경전철 곡선궤도의 레일이음매부 궤도충격계수에 관한 연구 = A Study on Track Impact Factor for Rail Joint on Curved Light Rail Transit

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the curved track, the contribution of dynamic wheel load on the low and high rail was fluctuated by cant deviation according to various vehicle speed.
The dynamic wheel load fluctuation could be affected on the deterioration and damage for track components of rail joint. In this study, the measured track impact factor of each test section(two continuous welded rail on slab tracks and rail joint on ballasted track) was compared with the design track impact factor under serviced conditions of the curved light rail transit.
The measured track impact factor was estimated from the measured dynamic wheel load and vertical rail displacement at each test section. In the case of the rail joint section, the rail joint was found to directly affect the track impact factor which was calculated by using dynamic wheel load and vertical rail displacement. Moreover, the dynamic wheel load fluctuation and vertical rail displacement were found to be significantly greater than those of continuous welded rail on slab track. Therefore, the rail joint could amplify the dynamic wheel load and vertical rail displacement, and it could be occurred the deterioration of track components on the rail joint track.

국문 초록 (Abstract)

최근 국내에서 건설되는 도시철도 경전철 궤도구조는 도심속을 통과하거나 도심 내, 외곽의 타 교통수단과의 연계를 고려하여 설계되어 일반적인 도시철도 선로 보다 선형조건이 상대적으로 취약한 급곡선 선로가 다수 존재한다. 또한 본선뿐만 아니라 기지 및 부본선, 측선 등의 선형조건 역시 도심지 부지확보 측면의 용이성에 따라 급곡선부가 다수 존재하는 실정이다. 레일이음형식의 경우 최근 대부분의 철도에서 장척 또는 정척레일을 용접으로 연결하여 사용하는 장대레일을 사용하고 있으며 장대레일의 경우 종래에 레일이음매판으로 인접한 레일의 복부를 볼팅 연결하여 사용하던 이음매부의 결선부가 사라져 열차주행 시 충격 및 소음이 상대적으로 양호한 레일이음방식이다.
레일이음매부는 결선부를 통과할 때 발생되는 단차로 인해 차륜과 레일단부의 손상이 야기되며 이음매부의 충격으로 인해 레일, 체결장치, 침목을 비롯하여 도상까지 손상이 야기되어 빈번한 유지보수가 투입되는 실정이다. 본 연구의 대상 선로에서도 본선의 경우 대부분 장대레일화되어 열차운행에 따른 궤도의 충격은 상대적으로 크지 않을 수 있으나 본선 외의 다른 선로의 경우 장대레일화 하지 않고 레일이음매부가 다수 존재하는 실정이다. 대부분의 연구는 본선 궤도구조의 거동분석 또는 레일용접부의 수명 등과 같은 본선위주의 연구가 이루어져 왔으나 모든 열차가 본선으로 진입하기 위해서는 기지, 측선, 부본선 등과 같이 장대레일화 되지 않은 이음매 레일 위를 주행하여야 하므로 이음매 레일에 대한 거동분석의 중요성을 간과할 수는 없을 것으로 판단된다.
따라서 본 연구에서는 경량 전동차량을 사용하는 도시철도 직결식 콘크리트 궤도구조의 장대레일과 측선 자갈궤도의 레일이음매부를 대상으로 실 운행열차 주행에 따른 궤도현장측정을 수행함으로써 열차하중이 레일이음매부 유간 통과시 발생되는 단부 레일의 변위차(변위응답의 진폭) 및 이에 따른 궤도충격의 효과를 실험적으로 입증하고 그 수준을 차륜-레일 접촉하중(동적 윤중변동율) 기반의 일반적인 궤도충격계수와 비교하고자 변위응답 측정결과를 바탕으로 궤도충격계수를 산출하여 비교하였다.
또한 본 연구에서는 궤도 설계시 고려하는 설계 궤도충격계수와 경전철 곡선부 레일이음매부 및 장대레일에서 측정된 궤도충격계수를 비교하여 레일이음매부 궤도충격수준을 실험적으로 입증하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 1 절 연구 배경 및 목적 1
• 제 2 절 연구 내용 및 범위 3
• 제 2 장 이론적 배경 4
• 제 1 절 곡선 궤도의 윤중 산정 이론 4
• 제 2 절 레일이음매부의 특성 고찰 6
• 1. 레일이음매의 역할과 종류 6
• 2. 레일이음매의 특성 7
• 제 3 절 궤도충격계수 이론 10
• 1. 궤도충격계수 10
• 제 3 장 현장측정 14
• 제 1 절 현장측정 개요 14
• 1. 현장측정구간 14
• 2. 측정 차량제원 16
• 3. 측정위치 선정 17
• 제 2 절 측정 항목 및 방법 20
• 1. 윤중 20
• 2. 궤도 변위(레일수직변위, 레일두부횡변위) 23
• 제 3 절 측정결과 및 분석 25
• 1. 윤중 25
• 제4장 분석 및 고찰 29
• 제 1 절 궤도충격계수 산출 29
• 제 2 절 레일이음매 충격효과 분석 34
• 제5장 결 론 39
• 참 고 문 헌 41
• Abstract 43
• 감사의 글 44