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교량-차량 동적상호작용을 고려한 시간가변적 시스템 특성 분석
이재훈,이영재,김은주 한국전산구조공학회 2022 한국전산구조공학회논문집 Vol.35 No.1
Natural frequency variations in a vehicle–bridge interaction system is examined. The interaction system is designed for a simple beam subject to a moving vehicle. The equation of motion for the system is derived under the quarter–car condition, and numerical simulation is performed.Frequency amplification ratio (FAR) is defined as a ratio between the initial and the varying natural frequency of the system; a discontinuity in the FAR implies a resonance condition. Analysis is mainly focused on patterns, frequency variation characteristics, and discontinuity points of the FAR under the vehicle mass and tire stiffness variations. The result reveals that the interactions between the system affects the natural frequency of both the vehicle and the bridge in similar frequency regions that can be visually identified at the middle of the span using the FAR. 본 연구에서는 차량-교량 상호작용 시스템의 고유진동수 변화를 분석하였다. 차량이 주행하는 교량의 동특성은 차량의 질량 및 진동을 무시하지 않는 경우 상호작용을 반영해야 하는데, 이때 시스템은 시간가변적이므로 고유진동수 또한 시간가변적인 특성을 보인다. 따라서 본 연구에서는 차량과 교량을 각각 2자유도를 갖는 시스템으로 모델링하여 차량의 위치와 질량비 그리고 시스템 강성비에 따른 시간가변적 고유진동수를 산출하였다. 분석 결과 일반적으로 초기 고유진동수가 작은 시스템은 상호작용으로 인하여 증폭비가 낮아지는 추세를 보이나 상호작용이 발생할 경우 증폭비는 분기점을 보이며 비선형적 추세를 보이는 것을 알 수 있다. 따라서 상호작용이 발생하는 시스템차수에 대한 이해가 필요함을 알 수 있다.
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.