초록 ▼

본 연구는 철도망 확충과 고속화를 지향하는 국가시책에 부응할 수 있는 신개념 아스팔트 노반 및 궤도구조 개발을 최종 목표로 하고 있다. 총 연구기간 5년 중 당해연도는 1차년도 연구로서 궤도구조별 아스팔트 혼합물 성능정립, 개질제설계, 아스팔트 노반 직결궤도 시작품제작 및 아스팔트 노반상 콘크리트 궤도상세설계를 수행하였다. 주요 연구내용은 다음과 같다.
○ 철도용 아스팔트 혼합물 개발을 위해 저온영역의 온도둔감성 및 고온영역의 균열저항성 개선을 목표로 한 개질제 개발과 궤도종류별 아스팔트 혼합물 배합설계를 통해 각 궤도 구조별

본 연구는 철도망 확충과 고속화를 지향하는 국가시책에 부응할 수 있는 신개념 아스팔트 노반 및 궤도구조 개발을 최종 목표로 하고 있다. 총 연구기간 5년 중 당해연도는 1차년도 연구로서 궤도구조별 아스팔트 혼합물 성능정립, 개질제설계, 아스팔트 노반 직결궤도 시작품제작 및 아스팔트 노반상 콘크리트 궤도상세설계를 수행하였다. 주요 연구내용은 다음과 같다.
○ 철도용 아스팔트 혼합물 개발을 위해 저온영역의 온도둔감성 및 고온영역의 균열저항성 개선을 목표로 한 개질제 개발과 궤도종류별 아스팔트 혼합물 배합설계를 통해 각 궤도 구조별 목표 성능 및 공용성 등급을 제안
○ 수치해석을 통한 최적 아스팔트 노반 설계 및 실대형 시험을 통한 노반거동분석 결과, 유도상 아스팔트 노반이 기존 유도상 궤도에 비해 우수한 성능을 가지고 있음을 확인함.
○ 궤도 구조별(직결궤도, PST궤도 등) 3차원 유한요소 해석을 통한 동적 거동예측, 재료 실험을 통한 콘크리트 비선형 모델 개발 및 최적화 설계과정을 통한 궤도 구조 단면 최적화 수행
○ 평면곡선, 종곡선 및 캔트 등을 사전에 설정할 수 있는 3차원 입체형상의 분리형, 일체형 프리캐스트 패널을 개발하여 시작품을 제작, 시험부설함. 이를 통해 승차감과 시공 정밀도 향상, 공기단축을 통한 건설비 저감이 가능함.
○ 열차 주행 시 안정성 및 종․횡저항력 확보를 위한 아스팔트 노반과 상부구조의 결합방법 및 전단앵커를 개발, 시작품 제작을 완료함.
○ 아스팔트 궤도의 성능설계를 위한 노반구조 설계법 기초로직(안)을 수립하고 실내시험을 통한 노반재료 설계입력변수를 확립하였으며, 재료별 영구변형모델과 소성변형모델 및 피로모델을 분석함.

( 출처 : 요약서 6p )

Abstract ▼

Ⅳ. Research Outcome
1. Asphalt Mixture Design in Application for Railway Roadbed
가. Suggestion for target performance and commonality level of modified asphalt material depending on a track system
• The bearing layer’s penetration (50/70) of asphalt specified in the German pavement guidelin

Ⅳ. Research Outcome
1. Asphalt Mixture Design in Application for Railway Roadbed
가. Suggestion for target performance and commonality level of modified asphalt material depending on a track system
• The bearing layer’s penetration (50/70) of asphalt specified in the German pavement guideline (ZTV Asphalt-StB 07) is similar to the one in AP-5 of the country.
• The use of PG 64-22, PG 70-22 is suggested based on the modification from AP-5 and SBS combined (1-3wt%).

나. Development of modified asphalt binder
• Implementation of Penetration test, Dynamic Shear Rheometer(DSR), and Bending Beam Rheometer(BBR)
• One level enhanced; PG 70 for ballast and slab tracks, and PG 76 for direct-fastened track.

다. Development for an asphalt mixture
• Compaction test to improve asphalt content (Marshall compactor, Gyratory Compactor)

라. CRM mofidied asphalt concrete
• Comparison and analysis of wet- and dry-types of asphalt concrete production method with modified materials added in.
• Mixture evaluation by using Marshall compactor (wet- and dry-types)
• Mixture evaluation by using Gyratory compactor (wet- and dry-types)

2. Performance evaluation of ballast asphalt roadbed
가. Determination of cross section for ballast asphalt roadbed test through numerical analysis using the GEOTRACK program
나. Behavior analysis of asphalt reinforced roadbed by numerical analysis
다. Cyclic loading full-scale test
• Behavior analysis of roadbed layer under moving train loads by instrumenting soil pressure cell, settlement measurement, accelerometer, strain gage, thermometer
• Verification for asphalt roadbed role through comparison and analysis of the experimental and numerical results.
라. Validity check of numerical parameters by correlation with experimental results.

3. Asphalt Roadbed Track
가. Development of a wide sleeper for asphalt roadbed
• Application of a wide sleeper for minimizing stresses (underneath the sleeper) on asphalt roadbed layer and reinforced road layer.
• Sleeper design for displacement and stress in allowable limit.
• Investigation of displacement and stress on asphalt (reinforced) roadbed varying the width underneath the sleeper and the thickness.
• Suggestion on a sleeper configuration
• Suggestion on a shear reinforcement device for safety ensurance under loads in both the longitudinal and transverse directions.

나. Applicability check of concrete track on asphalt roadbed
• Application of the impact factor specified in “Design Criteria for Railroad”
• Application of load combination specified in Geman standard (DIN Expert Report 101)
• Computation of the maximum flexural tensile stress (in longitudinal and transverse directions) of track structure by MSC Software Marc 2010
• Computation of longitudinal/transverse reinforcement amount
• Check on fatigue load and roadbed pressure

다. Design for precast concrete slab
• Structural stability check using 3-D finite element analysis
• Evaluation on behavior of precast concrete slab depending on cross sectional area of rebar
• Trial product of asphalt roadbed direct-fastened track
• Field installation of asphalt track

4. LCC analysis of asphalt track system
가. Domestic LCC analysis
• Application of characteristic value based on single-track length of 1km with the input data of initial cost (including construction, plan, design, construction supervision), maintenance cost (including inspection, repair/retrofit, replacement), and disassembly cost.
• Asphalt track is analyzed to have a LCC reduction of 310,000천원(10.7%) with respect to ballast track, and 48,135천원(1.82%) with respect of concrete track.
• While asphalt track requires more initial cost, compared with ballast track, the cumulative expense is analyzed to be reversed in the 21th year.

나. Foreign LCC analysis
• German track company(Rail. One) performed a LCC analysis with ballast track, asphalt track(GETRAC A3), and concrete track(RHEDA 2000) considering the initial cost in the superstructure and track construction.
• The German LCC analysis showed that the LCC cost for RHEDA-2000 and GETRAC A3 would become identical in the 35∼37th year after construction, and after then the ballastless track would become more economical.

5. Numerical analysis of asphalt track
가. 3-D FE analysis of asphalt track interface
• Dynamic analysis of interface using FE analysis program(LUSAS)
• Interface behavior evaluation of concrete slab displacement and stress subjected to wheel loads

나. Desigh check of PST
• 3-D Full Modeling analysis
• Structural safety evaluation on slab track depending on design methods

6. Design method for asphalt roadbed track
가. Laboratory test for property quantization of asphalt roadbed materials
나. Laboratory and field tests for property quantization of track substructure
• Characteristic evaluation on the roadbed permanent strain through cyclic triaxial tests
• Determination of the resilient modulus(ER) through full-scale cyclic triaxial test
• Determination of the shear modulus(G) and damping ratio(D) through mid-size resonant tests
다. Development of a potential logic for asphalt track design method

( 출처 : SUMMARY 24p )

목차 Contents

• 표지 ... 1제출문 ... 2보고서 요약서 ... 6요약문 ... 8SUMMARY ... 20Contents ... 34목차 ... 36표목차 ... 38그림목차 ... 48제1장 연구개발과제의 개요 ... 64 제1절 연구개발의 필요성 ... 64 제2절 연구개발 목표 및 범위 ... 67 1. 연구개발의 최종 목표 ... 67 2. 연구내용 및 범위 ... 68제2장 국내외 기술개발 현황 ... 71 제1절 국내외 특수 아스팔트 현황 ... 71 1. 국외 철도 아스팔트 현황 ... 71 2. 국내 아스팔트 현황 ... 97 제2절 철도 아스팔트 노반 및 궤도 현황 ... 110 1. 국외 철도 아스팔트 노반 및 궤도 기준 ... 110 2. 국외 아스팔트 노반 및 궤도 설계인자 분석 ... 121 3. 국외 아스팔트 궤도 시공 사례 ... 142 4. 슬래브 패널 및 침목용 지오텍스타일 ... 150제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 151 제1절 철도 노반용 아스팔트 혼합물 배합설계 ... 151 1. 궤도별 개질 아스팔트의 목표성능 및 공용성 등급 제안 ... 151 2. 개질 아스팔트 바인더 개발 ... 153 3. 아스팔트 혼합물 개발 ... 175 4. CRM 개질 아스팔트 콘크리트 ... 199 제2절 유도상 아스팔트 노반 성능평가 ... 222 1. 개요 ... 222 2. 유도상 아스팔트 노반 시험 단면의 결정 ... 222 3. 수치해석에 의한 아스팔트 강화노반의 거동분석 ... 230 4. 실대형 실험을 통한 반복재하시험 ... 238 5. 실대형 실험 분석을 통한 수치해석 파라미터 타당성 분석 ... 285 제3절 아스팔트 노반 궤도 ... 290 1. 아스팔트 노반 궤도 광폭침목 개발 ... 290 2. 콘크리트 궤도의 아스팔트 노반 적용성 검토 ... 306 3. 프리캐스트 콘크리트 슬래브 설계 ... 342 4. 아스팔트 궤도구조의 LCC 분석 ... 378 제4절 아스팔트 궤도 수치해석 ... 383 1. 아스팔트 궤도 접속부 3차원 해석 ... 383 2. PST 구조설계 검토 ... 401 제5절 아스팔트 노반 궤도 설계법 ... 438 1. 아스팔트 노반재료의 물성정량화를 위한 실내시험 ... 438 2. 궤도하부구조 물성정량화를 위한 실내 및 현장시험 ... 450 3. 아스팔트 궤도설계법 잠정 로직(안) 개발 ... 486제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 495 제1절 연구개발목표 달성도 ... 495 제2절 관련 분야 기술발전에의 기여도 ... 496제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 497제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 498제7장 참고문헌 ... 499끝페이지 ... 515