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표제지

목차

요약 7

Ⅰ. 서론 11

1.1. 연구배경 및 목적 11

1.2. 연구내용 및 범위 12

Ⅱ. 이론적 배경 14

2.1. 국내 기존선 자갈도상 궤도의 현황 14

2.1.1. 자갈도상 궤도 일반사항 14

2.1.2. 자갈도상 궤도의 문제점 18

2.2. 자갈도상의 정의 및 역할 18

2.3. 자갈도상의 재료적 특성 20

2.3.1. 도상자갈의 열화 20

2.3.2. 도상 불순물과 그 영향 22

2.3.3. 도상 및 노반상태의 평가 25

2.3.4. 도상 및 노반분니 28

2.4. 자갈도상 궤도의 유지관리 29

2.4.1. 유지관리모델의 구성요소 29

2.4.2. 보선작업에 있어서의 탬핑의 한계 30

2.5. 레일패드의 탄성설계 35

2.5.1. 레일패드의 스프링계수 35

2.5.2. 레일패드의 종류 41

2.5.3. 방진패드의 소재검토 42

2.5.4. 설계기준의 제시 44

2.6. 자갈도상 궤도의 해석이론 46

2.7. 교량상 자갈도상 궤도의 궤도탄성 검토개요 50

Ⅲ. 현장측정 55

3.1. 대상선로 개요 55

3.2. 동적재하 시험방법 57

3.2.1. 재하시험 차량의 제원 및 하중 58

3.2.2. 재하시험 위치선정 및 사유 58

3.2.3. 시험경간 및 측정위치 59

3.2.4. 재하차량 및 주행방법 59

3.3. 충격계수 평가 61

3.4. 현장측정 결과 및 평가 62

3.4.1. 처짐 측정결과 62

3.4.2. 충격계수 산정 64

3.5. 궤도 측정 및 결과 67

3.5.1. 계측시스템 구성방법 68

3.5.2. 윤중 측정 68

3.5.3. 변위 측정 72

3.5.4. 궤도의 동적응답 측정 결과 및 분석 73

Ⅳ. 유한요소해석 76

4.1. 해석대상 교량 및 궤도의 제원 76

4.2. 유한요소해석 모델 76

4.3. 궤도탄성계수 변화에 따른 시간이력해석 결과 78

Ⅴ. 분석 결과 및 고찰 81

Ⅵ. 결론 83

참고문헌 84

ABSTRACT 87

감사의 글 88

표목차

표 2.1. 선로등급별 자갈도상 궤도의 조건 15

표 2.2. 도상자갈의 입도 17

표 2.3. 도상자갈의 물리적 성질 17

표 2.4. 열화의 종류 21

표 2.5. 도상오염의 원인 21

표 2.6. 윤중크기 변화에 따른 거동비교를 통한 자갈도상 궤도 상태평가 27

표 2.7. 궤도 유지관리모델 구성요소 30

표 2.8. 오염지표(Fouling Index)에 따른 도상의 청결도 32

표 2.9. CP Rail의 도상수명 산정에 사용되는 입도분포 33

표 2.10. 일본의 탄성패드 적용사례 36

표 2.11. E.V.A. 레일패드의 시험기준 36

표 3.1. 대상선로 개요 55

표 3.2. 처짐 측정 결과(filtering 전) 62

표 3.3. 실측 충격계수 산정 65

표 4.1. 해석모델 적용 물성치 77

그림목차

그림 2.1. 자갈도상 궤도에 있어서의 도상열화 형태 20

그림 2.2. 북미의 시험결과에 따른 오염원 22

그림 2.3. 궤도의 지지강성의 변화측정시험 26

그림 2.4. 도상오염이 심한 경우의 탬핑작업 후의 침하특성 31

그림 2.5. 청결한 도상의 경우에 있어서의 탬핑작업 후의 침하특성 31

그림 2.6. 통과톤수에 따른 도상의 열화에 의한 탬핑 주기의 감소 32

그림 2.7. 윤중의 크기 변화에 따른 침하량의 변화 34

그림 2.8. 하중의 크기 변화에 따른 자갈파쇄 비율 35

그림 2.9. E.V.A 레일패드의 물성자료 37

그림 2.10. 레일패드 38

그림 2.11. 노후된 레일패드의 손상현황 41

그림 2.13. 실제 자갈도상 궤도의 탄성개요도 50

그림 2.14. 교량상 자갈도상 궤도의 노후된 자갈상태(세립화 및 고결화) 52

그림 2.15. 레일패드 및 도상자갈의 탄성계수 변화 추정 53

그림 2.16. 자갈도상 궤도의 종합탄성계수 추정 54

그림 3.1. 측정경간 위치 및 센서설치 위치도 56

그림 3.2. 동적재하 시험 흐름도 57

그림 3.3. 재하차량의 제원 및 축하중 58

그림 3.4. 동적재하시험 게이지 부착위치 59

그림 3.5. 동적 재하시험 횡방향 주행위치 및 방법 60

그림 3.6. 동적거동(처짐 또는 변형율) 산정예 61

그림 3.7. 동적 재하시험에 따른 처짐 이력곡선 63

그림 3.8. 거더별 충격계수 평가 결과 66

그림 3.9. 100km/hr(종점→시점) 주행시 충격계수 산정 67

그림 3.10. 윤중 게이지 부착도 69

그림 3.11. 레일에 윤중 게이지를 부착한 모습 70

그림 3.12. 윤중검정기로 레일을 가압하는 모습 71

그림 3.13. 유압잭에 의한 윤중검정 데이터 71

그림 3.14. 발생변형율과 윤중의 선형회귀 분석 결과 72

그림 3.15. 변위계 설치 전경 73

그림 3.16. 동적윤중 측정 전경 및 측정응답파형의 예 74

그림 3.17. 동적 침목변위 측정 전경 및 측정응답파형의 예 74

그림 3.18. 측정 궤도탄성계수 75

그림 4.1. 유한요소해석 모델(교량 및 궤도 모델) 77

그림 4.2. 유한요소해석 시 적용한 궤도스프링 모델 78

그림 4.3. 시간이력함수(100km/hr) 및 디젤 축중 배치도 79

그림 4.4. 시간이력해석결과 : 100km/hr 80

그림 4.5. 공용년수 증가에 따른 궤도 및 교량의 동적 응답변화 추정결과 82

초록보기

기존 노선의 속도향상에 따른 궤도 유지보수비의 절감을 위하여 여러 철도기술 선진국에서는 다양한 형태의 궤도를 고안하여 사용하고 있지만 현재까지 우리나라의 경우 대부분의 선로는 자갈도상이다. 자갈도상 궤도는 자갈마모, 궤도틀림 및 균일하지 않은 궤도지지 강성 등의 문제점으로 인하여 막대한 유지보수 비용이 사용되고 있다.

철도교량상 자갈도상 궤도는 교량과 궤도의 상호작용으로 인하여 자갈도상의 노후화를 촉진하고, 노후화가 진행되면서 동적하중을 유발하게 된다. 이러한 영향으로 인하여 궤도 부담력이 증가하고, 또한 교량 부담력이 증가하게 된다.

하지만, 현행 철도교량 설계 시 적용하는 궤도의 영향은 고정하중으로만 고려되어, 이러한 자갈도상 궤도의 탄성거동 영향이 반영되지 못하는 실정이다.

따라서, 본 논문에서는 철도교량의 동적거동 특성을 감안한 교량상 자갈도상 궤도의 탄성력을 추정하여, 자갈도상 궤도의 탄성력변화가 철도교량의 동적 거동에 어떠한 영향을 미치는 지를 검토해 보고자 하였다.

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