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도시형 자기부상열차 하중을 고려한 철도교량 동적해석
Dynamic Analysis for Railway Bridge Considering Urban Maglev Train 원문보기

한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회, 2011 Apr. 14, 2011년, pp.481 - 484  

김정훈 (고려대학교 건축.사회환경공학과) ,  차경렬 ((주)현대건설 토목환경사업본부) ,  이웅희 ((주)삼안 철도구조부) ,  강영종 (고려대학교 건축.사회환경공학과)

초록
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최근 철도는 미래의 핵심교통수단이자 저탄소 녹색성장을 대표하는 교통수단으로 주목받고 있다. 그 중 자기부상열차는 바퀴 마찰에 따른 소음 진동 분진이 없는 차세대 교통수단이며, 이를 지지하는 구조물(교량)은 열차의 운행 안정성(동적거동)을 고려한 설계가 필요하다. 또한, 상부 구조물은 자기부상열차의 연행이동등분포하중을 지지하며, 이러한 하중조건을 갖는 차량이 운행할 때 상부 구조물은 설계기준사항들을 만족해야한다. 도시형 자기부상철도 토목구조물 설계기준에 의하면 도시형 자기부상철도의 운행 안정성(동적거동)을 평가하기 위한 항목들로 대상 구조물의 고유진동수, 승차감을 고려한 연직처짐 등이 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 자기부상열차의 실 열차하중을 고려하여 연행이동등분포하중으로 철도교량의 동적거동을 검토하였으며, 설계기준을 적용하여 대상 철도 교량의 운행 안정성을 평가하였다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 1) 자기부상열차 실 열차하중을 고려한 철도교량의 동적 해석 및 검토 방법을 정립하였다.
  • 교량의 동적 해석 방법으로는 자기부상열차의 실 열차하중(moving load)을 고려하여 연행이동 등분포하중으로 구조물의 동적거동을 검토하였다. 자기부상열차의 실 열차하중을 적용한 속도의 범위는 최고 설계속도 110km/h 까지의 속도를 적용하였으며, 동해석 소요시간과 검토할 속도대역에서의 동적영향을 충분히 반영하기 위하여 속도를 10km/h씩 증가시겨 10∼110km/h(10, 20 ∼100, 110)까지 총 11개의 속도에서 동적거동 및 최대 변위, 가속도에 대한 시간 이력 해석을 수행 하여 이를 분석하였다.
  • 자기부상열차의 실 열차하중을 적용한 속도의 범위는 최고 설계속도 110km/h 까지의 속도를 적용하였으며, 동해석 소요시간과 검토할 속도대역에서의 동적영향을 충분히 반영하기 위하여 속도를 10km/h씩 증가시겨 10∼110km/h(10, 20 ∼100, 110)까지 총 11개의 속도에서 동적거동 및 최대 변위, 가속도에 대한 시간 이력 해석을 수행 하여 이를 분석하였다. 그리고 고유진동수에 따른 동적거동, 차량의 등속운동 및 교량의 감쇠에 따른 동적응답을 검토하였다. 교량의 동적 해석 프로그램으로 LUSAS Version 14.
  • 022 Hz로 1차 휨고유진동수의 하한치인 5 Hz 보다 크므로 설계기준을 만족하였다. 그리고 자기부상열차의 실 열차하중(moving load)을 적용한 동적해석을 수행한 결과, 동적 응답이 가장 크게 발생한 교축방향 중앙의 연행이동등분포하중 재하 위치에서 속도별 최대 연직처짐 및 상판 수직가속도 그리고 최대 응답발생 속도 및 최대 속도에 대한 시간 이력을 검토하여 운행 안정성(동적거동)을 평가하였다. 승차감을 고려한 연직처짐(L/δ)의 경우, 속도별 최대 연직처짐은 그림 5와 같으며, 최대 연직처짐 발생 속도에 대한 시간 이력은 그림 6과 같다.
  • 본 연구에서는 도시형 자기부상열차 하중을 지지하는 철도교량의 동적해석을 수행하여 운행 안정성 (동적거동)을 검토 및 분석하였으며, 도시형 자기부상열차의 실 열차하중을 고려하여 연행이동등분포하중을 적용하였다. 또한, 설계기준에 따라 교량의 고유진동수, 승차감을 고려한 연직 처짐 그리고 수직가속도 등을 평가하였다.
  • 따라서, 안전성 및 사용성에 대한 검토 및 평가는 매우 중요하다고 할 수 있으며, 이를 고려한 철도 구조물의 설계가 필요하다. 본 연구에서는 도시형 자기부상열차 하중을 지지하는 철도교량의 동적해석을 수행하여 운행 안정성 (동적거동)을 검토 및 분석하였으며, 도시형 자기부상열차의 실 열차하중을 고려하여 연행이동등분포하중을 적용하였다. 또한, 설계기준에 따라 교량의 고유진동수, 승차감을 고려한 연직 처짐 그리고 수직가속도 등을 평가하였다.
  • 본 연구에서는 도시형 자기부상열차의 실 열차하중을 고려하여 연행이동등분포하중으로 교량의 동적거동을 검토하였으며, 도시형 자기부상철도 토목구조물 설계기준 및 호남고속철도 설계기준을 적용하여 대상 자기부상열차 철도교량의 운행 안정성을 평가하였으며, 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 자기부상열차의 실 열차하중을 적용한 속도의 범위는 최고 설계속도 110km/h 까지의 속도를 적용하였으며, 동해석 소요시간과 검토할 속도대역에서의 동적영향을 충분히 반영하기 위하여 속도를 10km/h씩 증가시겨 10∼110km/h(10, 20 ∼100, 110)까지 총 11개의 속도에서 동적거동 및 최대 변위, 가속도에 대한 시간 이력 해석을 수행 하여 이를 분석하였다.
  • 교량의 동적거동 검토 및 평가는 도시형 자기부상철도 토목구조물 설계기준 및 호남고속철도 설계기준을 적용하였으며, 도시형 자기부상열차의 실 열차하중을 고려하여 연행이동등분포하중으로 구조물의 동적거동을 검토하였다. 적용속도는 최고 설계속도 110km/h 까지의 속도를 적용하였으며, 연행이동등분포하중에 의한 동적응답을 산출하여 운행 안정성 여부를 판단하였다.

대상 데이터

  • 동적 재하하중은 자기부상열차의 실 열차하중인 그림 1과 같으며, 검토 대상 교량은 그림 2와 같은 PSC-U형 거더단면의 철도교량이며, 지간이 30m인 단순교이다. 이에 대한 해석모델은 그림 3과 같이 모두 쉘요소(concrete)를 사용하여 모델링하였다.

이론/모형

  • 교량의 동적거동 검토 및 평가는 도시형 자기부상철도 토목구조물 설계기준 및 호남고속철도 설계기준을 적용하였으며, 도시형 자기부상열차의 실 열차하중을 고려하여 연행이동등분포하중으로 구조물의 동적거동을 검토하였다. 적용속도는 최고 설계속도 110km/h 까지의 속도를 적용하였으며, 연행이동등분포하중에 의한 동적응답을 산출하여 운행 안정성 여부를 판단하였다.
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