R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C129908-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 설계기법 및 프로그램 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-04-01 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 성덕룡 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
10명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 220,000,000 원 기업 : 80,000,000 원 계 : 300,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 130,000,000 원 계 : 500,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 대원대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 콘크리트궤도와 철도구조물의 상호작용에 따른 문제는 토공-교량 연결부(교대부), 교량 상판 단부의 변형(단차 및 회전)에 의해 궤도의 변형이 발생하고 이로 인해 과도한 응력이 작용할 수 있어 그 심각성이 더욱 큼. 이러한 부가적인 상호작용력은 구조물 경계 단부 궤도의 빈번한 유지보수를 유발할 수 있으므로 설계 단계에서 충분한 검토가 이루어져야 함 ○ 철도교량 신축부(불연속지점)에서는 궤도-교량 상대변위 및 단차 발생, 상판 회전, 교각의 기초침하에 따른 변위 발생, 단부회전에 의한 상향력 발생으로 인해 체결장치의 파손이 발생하고 있음 ○ 교량 상판 단부에서 콘크리트궤도의 사용성을 보장하기 위해서는 교량 상판 단부의 회전 및 단차로 인해 레일 지지점의 체결장치에 발생하는 수직하중이 레일체결장치의 탄성지지체, 체결클립 혹은 클램프 및 앵커시스템에서 공용기간 동안 아무런 손상없이 충분히 흡수할 수 있어야 함 ○ 콘크리트궤도가 부설된 철도교량의 경우에는 교량의 수직 운동(휨거동)에 따라 발생하는 압축력과 인장력 및 하중통과에 따른 부반력 등이 반복적으로 작용하여 교량상부구조의 거동에 따라 레일지지점(체결장치위치)에 비교적 많은 부담이 가해짐. 이 영역에서 콘크리트궤도의 사용성을 보장하기 위해서는 레일지지점(체결장치위치)에 가해지는 부상력(상향력)과 압축력이 적정한 수준의 탄성으로 설계된 체결장치에 의해 완화되어야 함 ○ 강재거더로 이루어진 교량구조의 경우 상대적으로 유연한 휨거동을 보이므로 단부의 부상력(상향력) 및 압축력이 과다할 수 있기 때문에 설계 시 이에 대한 면밀한 검토가 요구됨 ○ 또한 한국철도시설공단에서 발주하여 한국철도기술연구원에서 수행한 “콘크리트궤도 인터페이스 성능향상에 대한 연구 용역(설계지침)”은 독일의 “Anforderungskatalog zum Bau der Festen Fahrbahn, 3. uberarbeitete Auflage, Stand 15.10.1995, Deutsche Bahn Gruppe, DB Netz”과 “DS-804"를 바탕으로 연구되었으며 결과보고서의 내용에 횡단궤도시스템에 대한 내용이 교량단부 사용성 향상을 위한 방안으로 간단하게 소개된 바 있음 ○ 독일에서 발간된 "Feste Fahrbahn, Konstruktion und Bauarten fur Eisenbahn und Straßenbahn, Edgar Darr, Werner Fiebig, Eurail press"에는 콘크리트궤도가 부설된 철도교량의 설계 및 시공사례에 대한 소개에 횡단궤도시스템과 관련한 내용이 수록되어 있으며 유럽의 철도 선진국에서는 일반적이면서도 철도교량 단부 궤도의 안정성 확보를 위한 효과적인 대안으로 제시되어 있음 ○ 서술한 바와 같이, 콘크리트궤도가 부설된 철도교량에 대해서는 단부의 사용성 검토를 위한 기준(DS 804, KR C 08090)이 제시되어 있으며, 기준을 만족하지 못하는 개소에 대해서는 고가의 종방향활동체결구 또는 횡단궤도시스템을 적용함으로써 추가 건설비가 발생하게 됨 ○ 또한, 교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 기준은 국외 설계기준을 그대로 준용하고 있으며, 검토과정이 복잡하고 어려워 설계 적용이 매우 제한적으로 이루어지고 있음 ○ 따라서 본 연구에서는 교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토를 위한 영향인자들에 대해 실내외시험을 통한 검증 및 보정방법을 도출하고, 독립적으로 이루어지고 있는 검토과정을 일괄적으로 설계 및 검토할 수 있는 설계기법 및 프로그램을 개발하고자 함 [최종목표] 최종목표 : 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 설계기법 및 프로그램 개발 세부목표 : 1) 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 설계기법 개발 2) 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 알고리즘 개발 3) 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 프로그램 개발 가. 1차 연도 ① 개발 목표 - 주관연구기관(대원대학교): 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 영향인자 보정 - 공동연구기관(군산대학교): 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 알고리즘 설계 - 공동연구기관((주)글로텍): 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 프로그램 설계 나. 2차 연도 ① 개발 목표 - 주관연구기관(대원대학교): 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 설계기법 개발 - 공동연구기관(군산대학교): 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 알고리즘 개발 - 공동연구기관((주)글로텍): 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 프로그램 개발 [연구내용 및 범위] 가. 1차 연도 ① 개발 목표 - 주관연구기관(대원대학교): 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 영향인자 보정 - 공동연구기관(군산대학교): 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 알고리즘 설계 - 공동연구기관((주)글로텍): 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 프로그램 설계 ② 개발 내용 및 범위 1) 주관연구기관(대원대학교) 1-1) 국내외 관련자료 조사 (가) 국외 관련자료 조사(DS804, 보고서, 논문 등) (나) 국내 관련자료 조사(KR CODE, 보고서, 논문 등) (다) 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 영향인자 조사 1-2) 실내 모형시험 (가) 주요 영향인자에 대한 실내 모형시험 (나) 수치해석 및 실내모형시험 결과 비교？분석 (다) 주요 영향인자에 대한 보정방법 제시 2) 공동연구기관(군산대학교) 2-1) 국내외 관련자료 조사 (가) 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 알고리즘 사례조사 2-2) 수치해석 (가) 실내 모형시험에 대한 수치해석 2-3) 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 알고리즘 설계 3) 공동연구기관((주)글로텍) 3-1) 국내외 선행연구 조사 (가) 국외 선행연구 조사(프로그램 개발 사례) (나) 국내 선행연구 조사(프로그램 개발 사례) 3-2) 목표성능 설정 (가) 수요자(설계자) 요구조건 분석 3-3) 알고리즘 적용 인자 분석 (가) 주요 영향인자들에 대한 영향분석 (나) 알고리즘 적용 인자 분석 3-4) 콘크리트궤도 단부 사용성 검토 프로그램 설계 나. 2차 연도 ① 개발 목표 - 주관연구기관(대원대학교): 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 설계기법 개발 - 공동연구기관(군산대학교): 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 알고리즘 개발 - 공동연구기관((주)글로텍): 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 프로그램 개발 ② 개발 내용 및 범위 1) 주관연구기관(대원대학교) 1-1) 현장시험 (가) 국내 철도교량 단부 콘크리트궤도 압상력 및 압축력 현장계측 (나) 동적 하중조건에 대한 영향인자 보정 1-2) 실내 모형시험 (가) 교량단부(토공-교량, 교량-교량)에 대한 실내시험 (나) 정동적 하중조건에 대한 영향인자 보정 1-3) 설계기법 개발 (가) 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토를 위한 주요 영향인자 보정 (나) 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토를 위한 검증사례 제시 2) 공동연구기관(군산대학교) 2-1) 수치해석 (가) 실 철도교량 대상 단부 해석 (나) 영향인자 보정을 고려한 단부 해석 2-2) 철도교량 단부 콘크리트궤도 사용성 검토 알고리즘 개발 (가) 영향인자 보정을 고려한 알고리즘 개발 (나) 수치해석 및 실내외시험결과 비교분석을 통한 알고리즘 검증 3) 공동연구기관((주)글로텍) 3-1) 교량단부 콘크리트궤도 사용성 검토 프로그램 개발 (가) 매개변수 입력 모듈 개발 - 변수 값 추출 기능 개발 - 다양한 변수 값 입력을 위한 가변적 인터페이스 환경 구성 - 변수 추적을 위한 동적 환경 개발 (나) 궤도 단부 사용성 검토 엔진 개발 (다) 사용성 검토 Report 모듈 개발 (라) 범용유한요소해석 프로그램과 연계 모듈 적용성 검토 |
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| 색인어 | 한글 | 철도교량단부 | 콘크리트궤도 | 사용성 | 설계기법 | 프로그램 |
| 영문 | Deck end of railway bridge | Concrete track | Serviceability | Design method | Program | |
| 최종보고서 | 1. 최종보고서-대원대-ver5-20190115.pdf 2. 자체평가의견서.pdf | |||||