[논문]일반철도 강화노반 두께의 고속철도 적용 가능성 연구

이진욱; 이성혁; 사공명

문제 정의

따라서 본 논문에서는 실대형시험을 통하여 일반철도 강화노반 두께기준 20㎝에서의 열차속도 200㎞/h의 적용여부를 판단하고 동일 선로에서 속도향상에 따른 철도노반의 침하특성을 분석함으로써 기존선의 콘크리트 궤도의 적용성과 속도향상 가능성을 검토하였다. 또한 일반철도에서는 입도조정부순돌(M-40)을 강화노반재료로 제시하고 있으나 고속철도에서 적용하고 있는 강화노반은 보조도상과 입도조정층으로 이원화 되어 있으며 입도를 포함한 별도의 품질기준을 제시하고 있으므로 본 논문을 통해서 기존선의 입도조정부순돌에 대한 고속철도 강화노반 적용 가능성을 파악하였다.
따라서 본 논문에서는 실대형시험을 통하여 일반철도 강화노반 두께기준 20㎝에서의 열차속도 200㎞/h의 적용여부를 판단하고 동일 선로에서 속도향상에 따른 철도노반의 침하특성을 분석함으로써 기존선의 콘크리트 궤도의 적용성과 속도향상 가능성을 검토하였다. 또한 일반철도에서는 입도조정부순돌(M-40)을 강화노반재료로 제시하고 있으나 고속철도에서 적용하고 있는 강화노반은 보조도상과 입도조정층으로 이원화 되어 있으며 입도를 포함한 별도의 품질기준을 제시하고 있으므로 본 논문을 통해서 기존선의 입도조정부순돌에 대한 고속철도 강화노반 적용 가능성을 파악하였다. 실대형시험에 사용된 콘크리트 궤도는 현재 경부고속철도 2 단계에 적용되고 있는 레다-2000을 부설하였으며 재하하중과 주파수는 열차속도 200㎞/h, 300㎞/h, 400㎞/h에 상응하여 결정하였다.

제안 방법

계측기는 그림 6에서 보는 바와 같이 노반의 지중변위 4개소, 콘크리트 궤도 구성품의 변위 4개소 그리고 토압 4개소를 설치하여 동하중을 재하하면서 계측하였다. 토압계와 지중변위를 계측하기 위한 침하계는 강화노반 최상부에 설치하고 최상부로부터 0.
일반철도 강화노반 기준에서의 콘크리트 궤도 적용성과 동일 선로에서 열차속도 증가의 가능성을 노반의 동적 거동을 통하여 확인하기 위하여 실대형시험을 수행하였다. 그림 1에서 보는바와 같이 실대형 통합성능시험 시스템은 토조, 하중재하 장치와 하중 반력대로 구성되어 있다.
일반철도 강화노반 두께를 갖는 선로에서의 200㎞/h급의 콘크리트 슬래브 궤도의 적용성 검토와 동일 선로에서 속도향상 시 노반의 동적 거동을 분석하기 위하여 일반철도 설계기준인 20㎝ 두께의 강화 노반상에서 열차의 속도증가에 따른 궤도와 노반변위 및 토압을 측정하여 분석하였다.
일반철도 기준인 강화노반 두께20㎝에서의 200㎞/h급 콘크리트 궤도의 적용성 여부와 동일선상에서의 속도향상 가능성을 검토하기 위하여 20㎝두께의 강화노반상에 콘크리트 궤도를 부설하여 실대형시험을 실시하여 아래와 같은 결론을 얻었다.
3,다짐도≥95%을 모두 만족시켰다. 재하순서는 200㎞/h에 해당하는 윤중 135kN하중을 4Hz로100만회 재하 후 속도향상 영향을 파악하기 위하여300㎞/h, 400㎞/h에 해당하는 하중 156kN을 각각 6Hz, 8Hz로 100만회씩 재하하였다.
실대형시험에 적용한 열차는 KTX 열차로서 대차중심거리는 동력차의 대차중심 거리 14m를 적용하였으며 시험하중은 KTX의 축중 170kN을 적용하였다. 재하횟수는 1년간의 누적 통과톤수 14MGT에 해당하는 100만회를 재하횟수로 하였다. 하중제어로 재하를 하는 경우에는 완전히 하중을 제하하면 하중이 0이 되는 위치에서의 제어가 곤란하기 때문에 제하측은 어느 정도의 하중을 남기는 경우가 일반적이다.
레일에 작용하는 하중은 열차의 속도에 의해 발생하는 충격하중을 적용시킨다. 충격하중은 활하중에 충격계수를 곱하여 구하는데, 정확한 충격계수는 정적하중과 동적하중을 현장에서 계측하여 구하여야 하나 각 선로별 편차가 크므로 기존의 제안식을 사용하였다. 충격계수는 고저틀림에 의한 차체 상하 진동에 따른 관성력과 차륜/레일간 요철에 기인하는 차량 스프링 부분의 상하진동에 따른 충격력을 고려한 계수이며 속도의 증가에 따라 비례적으로 증대하는 것으로 알려져 있으며 본 연구에서는 일본에서 적용하고 있는 식(1)을 이용하여 충격계수를 산정하였으며 최대값은 1.
5m에 설치하여 계측하였다. 콘크리트 궤도의 경우, HSB층과 TCL층 때문에 노반내 변위를 위한 침하봉 설치 기준점을 토조 바닥에 설치하여 계측하였다. 콘크리트 궤도 구성품의 변위는 레일과 침목, TCL층과 HSB층에 변위계를 설치하였다.
계측기는 그림 6에서 보는 바와 같이 노반의 지중변위 4개소, 콘크리트 궤도 구성품의 변위 4개소 그리고 토압 4개소를 설치하여 동하중을 재하하면서 계측하였다. 토압계와 지중변위를 계측하기 위한 침하계는 강화노반 최상부에 설치하고 최상부로부터 0.5m, 1.5m, 2.5m에 설치하여 계측하였다. 콘크리트 궤도의 경우, HSB층과 TCL층 때문에 노반내 변위를 위한 침하봉 설치 기준점을 토조 바닥에 설치하여 계측하였다.
토조내에 부설한 하부노반과 상부노반의 다짐도를 철도설계기준에서 제시하는 값에 만족시키기 위하여 시험 전 다짐시험을 수행하였다. 다짐시험결과 다짐롤러를 이용하여 무진동 2회, 진동 7회로 다짐을 한 경우, 고속철도 콘크리트 슬래브 궤도의 기준치인 K₃₀≥110MN/m³, E_v2≥80MN/m², E_v2/E_v1<2.

대상 데이터

2m, 높이 240㎝이다. 노반강화 콘크리트는 강화노반상에 콘크리트 층의 두께 300㎝이며 강도(fck)는 실린더 압축 강도는 12MPa이며 폭은 3.8m로 하였다.
콘크리트 침목은 Bi-Block형 콘크리트 침목을 사용하였으며 침목지지간격은 65㎝이다. 도상 콘크리트의 강도(fck)는 실린더 압축강도 30MPa이며, 폭은 3.2m, 높이 240㎝이다. 노반강화 콘크리트는 강화노반상에 콘크리트 층의 두께 300㎝이며 강도(fck)는 실린더 압축 강도는 12MPa이며 폭은 3.
하중제어로 재하를 하는 경우에는 완전히 하중을 제하하면 하중이 0이 되는 위치에서의 제어가 곤란하기 때문에 제하측은 어느 정도의 하중을 남기는 경우가 일반적이다. 따라서 본 시험에서는 모든 시험케이스에서 그림 5와 같이 최대하중과 최소하중의 차가 100kN이 되는 Sin파로 하중을 재하하였다.
콘크리트 궤도 구성품의 변위는 레일과 침목, TCL층과 HSB층에 변위계를 설치하였다. 변위계와 토압계, 데이터 로거는 일본 Kyowa 제품을 사용하였다.
실대형 시험에 조성한 콘크리트 궤도는 경부선 2단계에 적용된 레다 2000을 사용하였으며 그림 3에서 보는 바와 같이 도상 콘크리트(TCL:Track Concrete Layer)와 노반 강화 콘크리트(HSB:Hydraulically Stabillized Base)로 구성되었다. 콘크리트 침목은 Bi-Block형 콘크리트 침목을 사용하였으며 침목지지간격은 65㎝이다.
실대형 시험의 시험단면을 조성하기 위하여 사용한 강화노반 재료는 일반철도의 강화노반기준을 만족하는 입도조정부순돌(M-40)을 사용하였으며 상부노반 시료는 고속철도 설계기준(노반편)에 제시되어 있는 기준을 만족시키는 시료를 사용하였다. 상부노반 재료의 시험결과 흙쌓기 재료는 노반설계기준의 군분류상 A군에 속하는 SW로서 상부노반 설계기준을 만족하고 있다.
또한 일반철도에서는 입도조정부순돌(M-40)을 강화노반재료로 제시하고 있으나 고속철도에서 적용하고 있는 강화노반은 보조도상과 입도조정층으로 이원화 되어 있으며 입도를 포함한 별도의 품질기준을 제시하고 있으므로 본 논문을 통해서 기존선의 입도조정부순돌에 대한 고속철도 강화노반 적용 가능성을 파악하였다. 실대형시험에 사용된 콘크리트 궤도는 현재 경부고속철도 2 단계에 적용되고 있는 레다-2000을 부설하였으며 재하하중과 주파수는 열차속도 200㎞/h, 300㎞/h, 400㎞/h에 상응하여 결정하였다.
실대형시험에 적용한 열차는 KTX 열차로서 대차중심거리는 동력차의 대차중심 거리 14m를 적용하였으며 시험하중은 KTX의 축중 170kN을 적용하였다. 재하횟수는 1년간의 누적 통과톤수 14MGT에 해당하는 100만회를 재하횟수로 하였다.
실대형 시험에 조성한 콘크리트 궤도는 경부선 2단계에 적용된 레다 2000을 사용하였으며 그림 3에서 보는 바와 같이 도상 콘크리트(TCL:Track Concrete Layer)와 노반 강화 콘크리트(HSB:Hydraulically Stabillized Base)로 구성되었다. 콘크리트 침목은 Bi-Block형 콘크리트 침목을 사용하였으며 침목지지간격은 65㎝이다. 도상 콘크리트의 강도(fck)는 실린더 압축강도 30MPa이며, 폭은 3.
하중재하 장치의 사양은 최대 동적 하중이 250kN이며, 가진 진동수는 100Hz, 동적 변위는 ±125㎜이다. 토조는 폭(W) 4.5m, 깊이(D) 4m, 길이(L) 20m의 크기로 그림 2에 나타내었다.

성능/효과

1) 철도설계기준(2011)에서 제시하고 있는 일반철도의 강화노반 두께기준 20㎝를 콘크리트 궤도에 적용한 경우, 열차속도200㎞/h에서의 누적 잔류침하량이 고속철도설계기준의 흙쌓기 허용잔류침하량 5㎜를 만족하며 동일선로에서 400㎞/h까지의 속도향상 시에도 허용잔류침하량 기준을 만족한다.
2) 노반표면에 임의 한계 이상의 처짐 발생시 표층 균열 발생을 방지하기 위하여 제한을 두고 있는 노반 표면의 탄성침하량 기준 2.5㎜을 열차속도에 관계없이 만족한다.
3) 상부노반면의 잔류침하량과 탄성침하량을 고려하면 일반철도 강화노반 두께 기준인 20㎝ 두께의 강화노반에서 200㎞/h급 콘크리트 궤도의 적용이 가능하며, 열차의 속도향상도 가능한 것으로 판단된다.
다짐시험결과 다짐롤러를 이용하여 무진동 2회, 진동 7회로 다짐을 한 경우, 고속철도 콘크리트 슬래브 궤도의 기준치인 K30≥110MN/m3, Ev2≥80MN/m2, Ev2/Ev1<2.3,다짐도≥95%을 모두 만족시켰다.
이러한 현상은 노반의 지중변위가 재하초기에 재하횟수에 따라 침하가 많이 발생하게 되는 특징과 함께 나타나게 된다. 따라서 열차속도 300㎞/h와 400㎞/h로 주행 시에는 재하하중이 증가함에 따라 노반에 작용하는 하중은 증가하지만 노반의 침하량의 증가가 200㎞/h에 비해 거의 발생하지 않으므로 인해 하중 재하 시 발생한 토압 또한 재하횟수에 따라 감소하는 특징이 상대적으로 적게 나타났다.
16㎜정도이며 반복 횟수에 영향을 미치지 않고 대개 일정한 추이를 나타내고 있다. 또한 탄성침하량은 열차속도의 영향을 많이 받지 않을 뿐만 아니라 열차운행 횟수의 영향도 거의 받지 않는 것으로 파악되었다. 탄성침하량 기준으로 검토한 결과 20㎝의 강화노반 두께에 대해 200㎞/h의 속도로 주행 시 노반의 탄성침하량 기준 2.
또한 탄성침하량은 열차속도의 영향을 많이 받지 않을 뿐만 아니라 열차운행 횟수의 영향도 거의 받지 않는 것으로 파악되었다. 탄성침하량 기준으로 검토한 결과 20㎝의 강화노반 두께에 대해 200㎞/h의 속도로 주행 시 노반의 탄성침하량 기준 2.5㎜를 만족하고 있음을 알 수 있었으며 동일 선로상에서 열차의 속도를 400㎞/h까지 증가 시에도 노반의 탄성침하량은 기준을 만족시키고 있다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고속철도 적용 연구에서 실대형시험을 수행한 이유는?	일반철도 강화노반 기준에서의 콘크리트 궤도 적용성과 동일 선로에서 열차속도 증가의 가능성을 노반의 동적 거동을 통하여 확인하기 위하여 실대형시험을 수행하였다. 그림 1에서 보는바와 같이 실대형 통합성능시험 시스템은 토조, 하중재하 장치와 하중 반력대로 구성되어 있다.
	국토해양부에서 국가기간교통망계획 제2차 수정계획을 확정 고시한 근거는?	최근 국토해양부에서는 국가통합교통체계효율화법 제4조 제5항의 규정에 의하여 국가기간교통망계획(2001~2020) 제2차 수정계획을 확정 고시하였다. 국가기간교통망계획에 따르면 철도분야에서는 X자형과 □자형의 국가 철도망을 구축할 계획으로 현재 건설·운영 중인 노선은 230㎞/h급으로 고속화, 계획·설계 중인 노선은 250㎞/h급으로 고속화 하는 간선철도 고속화를 통한 철도기능 효율화 관련 내용을 주요 내용으로 고시하였다.
	20㎝두께의 강화노반상에 콘크리트 궤도에 대한 실대형시험으로 얻은 결론은?	1) 철도설계기준(2011)에서 제시하고 있는 일반철도의 강화노반 두께기준 20㎝를 콘크리트 궤도에 적용한 경우, 열차속도200㎞/h에서의 누적 잔류침하량이 고속철도설계기준의 흙쌓기 허용잔류침하량 5㎜를 만족하며 동일선로에서 400㎞/h까지의 속도향상 시에도 허용잔류침하량 기준을 만족한다. 2) 노반표면에 임의 한계 이상의 처짐 발생시 표층 균열 발생을 방지하기 위하여 제한을 두고 있는 노반 표면의 탄성침하량 기준 2.5㎜을 열차속도에 관계없이 만족한다. 3) 상부노반면의 잔류침하량과 탄성침하량을 고려하면 일반철도 강화노반 두께 기준인 20㎝ 두께의 강화노반에서 200㎞/h급 콘크리트 궤도의 적용이 가능하며, 열차의 속도향상도 가능한 것으로 판단된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

일반철도 강화노반 두께의 고속철도 적용 가능성 연구
Examine the Applicability of the Thickness of Conventional Railroad Reinforced Roadbed at High-speed Railroad 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

일반철도 강화노반 두께의 고속철도 적용 가능성 연구 Examine the Applicability of the Thickness of Conventional Railroad Reinforced Roadbed at High-speed Railroad 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

일반철도 강화노반 두께의 고속철도 적용 가능성 연구
Examine the Applicability of the Thickness of Conventional Railroad Reinforced Roadbed at High-speed Railroad 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper