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표제지

목차

요약 6

기호설명 12

제1장 서론 13

1.1. 연구 배경 및 목적 13

1.2. 연구 동향 및 관련 기준 15

1.3. 연구 내용 및 범위 18

제2장 교량 단부 체결구 사용성 평가 이론 20

2.1. 사용성 평가 기본개념 20

2.2. 단위변위 및 하중에 의한 작용력 산정 28

2.3. 하중에 의한 변위 산정 31

2.4. 압상력 및 압축력 평가 46

제3장 체결구 사용성에 관한 매개변수 해석 및 분석 49

3.1. 해석 프로그램 및 모델링 49

3.2. 대상 교량 및 매개변수 해석 52

3.3. 해석 결과 및 분석 61

제4장 체결구 사용성 개선, 보완방안 및 종합분석 101

4.1. 사용성 평가 개선방안 101

4.2. 체결구 사용성 보완방안 108

4.3. 종합분석 결과 112

제5장 결론 114

참고문헌 116

ABSTRACT 119

감사의 글 121

표목차

Table 1-1. 고속철도 교량 바닥판의 연직변위 한계 15

Table 2-1. 궤도 유형 및 하중 재하상태별 궤도의 종저항력(궤도당) 40

Table 2-2. 시동 및 제동하중에 대한 기준 41

Table 2-3. 주 거더의 특성길이(Lø) 산정방법(이미지참조) 45

Table 2-4. 레일지지점 작용력 유발하중(DS 804 App. 29) 48

Table 3-1. 프로그램 주요 입력변수 51

Table 3-2. 작용력 산정기준 53

Table 3-3. 레일 및 콘크리트 물성치 53

Table 3-4. 사용성 평가기준 53

Table 3-5. 상부구조 단면특성(호남고속철도 교량 최적화 검토 및 설계) 54

Table 3-6. 교량받침 강성 54

Table 3-7. 교각 하부지반 지지강성 54

Table 3-8. 체결구 강성(1조립체 기준) 54

Table 3-9. 레일지지점 작용력 영향인자 55

Table 3-10. 매개변수 변화 값 선정 56

Table 4-1. 탄성받침 강성 110

Table 4-2. 매개변수 해석 기준 값 112

Table 4-3. 매개변수 분석결과 종합 및 보완방안 112

그림목차

Fig. 2-1. 교량 상 콘크리트궤도 21

Fig. 2-2. 신축이음부에서의 바닥판과 레일의 변형 21

Fig. 2-3. 바닥판 단부변형에 따른 레일의 변형 22

Fig. 2-4. 바닥판 단부에서의 레일지지점 연직변위 분석도 23

Fig. 2-5. 차륜하중에 대한 레일지지점 반력 25

Fig. 2-6. 콘크리트궤도의 단부 체결구 사용성 평가절차 27

Fig. 2-7. 바닥판 단위회전변위에 의한 레일지지점 작용력 29

Fig. 2-8. 바닥판 단위수직변위에 의한 레일지지점 작용력 29

Fig. 2-9. 단위하중(P＝100kN)에 의한 레일지지점 반력 30

Fig. 2-10. 프리스트레스트콘크리트 교량의 시공단계에 따른 장기변형 34

Fig. 2-11. 거더 온도변화 시 거더의 변위 35

Fig. 2-12. 바닥판 상하면 온도차에 의한 단부회전 개요도 36

Fig. 2-13. 교각 회전에 의한 바닥판 단부 단차 개요도 37

Fig. 2-14. 지반침하에 의한 상부구조의 회전 형태 38

Fig. 2-15. 교각기초의 침하에 의한 단부회전 개요도 38

Fig. 2-16. 레일-교량 상호작용에 의한 교각상부 회전과 단차 발생기구 39

Fig. 2-17. 열차수직하중에 의한 바닥판 회전 및 교각상부 수직변위 44

Fig. 2-18. HL-25 하중선도 44

Fig. 2-19. KTX 차량 축중도 44

Fig. 2-20. 경간길이와 속도에 따른 충격계수 1＋Ø 45

Fig. 3-1. 단위변위에 의한 레일지지점 작용력 해석모델 49

Fig. 3-2. 레일-교량 상호작용에 의한 교각상부 회전변위 해석모델 50

Fig. 3-3. 열차하중에 의한 바닥판 회전변위와 수직변위 해석모델 50

Fig. 3-4. 검토대상 교량 52

Fig. 3-5. 교량 신축이음부의 바닥판 단부 레일지지점 위치 52

Fig. 3-6. 경간길이별 레일지지점 최대압상력 63

Fig. 3-7. 레일지지점 위치별 경간길이별 최대압상력 63

Fig. 3-8. P12 레일지지점 경간길이별 하중별 압상력 64

Fig. 3-9. P12 레일지지점 정적하중별 경간길이별 압상력 64

Fig. 3-10. B25 교량 레일지지점별 압상력 65

Fig. 3-11. B40 교량 레일지지점별 압상력 65

Fig. 3-12. P1, P2 교각 열차수직하중에 의한 경간길이별 단부변위 66

Fig. 3-13. 열차수직하중에 의한 바닥판 변위도 66

Fig. 3-14. 레일-교량 상호작용에 의한 경간길이 별 압상력 67

Fig. 3-15. 상부구조강성별 레일지지점 최대압상력 68

Fig. 3-16. 레일지지점 위치별 상부구조강성별 최대압상력 68

Fig. 3-17. P12 레일지지점 상부구조강성별 하중별 압상력 69

Fig. 3-18. P1, P2 교각 열차수직하중에 의한 상부구조강성별 단부변위 69

Fig. 3-19. 경간길이별 최대압축변위 70

Fig. 3-20. 레일지지점 위치별 경간길이별 최대압축변위 71

Fig. 3-21. 상부구조강성별 최대압축변위 71

Fig. 3-22. 레일지지점 위치별 상부구조강성별 최대압축변위 72

Fig. 3-23. B40 교량 레일지지점별 압축력(Cstat＝30kN/m)(이미지참조) 72

Fig. 3-24. 경간구성 및 받침배치방식별 레일지지점 최대압상력 75

Fig. 3-25. 레일지지점 위치별 경간구성 및 받침배치방식별 최대압상력 75

Fig. 3-26. P32 레일지지점 경간구성 및 받침배치방식별 하중별 압상력 76

Fig. 3-27. P1, P3 교각 열차수직하중에 의한 바닥판 회전 및 수직변위 76

Fig. 3-28. 경간구성 및 받침배치별 열차수직하중에 의한 압상력 77

Fig. 3-29. 교량받침강성 변화 시 열차수직하중에 따른 단부수직변위 77

Fig. 3-30. 받침배치방식별 상부구조강성 변화 시 레일지지점 압상력 78

Fig. 3-31. 받침배치방식별 상부구조강성 변화 시 단부변위 78

Fig. 3-32. 경간구성 및 받침배치방식별 레일지지점 최대압축변위 79

Fig. 3-33. 받침배치방식별 상부구조강성 변화 시 레일지지점 압축변위 79

Fig. 3-34. 교량받침 강성별 최대압상력 81

Fig. 3-35. 레일지지점 위치별 교량받침 강성별 최대압상력 81

Fig. 3-36. 교량받침 강성별 레일지지점 최대압축변위 82

Fig. 3-37. 레일지지점 위치별 교량받침 강성별 최대압축변위 82

Fig. 3-38. 받침강성 변화 시 열차수직하중에 의한 단부변위 83

Fig. 3-39. B40 교량 RB1 받침 레일지지점별 압상력 83

Fig. 3-40. B40 교량 RB2 받침 레일지지점별 압상력 84

Fig. 3-41. 연속경간 받침형식 변화 시 레일지지점 최대압상력 84

Fig. 3-42. 연속경간 받침형식 변화 시 레일지지점 최대압축변위 85

Fig. 3-43. 연속경간 받침형식 변화 시 열차수직하중에 의한 단부변위 85

Fig. 3-44. 교각높이 및 기둥두께별 최대압상력 86

Fig. 3-45. 교각높이 및 기둥두께별 최대압축변위 87

Fig. 3-46. 교각높이에 따른 교각 P12 레일지지점 하중별 압상력 87

Fig. 3-47. 하부지지강성별 레일지지점 최대압상력 88

Fig. 3-48. 하부지지강성별 레일지지점 최대압축변위 88

Fig. 3-49. 교량받침과 마지막 레일지지점 사이 거리별 최대압상력 89

Fig. 3-50. 레일지지점 위치별 교량받침 위치별 최대압상력 90

Fig. 3-51. 교량받침과 마지막 레일지지점 사이 거리별 최대압축변위 90

Fig. 3-52. 레일지지점 위치별 교량받침 위치별 최대압축변위 91

Fig. 3-53. 교량받침 위치별 P12 레일지지점의 단위변위 작용력 및 열차수직하중에 의한 단부변위 91

Fig. 3-54. 교량받침과 마지막 레일지지점 사이 거리별 최대압상력 93

Fig. 3-55. 레일지지점별 교량받침과 레일지지점 거리별 최대압상력 93

Fig. 3-56. 교량받침과 마지막 레일지지점 사이 거리별 최대압축변위 94

Fig. 3-57. 레일지지점별 교량받침과 레일지지점 거리별 최대압축변위 94

Fig. 3-58. 단부 레일지지점 간격별 레일지지점 최대압상력 95

Fig. 3-59. 단부 레일지지점 간격별 레일지지점 최대압축변위 96

Fig. 3-60. 레일지지점 위치별 단부 레일지지점 간격별 최대압축변위 96

Fig. 3-61. 탄성패드 강성별 레일지지점 최대압상력 98

Fig. 3-62. 레일지지점 위치별 탄성패드 강성별 최대압상력 98

Fig. 3-63. 탄성패드 강성별 레일지지점 최대압축변위 99

Fig. 3-64. 레일지지점별 탄성패드 강성별 압축변위 99

Fig. 3-65. 탄성패드 동적강성 변화에 따른 레일지지점 최대압상력 100

Fig. 3-66. 탄성패드 동적강성 변화에 따른 레일지지점 최대압축변위 100

Fig. 4-1. B25 교량 P12 레일지지점 작용력 하중별 비율 103

Fig. 4-2. B40 교량 P12 레일지지점 작용력 하중별 비율 103

Fig. 4-3. B45 교량 P12 레일지지점 작용력 하중별 비율 104

Fig. 4-4. B40-2 교량 P12 레일지지점 작용력 하중별 비율 104

Fig. 4-5. B40 교량 FFMM1방식 P22 작용력 하중별 비율 105

Fig. 4-6. B40 교량 FFMM1방식 P32 작용력 하중별 비율 105

Fig. 4-7. B40 교량 RB1 받침 P12 작용력 하중별 비율 106

Fig. 4-8. B40 교량 RB2 받침 P12 작용력 하중별 비율 106

Fig. 4-9. B25 교량 P21 레일지지점 압축력 하중별 비율 107

Fig. 4-10. B40 교량 P11 레일지지점 압축력 하중별 비율 107

Fig. 4-11. 활동체결구 개념도 109

Fig. 4-12. 활동체결구 수직방향 하중-변위 선도 109

Fig. 4-13. B40 교량 상부강성에 따른 압상력 111

Fig. 4-14. 탄성받침 강성에 따른 B40과 B45 교량의 압상력 111

초록보기

철도교에서 교대나 교각 위에 놓이는 교량 바닥판 단부의 변형은 궤도틀림이나 유지보수의 주요 원인이 되고 있으며, 특히 콘크리트궤도가 설치되는 경우에는 콘크리트궤도와 교량 바닥판의 일체거동으로 레일 및 레일 지지구조의 사용성에 심각한 영향을 미치는 변형과 작용력이 발생하게 된다.

이 연구에서는 교량 신축이음부에 위치하는 바닥판 단부의 변형을 유발하는 하중과 이로 인해 레일지지점에 발생하는 작용력의 크기에 영향을 미치는 인자를 파악하고 이들을 변수로 하는 매개변수 해석을 통해 체결구의 사용성에 미치는 영향과 원인을 분석하였다.

연구 결과 단부 레일지지점 작용력은 바닥판 회전에 의한 레일지지점 수직 변위와 교각회전이나 받침 침하에 의한 수직변위의 차이가 작을 때 작아지는 것을 확인하였다. 이에 따라 상부구조 휨 강성, 교량받침 배치방식, 받침 강성이 작용력에 큰 영향을 미치고 교각높이와 지반 강성은 작용력 변화에 거의 영향을 주지 못하며 교량받침과 마지막 레일지지점 사이 거리는 대폭적인 감소가 아니면 작용력 감소에 큰 효과가 없는 것으로 확인되었다.

하중의 영향은 열차수직하중이 압상력에 가장 큰 영향을 미치고, 압축변위는 차륜하중의 직접작용이 지배하는 것으로 확인되었는데, 교각부 압상력에서는 크리프 및 건조수축, 바닥판 상하면 온도차, 레일-교량 온도차에 대한 상호 작용의 영향이, 압축력에서는 시제동하중에 대한 상호작용의 영향이 미소하여 이들을 작용력 산정 시 제외하고 추후 할증을 적용하여 계산을 단순화시키는 것이 가능할 것으로 판단되었다.

또 작용력이 과대한 경우에는 체결구 형식조정, 상부구조강성 증가, 적정강성의 탄성받침 적용으로 체결구 사용성 보완이 가능할 것으로 판단되었다.

참고문헌 (33건) : 자료제공( 네이버학술정보 )

참고문헌 목록에 대한 테이블로 번호, 참고문헌, 국회도서관 소장유무로 구성되어 있습니다.
번호 참고문헌 국회도서관 소장유무
1 한국철도시설공단, “호남고속철도 설계지침(노반편)”, 2007 미소장
2 한국철도시설공단, “호남고속철도 설계지침(안)(궤도편)”, 2007 미소장
3 한국철도시설공단, “고속철도 설계기준(노반편)”, 2005 미소장
4 한국고속철도건설공단, “레일체결구 성능시방서”, 2002 미소장
5 한국고속철도건설공단, “Bridge Design Manual(BRDM), Final Report",1995 미소장
6 대한토목학회, “철도설계기준(철도교편)”, 2004 미소장
7 한국콘크리트학회, “콘크리트 구조설계기준”, 2007 미소장
8 한국콘크리트학회, “2007년도 개정 콘크리트 구조설계기준 해설”, 2008 미소장
9 대한토목학회, 교량설계핵심기술연구단, “도로교설계기준 해설”, 2008 미소장
10 “콘크리트궤도 인터페이스 성능향상에 대한 연구”, 한국철도시설공단, 한국철도기술연구원, (주)한국철도기술공사, 2008 미소장
11 “교량구간 활동 체결구 사용성 검토”, 한국철도시설공단, 한국철도기술연구원, (주)한국철도기술공사, 2008 미소장
12 “철도교량 동적안전성 및 동적설계기준에 관한 연구” 한국철도시설공단, 한국철도기술연구원, 서울산업대학교, (주)유신코퍼레이션,2008 미소장
13 “궤도-교량 상호작용을 고려한 콘크리트 슬래브궤도 부설교량의 단부 사용성 검토”, 한국철도학회 2007 춘계학술대회,2007 미소장
14 “슬래브궤도가 부설된 고속철도 교량단부 체결장치의 거동”, 한국철도학회 2008 춘계학술대회, 2008 미소장
15 “콘크리트궤도 부설교량의 단부 사용성 검토를 위한 매개변수 연구”, 한국철도학회 2008 추계학술대회, 2008 미소장
16 “철도교량 동적성능평가 기준 및 평가절차에 관한 연구”, 한국철도학회 2008 추계학술대회, 2008 미소장
17 A Parametric Study on the Serviceability of Concrete Slab Track on Railway Bridges 소장
18 “슬래브궤도가 부설된 고속철도 교량단부 체결장치의 거동”, 한국철도학회 논문집(심사 중) 미소장
19 한국철도시설공단, “경부고속철도 대구~부산간 궤도공사 실시설계 구조계산서”, 2006 미소장
20 한국철도시설공단, 교량과 고속철도, “호남고속철도 건설사업 기본설계,교량 최적화 검토 및 설계”, 2008 미소장
21 “선로공학”, 얼과 알, 2002 미소장
22 BS EN 1990+A1, "Eurocode - Basis of structural design", 2005 미소장
23 BS EN 1991-2, "Eurocode 1:Actions on structures-part 2:Traffic loads on bridges", 2003 미소장
24 Deutch Bahn, DS 804 App. 29, "Bridge deck Ends, Check for serviceability limit state of superstructure", 2000 미소장
25 UIC 774-3 R, "Track/bridge Interaction, Recommendations for calculations", 2001 미소장
26 DB Systemtechnik, "Requirements Catalog for the Construction of the Permanent Way", 4th Revised Edition, 2002 미소장
27 AASHTO, "AASHTO LRFD Bridge Design Specifications", SI Units,4th edition, 2007 미소장
28 "Slab Track for Railways", Beton-Kalendar, 2000 미소장
29 "Modern Railway Track", 2nd edition, 2001 미소장
30 "Creep of plain and structural concrete", Construction Press, 1983 미소장
31 "Concrete Structures, Stresses and Deformations", 3rd edition, Chapman and Hall, 2002 미소장
32 Sampyo E&C, Krebs und Kiefer, "Final Design Documents, PSTS Frame on Railway Bridges", 2005 미소장
33 鐵道總合技術硏究所, “鐵道 構造物 等 設計標準 ․ 同 解設 變位制限”,2006 미소장

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