보강된 접속부를 갖는 일체식 철도교량의 해석적 평가

김대상(Kim, Daesang),김만철(Kim, Mancheol),김태훈(Kim, Taehoon),박영곤(Park, Youngkon) 한국도시철도학회 2021 한국도시철도학회논문집 Vol.9 No.2

이 연구의 목적은 시멘트 및 토목섬유로 보강된 접속부를 갖는 일체식 철도교량의 온도변형량 등을 평가하여 타당성을 확인하는데 있다. 교량과 접속부 불연속구간에서 침하가 최소화되는 새로운 일체화 철도 교량시스템의 해석적 평가를 수행하였다. 해석에서 매개변수는 교대 배면의 뒷채움 강성 및 바닥 경계조건을 다루었다. 궤도-교량 상호작용 해석 등의 타당성 평가 결과 보강된 접속부를 갖는 일체식 철도교량의 구조적 합리성 등을 확인하였다. The purpose of this study is to evaluate the temperature deformation and others of integral railroad bridge with cement and geosynthetic reinforced transition. This paper performs the analytical evaluation of new railway integral bridge systems to decrease settlement at discontinuous zone between bridge and reinforced transition. Among the numerous parameters, this analytical study concentrates on the backfill stiffness and boundary conditions of foundation. As a feasibility evaluation with track-bridge interaction analysis results, the proposed integral railroad bridges with reinforced transition were identified in terms of structural rationality and so forth.

고속철도 연속 PSC Box 교량에 적용한 설계기준의 현장계측에 의한 검증

강기동,Kang, Kee Dong 한국강구조학회 2006 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.18 No.1

본 논문은 경부고속철도 구간에 건설된 교량 중 연속 PSC Box 교량에서의 현장계측 및 동적설계 기준에 대한 검증을 수행함으로써 대상교량의 동적안정성 확보 여부를 확인하였다. 연구결과 고속선 구간의 대표적인 2연속 PSC Box 교량은 고속주행 열차하중 하에서의 동적거동에 대해 안정적인 것으로 나타났으며 교량설계 시 적용한 설계기준들은 적합한 것으로 실험적으로 검토되었다. 또한 향후 고속철도 교량설계 시 연속교 교량을 채택하는 것에 대한 합리성을 입증할 수 있었다. 또한 고유진동수를 감안한 열차속도 조정 및 교량 경간장 조정 등을 반영한다면 보다 경제적이고 최적화된 고속철도 교량 설계가 가능하리라 판단된다. 아울러 교량의 동적거동에 대한 안정성을 지속적으로 관리하기 위해 측정자료를 누적 관리하고 이를 체계적으로 분석한다면 본 연구결과는 유지관리 측면에서 고속철도 교량의 안정성 평가에 중요한 자료로 활용할 수 있을 것이다. The aim of this paper is to verify the dynamics stability of the continuous PSC Box bridges on the high-speed Kyoung-bu railway when a high-sped train runs through it. An experimental study was carried out to investigate the dynamic behaviors of the PSC Box railway bridge, which had ben designed based on dynamic design criteria. As a result, it was determined that PSC Box railway bridges possess enough dynamics stability for use by high-speed trains. According to the result of a field test (dynamics measuring analysis) that was conducted, an application of the natural frequency of train speed and the adjustment of the bridge's span length will allow one to come up with a more economical and suitable bridge design. Furthermore, it was found that the continuous control of the bridge's dynamic behavior and the bridge's maintena nce require the recording of data. The results of this study are very important in evaluating the structural stability of high-speed line bridges.

궤도불규칙성에 의해 발생하는 복선고속철도교량의 충격응답에 관한 연구

송명관(Song Myung-Kwan) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.1A

본 연구에서는 교량-열차 상호작용을 고려한 고속철도교량의 3차원 유한요소 해석모델을 이용하여 고속열차가 복선궤도를 주행할 때 발생하는 고속철도교량의 충격응답에 관해 연구한다. 이 3차원 유한요소 해석모델에서는 고속철도교량의 각 구조 부재들을 모형화하기 위해서 개선된 다양한 유한요소들을 사용하였고, 특히,6자유도를 갖는 비적합 평면쉘 유한요소를 사용하여 박스형태의 교량상판을 모형화하였다. 이매개변수를 갖는 Winkler 탄성지반상의 보유한요소를 사용하되, 보절점 오프셋(offset) 개념을 적용하여 궤도구조물을 모형화하고, 관절형 대차시스템이 도입된 고속열차의 모형화를 위한 관절형 열차모형을 이용하였다 라그랑쥐 운동방정식을 이용하여 교량-열차 시스템의 운동방정식을 정식화하였다. 그리고, 교량-열차 상호 작용을 고려하여 교량 상에 작용하는 하중의 방정식을 유도함으로써, 교량-열차 전체 시스템의 완전한 시스템 행렬의 구성이 가능하다. 제안된 해석알고리즘을 이용하여 고속열차가 복선궤도를 주행할 때 궤도불규칙 정도에 따라 발생하는 고속철도교 량의 충격응답에 대해 고찰한다. In this study, the impact response of high-speed railway bridges due to trains on double tracks is investigated by using the 3-dimensional finite element analysis model of railway bridges considering high-speed train-bridge interaction. In the 3-dimensional finite element analysis model, the bridge deck of a railway bridge is modeled by the NFS (Nonconforming Flat Shell) elements with 6 degrees of freedom. And, track structures are idealized by using beam finite elements with the offset of beam nodes and those on two-parameter elastic foundation. The vehicle model devised for a high-speed train is employed, which has an articulated bogie system. By Lagrange's equations of motion, the equations of motion of the vehicle-bridge system can be formulated. In addition, by deriving the equations of the forces acting on the bridge considering the vehicle-bridge interaction forces, the complete system matrices of total vehicle-bridge system can be constructed. By using the proposed analysis algorithm, the impact response of high-speed railway bridges due to trains on double tracks as the degree of track irregularities is studied only through numerical analyses.

무조인트 철도 교량의 고속열차에 대한 동적 거동 평가

이경찬 배재대학교 공학연구소 2023 공학논문집 Vol.25 No.1

In the transition zone where the railway bridge and earthworks are neighbored, stiffness change of track roadbed and impact from the running train cause continuous damage to the track structure and frequent maintenance. A jointless bridge has been proposed to resolve this problem. This study evaluated the dynamic response of the bridge and train through high-speed train-bridge dynamic interaction analysis when a jointless three-span continuous bridge was applied to the railway. When the bridge vertical acceleration, train vertical acceleration, and wheel load reduction rate were checked, the response of the continuous bridge was found to be smaller than that of the simple span bridge, and in particular, the jointless continuous bridge was confirmed to have the best dynamic performance. 철도 교량과 토공 구간이 인접한 접속구간에서 주행 노반의 강성 변화 및 열차의 충격으로 인하여 잦은 유지보수 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제를 완화하고자 교량 단부에 조인트가 없는 무조인트 교량이 제안되고 있다. 본 연구는 무조인트 3경간 연속교를 고속철도에 적용했을 때 열차-교량 동적 상호작용 해석을 통하여 교량 및 열차의 동적 응답을 검토하였다. 교량 연직 가속도, 열차 연직 가속도 및 윤중감소율을 확인했을 때 단순교보다 연속교가 응답이 더 작은 것으로 나타났으며, 특히 무조인트 연속교가 가장 우수한 동적 성능을 보이는 것으로 확인되었다.

철도교량형식의 경간에 따른 효율성 비교연구

이태규(Tae-Gyu Lee) 한국콘텐츠학회 2014 한국콘텐츠학회논문지 Vol.14 No.7

일반철도 및 고속철도를 포함한 철도교량의 상부구조로 현재 우리나라에서 주로 사용되고 있는 교량형식은 크게 박스 거더교와 I형 거더교로 구분된다. 박스 거더교는 동적 거동에 대한 안전성이 우수하기 때문에 주로 고속철도 교량으로 많이 사용된다. I형 거더교는 일반철도 교량으로 주로 사용되며, 일반 PSC 거더교 형태와 철골철근콘크리트로 합성화된 구조인 프리플렉스 거더교의 형태로 크게 구분되고 또한 새로운 형식도 지속적으로 개발되고 있는 추세에 있다. 본 연구에서는 현행 철도교설계기준에 의거하여 각 형식별로 경간장에 따라 거더 설계를 실시하여 적절한 형고를 분석하여 경간장에 따른 구조적 및 경제적 효율성을 비교분석하였다. 비교분석을 수행한 결과, 구조적 효율성의 측면에서는 프리플렉스 거더교 형태의 교량이 경간장에 따른 형고가 가장 낮은 것으로 나타났으며, 경제적 효율성의 측면에서는 일반 PSC 거더교 형태의 교량이 가장 효과적인 것으로 평가되었다. The superstructure type of the railway bridge in our country, is mainly classified into the box girder and the I-type girder. The box girder is widely used in the high speed railway bridge because of the safety due to dynamic behavior. The I-type girder is used in the conventional railway bridge, and is also divided into the general type and the composite type, and the newly modified types have been developed. According to the current railway bridge design code, the girder design by the span length in various railway bridge types are performed in this study. The suitable girder height by the span length are analyzed, and the comparative analysis of the structural efficiency and the economical efficiency is carried out. From this study, the composite type girder is appeared the good result in respect of the structural efficiency. However, in the economical aspect, the general I-type girder is required less cost than the other types.

모멘트 저감을 위한 힌지형 일체식 철도 교량의 개발을 위한 해석적 연구

김대상(Kim, Daesang),김만철(Kim, Mancheol),김태훈(Kim, Taehoon) 한국도시철도학회 2021 한국도시철도학회논문집 Vol.9 No.1

이 연구의 목적은 모멘트 저감을 위한 힌지형 일체식 철도 교량을 개발하는데 있다. 새로운 철도교량시스템의 검증을 위하여 상부구조와 레일 사이의 수평방향 상대변위 등 해석적 평가를 수행하였다. 해석에서 매개변수는 온도하중, 시동하중, 제동하중, 상재하중, 경간길이, 슬래브와 교대의 연결조건, 교대 배면 및 바닥 경계조건 등을 다루었다. 평가 결과 모멘트 저감을 위한 힌지형 일체식 철도 교량은 기존 일체화 교량에 비해 구조적 합리성 등이 우수함을 확인하였다. The purpose of this study is to develop hinge-type integral railroad bridge for mement reduction. This paper documents the analytical evaluation of new railway bridge systems and presents conclusions based on the rail-bridge relative displacement assessment and so forth. Among the numerous parameters, this analytical study concentrates on the thermal load, starting load, braking load, surcharge load, span length, slab-abutment connection, and boundary conditions. As a result, the proposed hinge-type integral railroad bridge were designed prior to the integral bridge in terms of structural rationality, and so forth.

철도교량 PSC 거더의 신뢰도 분석을 위한 강도 통계특성 분석

백인열(Inyeol Paik),윤태용(Taeyong Yoon),박수민(Sumin Park),김근옥(Gneok Kim) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.10

철도교 설계기준에 대한 신뢰도 기반 설계기준 개발의 일환으로 철도교량의 대표적인 형식별로 저항강도의 통계특성을 분석하고 철도교량 설계에 적용 가능한 신뢰도 분석 프로그램 작성을 위한 연구를 진행한다. 철도교량의 거더 형식으로는 PSC I, PSC B, STB 등이 있는데 그 중 PSC 거더의 시공 사례가 가장 많은 것으로 나타났다. PSC 거더에 대하여 한계상태설계법을 적용한 강도산정식을 도입하고, 입출력이 간편한 프로그램으로 작성하기 위한 연구를 진행한다. 이 논문에서는 현재까지 작성한 PSC 강도 해석 프로그램의 입력 창과 강도 통계특성산정 방식 흐름도 및 신뢰도지수 산정기법을 제시한다. 이 연구에서는 철도교량의 주요 부재들에 대한 강도 통계특성을 구하여, 철도교량의 주요 하중 통계특성의 결정과 더불어 궁극적으로 철도교에 대한 신뢰도 분석 연구를 수행한다. As part of the development of the reliability-based railway bridge design code, the statistical analysis of the strength of the typical girder section of the railway bridge is performed. During the research process, a reliability analysis program will be developed. Typical railway bridge girder types are PSC I, PSC box and steel box, etc. In this paper the strength calculations for PSC girder applying limit state design method is presented. Further research for developing a simple program to facilitate the analysis by using input and output windows are performed. In this paper, an example input window of PSC strength analysis program, statistic properties of strength approach flow and reliability index calculation method are shown. In this study, the statistic properties of strength of typical railway bridge type are to be obtained by determination of the statistical properties of the live load of railway bridges and eventually the reliability analysis of the railway bridge will be performed.

열차주행에 따른 곡선철도교량의 동적해석과 현장계측결과의 비교분석

서강석(Gang Seok Seo),여인호(Inho Yeo),김기현(Ki Hyun Kim),권오혁(Ohyuk Kwon) 한국철도학회 2016 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2016 No.5

곡선철도교량은 한정된 지형조건에서 교량의 역할을 충분히 발휘하는 강점이 있다. 그러나 곡선철도교량은 열차주행에 의해 원심력이 작용하여 직선교량과는 상이한 거동을 나타내어 설계 및 해석에 주의를 기울여야 한다. 따라서 본 연구는 기존 곡선철도교량 구간에서 고속철도차량이 주행했을 시 동적해석을 수행하였고, 실제 현장에서 계측한 결과와 비교하여 교량의 모델링 및 해석의 타당성을 검토하였다. 연구에서 선정한 기존의 교량은 신리-순천간 전라선에 위치한 임실천교로 최대 경간장 53m, 곡률반경 1,000m인 3경간 곡선교를 대상으로 하였다. 그 결과 열차주행 시, 가속도와 처짐의 수치해석결과와 현장계측 결과가 유사한 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구를 통하여 곡선철도교량의 동적해석 수치모델링 기법을 확립하였다. Curved railway bridges have a great advantage to be adapted for limited topographical conditions. However, curved bridges get centrifugal force by train passage that their behavior is different from those of straight railway bridges. Therefore attention should be made to the design and analysis. This study performs dynamic analysis when a high-speed train passes on a curved bridge and examines the validity of the modeling and analysis. The Limsilcheon bridge selected in the study is located in Sinri-Suncheon, Jeolla line. The bridge has a maximum span length of 53m, the radius of curvature of 1000m, and is composed of three continuous spans. The calculated acceleration and deflection are similar to the field measurement results. Therefore, a method modeling curved railway bridges for dynamic analysis was established from this study.

PSC-box 철도교량의 KTX 및 EMU 고속열차에 대한 동적 응답 특성 분석

한만석,송민규,신수봉,이종한 한국구조물진단유지관리공학회 2024 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.28 No.2

국내 경부선 및 호남선의 고속철도교량은 대부분 PSC-box 형식으로 설계되어 있고, 경간장35~40m인 경우 약 4~5Hz 정도의 1차휨 고유진동수를 가지고 있다. 이때 KTX 고속열차가 290~310km/h 속도로 주행할 경우, 열차에 의한 가진 진동수가 교량의 1차 휨 고유진동수에 근접하면서 공진 유사 현상이 발생하게 된다. KTX와 함께 향후 운행예정인 EMU-320 고속열차의 증속에 대해서도 철도교량의 동적 응답을 통한 안전성 분석이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 실제 철도교량에서 계측된 응답을 기반으로 구조해석모델 개선 기법을 통해 대상 철도교량과 거동이 유사한 해석모델을 구현하였다. 개선된 구조해석모델은 고속철도교량에 KTX가 주행할 때 계측된 응답과 비교하여 검증하고, 이를 통해 KTX와 EMU-320 고속열차가 증속할 경우 동적 응답 특성을 분석하였다. 또한, 결과적으로, 교량 중앙부의 최대 수직변위와 가속도의 변화는 철도설계기준과 비교하여 주행 안전성을 평가하였다. The majority of high-speed railway bridges along the domestic Gyeongbu and Honam lines feature a PSC-box type structure with a span length ranging from 35 to 40m, which typically exhibits a first bending natural frequency of approximately 4 to 5Hz. When KTX high-speed trains transverse these bridges at speeds ranging from 290 to 310km/h, the vibration induced by the trains approaches the first bending natural frequency of the bridge. Furthermore, with the upcoming operation of a EMU-320 high-speed train and the anticipated increase in the speeds of these high-speed trains, there is a need to analyze the dynamic response of high-speed railway bridges. For this, based on measured responses from actual railway bridges, a numerical model was constructed using a numerical model updating technique. The dynamic response of the updated numerical model exhibited a strong agreement with the measured response from the actual railway bridges. Subsequently, this updated model was utilized to analyze the dynamic response characteristics of the bridges when KTX and EMU-320 trains operate at increased speeds. The maximum vertical displacement and acceleration at the mid-span of the bridges were also compared to those specified in the railway design standard with the increasing speed of KTX and EMU-320.

외부 충돌하중으로 변형된 철도 교량의 구조적 안전성 평가에 관한 수치 해석적 연구

서동우(Dong-Woo Seo),정규산(Kyu-San Jung),박상기(Sangki Park),김정현(Jung-Hyun Kim) 한국방재안전학회 2023 한국방재안전학회 논문집 Vol.16 No.2

일반적으로 교량은 계곡, 하천 등의 구간을 쉽게 통과하기 위한 목적으로 설치되는 시설물이다. 도심지를 통과하여 운행되는 철도교량 등은 지진, 통행차량의 충돌 등의 외부적인 요인으로 인해 손상이 발생하게 되며, 이로 인한 심각한 인명피해와 주변 시설물의 피해 그리고 운행중단으로 인한 도심지의 기능 마비 등 심각한 인적 물적 피해가 발생할 수 있다. 충돌이 발생한 교량에 대해서는 손상 정도에 따라 부분 보수 혹은 전면 교체 등의 보수작업이 진행되고 있다. 충돌로 인한 손상 혹은 변형이 발생하는 경우, 변형의 정도, 변형으로 인한 교량의 내하력에 영향을 미치는 정도 등에 따라 보수 방법을 결정한다. 본 연구에서는 도심지 내에서 설치되어 운행 중인 노후 철도 교량에 대해 차량의 충돌로 인해 발생한 국부 변형에 대한 보수작업에 대한 수치 해석적 검토를 수행하였다. 이를 위해 차량 충돌로 인하여 발생한 국부 변형에 대한 교량의 구조적 안전성 검토를 수행하였다. 본 논문에서는 분석 결과를 바탕으로 사고 교량의 보수 방법을 제시하였다. In general, bridges are facilities installed for the purpose of easily passing through sections such as valleys and rivers. Railway bridges that run through downtown areas are damaged due to external factors such as earthquakes and collisions with passing vehicles, resulting in serious human casualties. This can cause serious human and properties damage, such as functional paralysis in downtown areas. Depending on the degree of damage, repair work such as partial repair or full replacement is in progress for the bridge where the collision occurred. When damage or deformation occurs due to collision, the repair method is determined according to the degree of deformation and the degree to which the load capacity of the bridge is affected by the deformation. In this study, a numerical analysis review was performed on the repair work for the local deformation caused by the collision of a vehicle on an old railway bridge installed and in operation in an urban area. To this end, a structural safety review of the bridge for local deformations caused by vehicle collisions was conducted. In this paper, a repair method for the accident bridge was presented based on the analysis results.