초록 ▼

본 연구에서 연구한 횡단궤도시스템은 철도교량상 단부 궤도의 사용성 확보를 위해 교량 단부 궤도에 설치되는 신형식 궤도구조로써 철도교량상 궤도-교량 상호작용력(단부 부상력, 압축력)에 대한 궤도구성품의 안전성, 사용성 및 열차 주행안정성을 확보하기 위해 개발되었다. 저부에 포트받침을 설치하여 교량상판과 궤도구조를 구조적으로 분리시키는 시스템으로써 교량-궤도 상호작용력 저감에 매우 유리한 시스템으로 설계속도 및 대상교량의 경간장, 신축량 등에 따라 적절한 시스템 설계가 가능하여 모든 교량구간에 적용이 가능함을 실험 및 해석적으로 검증하

본 연구에서 연구한 횡단궤도시스템은 철도교량상 단부 궤도의 사용성 확보를 위해 교량 단부 궤도에 설치되는 신형식 궤도구조로써 철도교량상 궤도-교량 상호작용력(단부 부상력, 압축력)에 대한 궤도구성품의 안전성, 사용성 및 열차 주행안정성을 확보하기 위해 개발되었다. 저부에 포트받침을 설치하여 교량상판과 궤도구조를 구조적으로 분리시키는 시스템으로써 교량-궤도 상호작용력 저감에 매우 유리한 시스템으로 설계속도 및 대상교량의 경간장, 신축량 등에 따라 적절한 시스템 설계가 가능하여 모든 교량구간에 적용이 가능함을 실험 및 해석적으로 검증하였다. 또한 본 연구에서는 횡단궤도시스템의 주요특징을 서술하고 성능검증의 범위 및 방법을 제시하였으며 시스템 설계, 구조안정성 및 단부 궤도-교량 상호작용력 저감을 위한 횡단궤도시스템의 적용 효과를 분석하였고 현장시험시공이 가능하도록 호남고속철도 교량상 궤도표준도를 바탕으로 실시설계에 준하는 시스템 설계를 실시하여 횡단궤도시스템의 구성요소 설계결과와 조립성능시험결과를 비롯하여 시공 및 유지보수방안, 시스템 인터페이스 검토 등 종합결과를 제시하여 향후 현장시험시공을 위해 횡단궤도시스템의 구조적 성능 및 장기내구성능을 확인함으로써 철도시설로써의 시스템의 성능 및 적정성을 검증하였다.

Abstract ▼

The components of concrete track(rail and rail fastening system) in a railway bridge deck ends have been damaged and deteriorated by a track-bridge interaction force such as an uplift force and compression force owing to their structural flexural characteristics(bridge end rotation), calling for alt

The components of concrete track(rail and rail fastening system) in a railway bridge deck ends have been damaged and deteriorated by a track-bridge interaction force such as an uplift force and compression force owing to their structural flexural characteristics(bridge end rotation), calling for alternatives to improve the structural safety and serviceability.
Transition tracks are an alternative for enhancing the long-term serviceability and durability of concrete track components in railway bridges. In this study, by considering the rail supporting distance and the distance between the bridge and the abutment, the behavior of concrete track installed on a railway bridge end deck and the bridge end rotation were analyzed. In order to analyze the track-bridge interaction, bridge and abutment specimens with concrete track structures were designed and used in laboratory testing and computer analysis.
Further, the influence of bridge end rotation and rail supporting distance on the bridge deck ends of a concrete track on uplift forces currently employed in high-speed lines was assessed by performing field measurement data and the proposed prediction equation using actual vehicles running along the service line. As the results, at a constant fastening support distance, an increase in the bridge end rotation caused an increase in the displacement of the rail. Therefore, the displacement of the rail directly affects the rail and clip stress. Further, it is inferred that the results of multiple regression analysis obtained using measured data such as bridge end rotation, clip stress, and rail displacement can be used to predict the uplift force acting on concrete tracks in bridge deck ends by considering rail supporting distance, and the prediction equation should be of practical use for track maintenance.
According to the change of the rail supporting distance, the empirical uplift force determined using finite element analysis and track-bridge interaction test was compared with the predicted uplift force using the dynamic bridge end rotation measured through field measurements.
The study performed a comparison between theoretical (numerical) and experimental results, and the results contributed toward the development of simple prediction and evaluation methods for the maintenance of the in-serviced railway bridge deck ends.
In the case that the clip stress, and track and bridge properties are known, the uplift force could be predicted using the proposed prediction equation and bridge end rotation, which can be measured through a relatively simple field test.
In this study, to develop transition track to enhance the long term workability and durability of concrete track components in a railway bridge deck ends so as to improve the performance of concrete track. Therefore, a time-history analysis and a three-dimensional finite element method analysis were performed to consider the train speed and the effect of multiple loads of train and compared with the performance requirement and German standard for transition track. Also, two specimens with a normal concrete track and a transition track were fabricated to evaluate the effects of the application of the developed transition track, and static tests were conducted. From the results, the track-bridge interaction force acted on the track components (rail displacement, rail stress and clip stress) of the railway bridge deck end with the developed transition track were significantly reduced, compared with the specimen of non-transition track.
In this study, the structural behavior of transition track such as the variation in static and dynamic displacements and dynamic properties (acceleration, natural freqeuncy and damping ratio) was assessed and compared by performing loading test and finite element analysis using actual vehicle impact loading. As a result, the analytical results reproduced the experimental results well within about 2-5% difference in the values. Further, we found that the static and dynamic behavior of transition track system is expected to satisfied the actual vehicle impact loading, and therefore it is inferred that the structural capacity of transition track system is proved.
It is found that the structural behavior of the transition track system is expected to satisfy the actual vehicle impact loading, and the variation in the neutral axis and dynamic characteristics are not affected by the fatigue loading.
Therefore, it is inferred that the structural capacity and long-term durability of the transition track system is proven.

목차 Contents

• 제 출 문 ... 1
• 보고서 요약서 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 11
• 목 차 ... 14
• 표 목 차 ... 17
• 그 림 목 차 ... 20
• 제 1 장 연구개발과제 개요 ... 24
• 제 1 절 연구개발의 목적 및 필요성 ... 24
• 제 2 절 연구개발의 정의 및 범위 ... 28
• 1. 횡단궤도시스템의 정의 ... 28
• 2. 횡단궤도시스템의 적용범위 ... 31
• 3. 주요검토사항 ... 33
• 제 3 절 관련분야의 국내외 기술개발 현황 ... 34
• 제 4 절 연구개발결과가 관련분야에서 차지하는 위치 ... 36
• 제 2 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 38
• 제 1 절 서론 ... 38
• 1. 연구배경 ... 38
• 2. 국내·외 철도교량 단부 궤도의 사용성 평가 기준 및 연구동향 ... 43
• 3. 현행 철도교량 단부 궤도의 문제점 해결방안 ... 45
• 4. 횡단궤도시스템의 필요성 ... 55
• 제 2 절 횡단궤도시스템 개요 및 성능 ... 58
• 1. 횡단궤도시스템 개요 ... 58
• 2. 횡단궤도시스템 적용 범위 ... 61
• 3. 횡단궤도시스템의 구성재료별 기능 및 규격 ... 64
• 4. 횡단궤도시스템의 적용 효과 검토 ... 80
• 제 3 절 횡단궤도시스템의 성능검증시험 ... 99
• 1. 횡단궤도시스템의 수치해석 ... 99
• 2. 횡단궤도시스템의 실내 조립성능시험(실대형 시험결과) ... 108
• 제 4 절 현장적용성 평가 ... 132
• 1. 횡단궤도시스템의 현장적용을 위한 요구조건 ... 132
• 2. 횡단궤도시스템의 유지보수 ... 137
• 3. 횡단궤도시스템의 현장적용성 검토 ... 139
• 4. 현장 시험시공 계획 ... 153
• 제 5 절 시스템 인터페이스 검토 ... 157
• 1. 노반 인터페이스 ... 157
• 2. 전기·신호 인터페이스 ... 161
• 제 6 절 요 약 ... 163
• 제 7 절 결 론 ... 167
• 제 3 장 최종 연구성과 및 적용실적 ... 168
• 제 1 절 시제품제작 ... 168
• 1. 1차년도(교량-교대-횡단궤도시스템) ... 168
• 2. 2차년도(강합성구조 횡단궤도시스템) ... 169
• 3. 3차년도(강구조 횡단궤도시스템) ... 170
• 제 2 절 성능시험 ... 171
• 1. 교량/교대조합시험을 통한 횡단궤도시스템 적용 전,후의 철도교량단부의 역학적 거동특성분석 ... 171
• 2. 횡단궤도시스템의 정·동적 재하시험 및 반복피로시험을 통한 자체성능검증 및 거동특성 분석 ... 172
• 3. 횡단궤도시스템의 현장적용성 검토를 통한 보완/상세설계후 성능검증시험 ... 174
• 제 3 절 주요 연구성과 ... 175
• 1. 학술적 성과 ... 175
• 2. 기술적 성과 ... 176
• 3. 실용적 성과 ... 177
• 제 4 절 기술개발 성과의 국내외 시장 전망 ... 177
• 1. 궤도 건설 및 유지보수 시장 규모 ... 178
• 2. 고속선 건설시장의 증가 ... 178
• 3. 궤도구조 개발 및 성능향상관련 시장전망 ... 179
• 제 4 장 연구목표 달성 및 효과 ... 182
• 제 1 절 연구개발 최종목표 달성도 ... 182
• 제 2 절 연구개발성과의 기술적 효과분석 ... 185
• 제 3 절 연구개발성과의 경제적 효과분석 ... 187
• 제 4 절 연구개발성과의 정책적 효과분석 ... 190
• 제 5 장 연구성과의 활용 및 추가연구 필요성 ... 191
• 제 1 절 연구성과 향후활용방안 ... 191
• 제 2 절 추가연구의 필요성 ... 194
• 참고문헌 ... 196
• 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 199
• 끝페이지 ... 199