하중기반의 궤도틀림 분석기법 적용에 관한 연구

황선권,최정열 국제문화기술진흥원 2022 The Journal of the Convergence on Culture Technolo Vol.8 No.5

본 연구에서는 궤도틀림이 차륜-레일 상호작용력에 미치는 영향을 분석하고 이를 바탕으로 궤도틀림을 관리할 수 있는 하중기반의 궤도틀림 분석기법을 제안하였다. 도시철도 침목플로팅궤도와 직결도상 접속구간에서 발생된 고저틀림 측정결과를 이용하여 고저틀림이 차륜-레일 상호작용력(동적윤중)과 레일의 진동가속도에 미치는 영향을 해석적으로 분석하였다. 직결궤도 총 4개소를 대상으로 부분적으로 직결궤도를 포함한 침목플로팅궤도 구간과 전, 후 인접 침목플로팅궤도 구간으로 구분하여 고저틀림을 비교, 분석하였다. 분석결과, 직결궤도를 포함한 구간이 침목플로팅궤도 보다 궤도틀림이 크게 나타났다. 고저틀림 데이터를 적용한 차륜-레일 상호작용력 분석결과, 거리에 비해 상대변위차가 큰 구간에서 차륜-레일 상호작용력과 레일가속도가 증가하는 것으로 분석되었다. 반면 고저틀림 데이터의 주기와 틀림량(변위)이 일정한 구간의 경우 차륜-레일 상호작용력과 레일가속도가 상대적으로 작게 나타났다. 따라서 고저틀림의 주기가 짧고 상대변위차가 클수록 차륜-레일 상호작용력 측면에서 불리한 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 궤도틀림 측정데이터를 이용한 차륜-레일 상호작용 해석을 통해 차륜-레일의 상호작용력을 바탕으로한 하중기반의 궤도틀림 분석기법 적용방안을 제시하였다.

궤도 유지보수 주기 예측을 위한 구간 특성에 따른 궤도틀림 표준편차 진전정도 분석

정민철,김정훈,이지하,강윤석,공정식 한국구조물진단유지관리공학회 2012 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.16 No.3

궤도틀림은 열차의 주행안전 및 승차감에 미치는 영향이 크고, 소음 진동의 주요원인으로 작용한다. 따라서 현장에서 발생하는 궤도의 틀림을 체계적으로 분석함으로써 이를 저감할 수 있도록 차량운행 조건과 선로선형 및 궤도구조를 설계하는 것은 중요한 과제이다. 현재 국내에서 EM-120에 의해 검측된 틀림 데이터는 매우 불규칙적인 형태를 나타내며 데이터 분석 시 다양한 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 궤도의 효율적인 유지관리를 위해 검측된 틀림데이터의 효율적인 처리 기법을 개발하고, 정제된 데이터를 이용해 선로를 구성하고 있는 이음매, 도상, 노반, 체결구 등의 요소를 고려하여 레일 궤도 틀림의 진전 정도를 정량화 하였다. 또한 축적된 검측 데이터로부터 궤도의 건전도를 평가할 수 있는 방법을 정립하고 잔존수명을 예측하여 효율적 유지관리를 실현하기 위하여 검측 데이터의 확률론적 수명 산정 기법 개발 및 데이터를 이용한 구간 특성에 따른 궤도틀림 표준편차의 틀림 진전 정도에 대한 통계 및 확률적 분석을 수행하였다. The irregularity of railway track affects not only the comfort of ride such as noise or vibration but also the safety of train operation. For this reason, it is an interesting research area to design a reliable and sustainable railway track system and to analyze the train movement mechanism based on systematic approaches considering reasons of track irregularity possible in a specific local environment. Irregularity data inspected by EM-120, an railway inspection system in Korea includes unavoidable incomplete and erratic information, so it is encountered lots of problem to analyse those data without appropriate pre-data-refining processes. In this research, for the efficient management and maintenance of railway system, progress rate of standard deviation of irregularity is quantified. During the computation, some important components of railways such as rail joint, ballast, roadbed, and fastener have been considered. Probabilistic distributions of irregularity growth with respect to time are computed to predict the remaining service life of railway track and to be adapted for the safety assessment.

현정시법을 이용한 자기부상열차 선로용 궤도틀림 계측장치 개발

임지훈(Jihoon Lim),공부성(Busung Kong),김기정(Ki-Jung Kim),한형석(Hyung-Suk Han) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.11

자기부상열차의 궤도는 차량이 궤도 위를 부상하여 주행하는 형태이기 때문에 차륜이 레일 위를 굴러가는 일반철도와 궤도 단면형상이 다르다. 따라서 일반철도에서 사용하는 현정시법을 이용한 궤도틀림 계측장치는 자기부상열차의 궤도 특성을 반영하지 못하여 궤도틀림 기준과 정확도를 만족하지 못한다. 본 연구에서는 자기부상열차 궤도의 단면형상을 분석하여 측정기준면을 선정하고 현정시법을 이용한 궤도틀림 계측장치를 고안하였다. 본 장치는 사용성과 정확성을 중점적으로 고려하였으며, 수평/수직 틀림뿐만 아니라, 궤간, 레일 상하단차 및 평면성 틀림도 계측할 수 있도록 추가적인 장치도 제안하였다. 개발된 장치는 기계연구원 시험선에 대해 시범계측을 수행하고 사용성을 검증하였다. In Magnetic Levitation Train(Maglev),cross section of track is different from common track running on rail surface, because Maglev vehicle is running upon track levitated. Therefore the measuring device for track irregularities using in common tracks cannot satisfy the accuracy of criteria for track irregularities for Maglev. In this study, the cross section of Maglev track is analyzed to find the measuring point which can describe the track precisely and designed new measuring device by String Survey Method. The device is focused on the usability and accuracy and can measure not only horizontal and vertical but also top-bottom irregularities and torsion of track.

고속철도 자갈궤도 틀림과 보수간의 상관관계 분석

박현우(Hyun-Woo Park),장승엽(Seung Yup Jang),박성백(Seong-Baik Park) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.10

최근 3 년간 종합검측차로부터 수집된 궤도틀림 데이터와 궤도보수이력을 이용하여 고속철도 자갈궤도 틀림과 보수간의 상관관계를 분석한다. 궤도틀림 정량화를 위해 200m 구간 궤도틀림 표준편차로 정의되는 궤도품질지수(Track quality index; TQI)를 사용한다. 궤도품질지수의 시계열 추이를 분석하기 위해 선형 회귀분석을 수행한다. 특정 보수시점의 전후에 대한 궤도품질지수 변화는 조각 선형 회귀분석을 이용하여 정량화한다. 회귀분석 결과 자갈궤도 보수효과가 뚜렷하게 나타나는 개소는 보수시점 전후에서 궤도틀림 데이터의 누적확률분포를 추정한다. 이를 통해 보수작업에 따른 궤도품질지수의 변화와 실제 궤도틀림의 통계적 분포 변화의 상관관계를 분석한다. This paper presents correlation analysis between track irregularity and maintenance using track irregularity data collected by track inspection car and track maintenance history during last three years. Track irregularity is quantified through track quality index (TQI) being defined by 200m-section standard deviation of track irregularity data. A linear regression analysis is conducted to analyze the time-series chart of track irregularity. Piecewise linear regression is employed to quantify the change of track quality index due to track maintenance at a specific moment. At the spot where the effect of track maintenance appears clearly, a cumulative probability distribution is identified for the raw track irregularity data collected before and after the track maintenance. Correlation analysis is performed between the changes of track quality index due to track maintenance and statistical distribution for raw track irregularity data.

인접굴착공사에 따른도시철도 분기기 궤도의 변형 특성에 관한 연구

김해성,최정열,정지승 국제문화기술진흥원 2022 The Journal of the Convergence on Culture Technolo Vol.8 No.5

분기기 궤도구조는 매우 복잡한 구조와 다양한 구성품으로 구성되어 일반 궤도보다 유지관리가 어렵고 보다 상세한 관리기준이 필요한 철도시설물이다. 본 연구의 목적은 공용중인 도시철도 선로와 인접한 굴착공사에 따른 지상부 분기기 궤도구조의 변형에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 본 연구에서는 인접굴착 시공단계별 수치해석을 바탕으로 지상구간에 부설된 분기기 궤도선형을 고려한 주요위치별 궤도변형을 분석하였으며 이를 궤도틀림 기준과 비교하여 안전성을 확인하였다. 분석결과, 지상 분기기 궤도변형에 영향을 미치는 주요 시공단계는 굴착 최종 단계로 나타났으며, 면(고저)틀림인 연직변위가 상대적으로 크게 발생하였으나, 전체적으로는 수평방향의 변형이 지배적인 것으로 분석되었다. 이는 굴착 현장이 분기기 측면에 위치하는 측방굴착의 영향인 것으로 판단된다. 또한 분기기 주요 위치별 변형량이 상이하고 굴착현장과의 이격거리에 따른 위치별 궤도변형의 편차가 발생하여 평면성틀림이 발생될 소지가 있을 것으로 분석되었다. 따라서 현재 발생된 궤도틀림을 바탕으로 인접굴착에 따른 추가적인 변위를 포함한 실 운행선 분기기 궤도구조의 궤도변형을 주요변형 특성이 발생되는 위치별로 중요도를 구분하여 별도의 관리가 필요한 것으로 분석되었다.

인접지반 깊은 굴착시 도시철도 궤도 안정성 평가

이상승(Sang-Seung Lee),이성진(Sung-Jin Lee),박영곤(Yeong-Gon Park),전상수(Sang-Soo Jeon) 한국철도학회 2016 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2016 No.5

대부분의 시설이 지중에 시공된 도시철도는 인접 지역 공사 진행 시 동반되는 굴착공사로 인하여 지반이완에 따른 응력변화를 갖게 된다. 이는 지하구조물의 침하 및 융기로 이어져 구조물 내에 시공된 궤도의 선로변형을 초래하며 궤도틀림을 유발한다. 궤도틀림은 승차감 저하 및 주행 안정성을 감소시키며 지속적인 점검 및 보수가 이루어지지 않을 경우 차량의 탈선과 전복을 발생시킬 수 있는 매우 중요한 요소이다. 따라서 본 연구에서는 삼차원 유한차분해석 프로그램 FLAC3D를 이용하여 도시철도 인접지반 대규모 굴착 발생 시 지반 특성에 따른 박스구조물 내에 시공된 궤도틀림량 산정 후 국내 도시철도 궤도틀림 기준을 적용하여 안정성 평가를 수행하였다. 굴착시 지반조건 변화에 의한 궤간틀림의 변위 차는 매우 미소하게 발생하였으나 줄틀림, 수평틀림, 면틀림, 평면성틀림은 각각 56%, 55%, 76%, 75%가 발생하였다. Most of facilities of urban railway are constructed in underground and, as a deep excavation for a high rise building construction is undergoing adjacent to the urban railway, the strength of soil is changed by the ground loss. Settlement and heaving of underground structures causes a track transformation and irregularity. Track irregularity is very important factor because it reduces a comfortable ride and driving stability and, if continuous check and repairs are not carried out, it causes a derailment and overturning of train. In this study, stability assessments using a commercial three-dimensional finite difference model, FLAC3D, are carried out to examine a track irregularity of underground box structures associated with the ground characteristics based on the standards of track irregularity provided by each metropolitan as a deep excavation undergoes adjacent to the urban railway. Track gauge irregularity associated with ground variation is relatively very small but alignment irregularity, cross level irregularity, longitudinal irregularity, and twist irregularity are 56%, 55%, 76%, and 75%, respectively.

케이블 장력변화가 강철도 복합교량 상 자갈궤도의 궤도틀림에 미치는 영향

최정열,이수재 국제문화기술진흥원 2023 The Journal of the Convergence on Culture Technolo Vol.9 No.4

본 연구에서는 공용중인 강철도 복합교량의 케이블 장력변화가 철도교량 상 자갈궤도의 궤도틀림에 미치는 영향을 해석적으로 분석하였다. 케이블 장력에 대한 설계 및 해석결과 비교 결과, 약 3% 미만의 차이가 나타나 해석 모델링은 설계조건을 잘 반영하는 것으로 분석되었다. 또한 현장측정결과와 해석 케이블 장력과 비교하여 해석모델링의 적정성을 입증하였다. 케이블 장력 변화를 변수로 설정하여 강철도 복합교량의 궤도틀림을 해석적으로 분석하였다. 분석결과, 전체 및 편측 케이블 장력변화는 궤도틀림 항목 중 고저틀림에 직접적인 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 또한 케이블 위치와 근접한 구간에서 궤도틀림의 변화가 발생하는 것으로 나타났다. 케이블 장력 변화는 수평방향에 의한 궤도틀림(방향틀림 및 궤간틀림)보다는 연직방향과 직접적인 상관성을 갖는 궤도틀림(고저틀림 및 수평틀림)에 보다 직접적인 영향을 미치는 것으로 분석되었다.

국내외 궤도틀림 기준 비교 분석

최일윤(Il-Yoon Choi),이동호(Dongho Lee),이준석(J S. Lee),엄주환(Ju Hwan Um) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5

궤도틀림은 철도차량의 주행안전성과 승차감에 큰 영향을 미치며, 궤도틀림을 일정한 허용기준에 따라 적정하게 관리하는 것은 매우 중요하다. 본 논문에서는 국내외 궤도틀림의 허용기준을 조사하고 비교분석을 수행하였다. 국내의 기준, 유럽기준, 프랑스, 오스트리아 및 일본의 궤도틀림 기준을 속도대역과 관리단계를 중심으로 분석 고찰하였다. It is highly important to maintain carefully the track irregularities in order to ensure running safety and ride comfort because the track irregularities are one of the crucial factors influencing the running safety and ride comfort of railway vehicles. In this study, the track irregularities standards of several countries were investigated according to speed and maintenance level. A comparison was conducted for European Standards, France, Austria, Japan and Korea.

궤도 틀림 분석을 위한 궤도 분할 군집화 모형 연구

박범환(Bum Hwan Park) 한국철도학회 2019 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.5

궤도 틀림량의 적절한 예방 보수를 위해서는 궤도의 상태를 정확히 반영할 수 있는 지표값이 필요한데 이를 궤도 품질 지수(TQI)라 한다. 일반적으로 일정한 길이의 구간에 속하는 궤도 틀림량 측정값들의 표준편차나 평균편차를 TQI로 활용한다. 여기서 이 ‘일정한 길이의 구간’ 을 어떻게 설정하는지에 따라 TQI값은 매우 다른 양상을 보인다. 실제로 현장에서는 200미터 단위로 임의로 구간을 나눠 TQI를 계산하고 있다. 본 연구는 TQI 계산에 필요한 궤도의 적정 구간 분할을 위한 궤도 분할(Track Segmentation) 문제를 다룬다. 본 연구에서는 검측자료, 캔트 곡선 반경 등의 궤도 특성값에 기초하여, 이러한 궤도 특성값이 유사한 지점들을 하나의 그룹을 묶어주는 일종의 군집화(클러스터링) 방법에 기초한 궤도 분할 방법론을 제시하고자 한다. 그러나 궤도 구간 분할에서는 궤도를 따라 연속적으로 지점들을 군집화해야 하므로 K-평균과 같은 방법론을 적용할 수 없다는 문제가 있는데, 본 연구에서는 이를 해결하기 위해 ‘제한된 최소경로 모형(restricted shortest path model)’ 을 활용한 군집화 모형을 제시하고, 고속철도 자갈구간에 적용된 군집화 실험결과를 제시하고자 한다.

콘크리트궤도의 궤도틀림검측 및 유지관리

이방우(Bang-woo Lee),염형진(Hyeong-jin Yeom),박용걸(Yong-gul Park) 한국철도학회 2018 한국철도학회논문집 Vol.21 No.8