results of measuring tests in situ of rail bending stress, this study estimated the bending fatigue life of welded rail in concrete track, adopting a Haibach's rule. The bending fatigue life of CWR considered the rail surface irregularity, train speed and the S-N curve by types of rail welding. In addition, this study estimated it for the fracture probability 1%, 0.1%, 0.01%. Therefore, this study proposed bending fatigue life of CWR in concrete track.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 점차 증가하고 있는 콘크리트궤도에서의 장대레일 피로수명을 평가하고자 하였다.
본 연구에서 수행한 콘크리트궤도구간의 요철량과 운행속도를 정리한 표 2.에 대하여 측정된 레일 휨응력DATA를 중회귀분석[6]을 수행하여 레일 휨응력 예측식을 도출하고자 하였다. 중회귀분석에는 통계분석을 위해 일반적으로 사용되고 있는 SPSS ver.
본 연구에서는 콘크리트 장대레일의 피로수명을 산정하기 도시철도 콘크리트궤도(PTT)에서 레일표면요철량 및 운행속도에 따른 레일 휨응력을 측정하여 중회귀분석을 수행하였으며, 이를 레일 휨 파괴강도(S-N선도)에 적용함으로써 콘크리트 장대레일 피로수명을 평가하고자 하였다. 도출된 결론은 다음과 같다.
제안 방법
S-N선도 파괴확률의 적용은 철도운영기관의 정책적인 결정에 의해 이루어지기 때문에 이에 대한 결정은 본 논문에서 언급하지 않았으며, 1%, 0.1%, 0.01% 파괴확률에 대한 콘크리트궤도 장대레일의 피로수명 평가결과를 제시하였다.
또한, 그림 2.와 같이 현장측정을 통해 도출한 요철지수와 휨 응력과의 상관관계를 통해 확률밀도함수를 도출하고, 이를 그림 3.와 같이 확률밀도함수의 (-4σ, +4σ)범위에 대하여 S-N선도에 적용함으로써 레일의 피로수명을 산정하였다.
레일표면요철 측정은 레일요철시험기(Railprof)를 이용하여 용접부를 중심으로 총 1m에 대한 요철량을 측정하였다. 측정한 1m 요철량(N.
본 연구에서는 콘크리트궤도의 요철량에 따른 응력예측식과 일본 RTRI 연구결과에서 제시된 자갈궤도의 응력예측식[2]을 국내 60Kg/m 테르밋용접부 S-N선도에 적용하여 피로수명을 평가하였다. 피로해석에 적용한 열차 및 궤도조건은 아래와 같고, 표 7.
윤중은 침목중심에서 각각 10cm 떨어진 위치에 레일복부의 중립축에 45˚의 각도를 가지고 스트레인게이지를 부착하여 측정하였고, 발생한 윤중 이외의 노이즈 성분들은 주파수 분석을 통해 디지털 필터로 Low pass filtering과 High pass filtering 처리를 함으로써 데이터 신뢰성을 높였다.
실 열차하중에 대한 레일저부 휨응력을 측정하기 위해 변형률게이지를 휨응력이 가장 크게 발생하는 침목사이 중앙의 레일 저부에 부착하였다. 측정된 변형률게이지를 레일강의 탄성계수를 곱하여 응력으로 환산하였다.
레일표면요철 측정은 레일요철시험기(Railprof)를 이용하여 용접부를 중심으로 총 1m에 대한 요철량을 측정하였다. 측정한 1m 요철량(N.V. for 1m)에 대해서는 용접부 열영향부(100mm)를 고려하여 0.1m 요철량(N.V. for 0.1m)을 산정하여 v값으로 정하였으며, N.V for 1m-N.V. for 0.1m를 w값으로 정하였다.
한편 본 연구에서 실제 계산 시 적분구간(-∞, +∞)을 99.99%에 해당하는 (-4σ, +4σ)로 하였으며, 응력범위의 분할폭은 최대응력 대비 1/100 ~ 1/200에 해당하는 Δf = 1.5MPa을 적용하였다.
대상 데이터
5%를 차지하고 온도변화에 대한 영향이 적으며 열차하중에 대한 통과톤수를 직접적으로 받을 수 있는 지하 직선구간을 선정하였다. 또한, 본 연구에서는 도상다짐정도, 뜬침목 등의 도상상태에 따른 영향을 받지 않는 콘크리트궤도(PTT)구간을 선정하였으며, 임의의 요철량을 설정하였고 측정된 운행열차의 속도는 표 1.과 같다.
시험대상구간은 서울메트로 1호선 본선 중 78.5%를 차지하고 온도변화에 대한 영향이 적으며 열차하중에 대한 통과톤수를 직접적으로 받을 수 있는 지하 직선구간을 선정하였다. 또한, 본 연구에서는 도상다짐정도, 뜬침목 등의 도상상태에 따른 영향을 받지 않는 콘크리트궤도(PTT)구간을 선정하였으며, 임의의 요철량을 설정하였고 측정된 운행열차의 속도는 표 1.
이론/모형
본 연구에서는 “성덕룡, 박용걸 외 3인, 실물 휨 피로시험을 통한 철도레일의 휨 피로거동 분석, 한국철도학회 제13권, 제2호, 2010”에 수행한 레일 휨 파괴강도(S-N선도)를 인용하였으며, 피로강도가 가장 낮은 것으로 분석된 테르밋용접부의 S-N선도식을 적용하였다.
성능/효과
파괴확률은 실내피로시험결과로 도출된 S-N곡선의 표준편차에 따라 상당한 차이를 보일 수 있으며, 파괴확률이 낮을수록 안전율이 높아지는 결과를 보인다. 따라서 레일의 피로수명 산정을 위해 적용되는 파괴확률은 철도운영기관별 정책적인 결정에 의해 이루어지기 때문에 본 연구에서는 파괴확률 1%, 0.1%, 0.01%에 대해 검토한 결과를 함께 제시하였다.
1%에 대한 결과와 동일하였다. 또한, 자갈궤도에 비해 콘크리트궤도의 경우 파괴확률에 따라 다소 차이가 있었으나 약 9~19% 피로수명이 큰 것으로 분석되었다.
와 같게 된다. 본 연구에서 분석된 레일 휨응력 예측식의 중상관계수가 0.8이상으로 상당히 좋은 만족도를 보이고 있어 요철지수, 운행속도와 레일저부 휨응력의 상관관계를 잘 설명하고 있다고 판단된다.
콘크리트궤도 장대레일의 휨 피로수명은 레일표면요철 및 S-N선도의 파괴확률에 따라 상당한 차이를 보이는 것으로 분석되었으며, 일본의 레일교체기준(60kg/m rail=8억톤) 산정 시 적용한 요철지수(Z=7)에 대한 피로수명을 비교해본 결과 S-N선도의 파괴확률 0.1%에 대한 결과와 동일하였다. 또한, 자갈궤도에 비해 콘크리트궤도의 경우 파괴확률에 따라 다소 차이가 있었으나 약 9~19% 피로수명이 큰 것으로 분석되었다.
에 파괴확률에 따른 레일의 피로수명을 정리하였다. 파괴확률은 실내피로시험결과로 도출된 S-N곡선의 표준편차에 따라 상당한 차이를 보일 수 있으며, 파괴확률이 낮을수록 안전율이 높아지는 결과를 보인다. 따라서 레일의 피로수명 산정을 위해 적용되는 파괴확률은 철도운영기관별 정책적인 결정에 의해 이루어지기 때문에 본 연구에서는 파괴확률 1%, 0.
후속연구
따라서 본 연구에서는 도시철도 콘크리트궤도(PTT) 장대레일의 피로수명을 제시하였으며, 향후 궤도지지강성, 온도변화, 열차종류, 운행속도 등에 대한 해석적인 변수연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
장대레일 교체주기는 어떤 분석을 통해 산정되었는가?
장대레일 교체주기는 자갈궤도 레일두부 표면요철과 레일 휨피로의 상관관계 분석을 통해 산정되었다. 본 연구에서는 실물 레일 휨 피로시험을 통한 레일의 S-N선도, 국내 도시철도(서울메트로) 콘크리트궤도에서 발생하는 레일 휨응력 예측식, Haibach's rule을 통해 콘크리트궤도 장대레일의 휨 피로수명을 평가하였다.
철도용 레일은 무엇을 수송하기 위한 수단으로 사용되고 있는가?
철도용 레일은 대량의 여객 및 화물을 수송하기 위한 수단으로 사용되고 있으며, 철도에 있어 매우 가치가 높은 시설물 중 하나이다. 또한, 승차감 확보 및 탈선방지를 위해 안전을 위한 신뢰성의 확보가 엄격히 요구되고 있다.
레일표면요철 측정한 1M 요철량에 대해서는 무엇을 고려하여 0.1m 요철량(N.V. for 0.1m)을 산정하여 v값으로 정하였는가?
V. for 1m)에 대해서는 용접부 열영향부(100mm)를 고려하여 0.1m 요철량(N.
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