R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201616CTAP-C098111-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 스프링-감쇠시스템을 활용하여 진동 5dB(V)이상 저감이 가능한 철도역사 승강장용 구조시스템기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2015-06-24 ~ 2017-06-23 | |||||
| 연구책임자 | 최상현 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
13명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 200,000,000 원 기업 : 70,000,000 원 계 : 270,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 400,000,000 원 기업 : 140,000,000 원 계 : 540,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 한국교통대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-002005-01 | |||||
| ISBN | 979-11-958736-3-0 | |||||
| 주요 내용 |
□ 최근 열차의 고속화 및 증편, 콘크리트 궤도로의 점진적인 교체, 신설 및 개량노선의 증가로 소음？진동에 대한 민원이 증가함 □ 역사의 경우 공간 활용차원에서 다양한 상업(백화점, 마트 등), 업무시설 등이 증가 하고 있어 열차 이용객 및 종사자의 환경에 대한 만족도 기대수준이 높아지고 있음 □ 역사 내 소음？진동을 저감하기 위하여 플로팅궤도, 진동절연 등 궤도와 구조물에 적용할 수 있는 진동저감 공법에 대한 연구가 완료 또는 진행되고 있으나, 열차운행 지장, 과다한 시공비용 등의 단점으로 제한적으로 적용되고 있음. □ 본 연구는 철도역사의 승강장과 승강장 기초 사이에 스프링과 감쇠시스템을 적용하고 승강장의 질량을 이용한 동조질량감쇠기(TMD: Tuned Mass Damper)화 하여 철도역사의 진동을 저감시키는 기술을 개발하는 것으로 기존 및 신설, 지상 및 지하, 선하 및 선상 등 모든 종류의 역사에 적용 가능한 기술임. □ 본 연구를 통하여 개발하고자 하는 기술의 효용성을 검토하기 위하여 철도역사에 대한 3차원 수치해석 모델을 이용하여 동적해석을 수행한 결과 열차 통과로 인한 철도역사의 진동가속도를 RMS 기준 약 20~30% 감소시킬 수 있음을 확인하였음. □ 동조질량감쇠기 기술을 철도 승강장에 적용 시 별도의 부가질량 설치가 필요 없어 간편하고 경제적으로 적용 가능하며, 단순 구조체였던 승강장을 적극 활용할 수 있어 기술적인 가치가 크고 전세계적으로 독보적인 기술이므로 국내/해외 시장으로의 진출 가능성도 높음. [최종목표] □ 기존 및 신설, 지상 및 지하, 선하 및 선상 등 모든 종류의 역사와 승강장 구조형식에 적용 가능한 진동저감기술을 개발하는 것으로서 역사 내 승강장을 부가질량으로 고려하여 기존의 TMD개념을 확장하고, 관련 해석기법과 진동저감 기술을 개발하여 bench scale 규모의 실험 수행을 통해 최적화 설계기법 개발 및 스프링-감쇠시스템의 성능 검증을 진행함으로써 적용 전 대비 적용 후 5dB(V) 이상 진동 저감효과를 갖는 승강장용 구조시스템 기술 개발 - 기존 TMD이론을 확장하여 승강장을 부가질량으로 고려한 설계 및 해석기법 정립 - 스프링-감쇠시스템 설계 시 차량-궤도-구조물의 인터페이스를 고려한 파라미터 설계기법 정립 - 성능 및 bench scale 실험을 통한 스프링-감쇠시스템의 설계 및 해석기법 정립 [연구내용 및 범위] 본 연구는 다양한 종류의 역사와 승강장 구조형식에 적용 가능한 진동저감기술을 개발하는 것으로서 역사 내 승강장을 부가질량으로 고려하여 기존의 TMD개념을 확장하고 , 관련 해석기법과 진동저감 기술을 개발하여 bench scale규모의 실험 수행을 통해 최적화 설계기법 개발 및 스프링-감쇠시스템의 성능 검증을 진행함으로써 적용 전 대비 적용 후 5dB(V)이상 진동 저감효과를 가지는 승강장용 구조시스템 기술 개발하는 것임 최상의 연구결과를 도출하기 위하여 다음과 같은 연구를 수행함 가. 1차년도에는 연구 배경이론 조사 및 수치해석을 통한 bench scale 규모 실험체와 성능실험을 위한 스프링-감쇠시스템의 설계와 제작을 진행하고, 2차년도에는 제작된 bench scale 규모 모델과 성능실험용 스프링-감쇠시스템의 실험실 내 실험을 통하여 검증 작업을 수행함 나. 기존 진동저감 장치인 TMD의 이론을 철도역사의 진동저감 방안으로 적용한 방법으로 기존？신설, 지상？지하 역사에 대하여 역사 내 승강장 구조물을 부가질량으로 고려하고 TMD의 개념을 확장함 다. 승강장과 역사구조물의 상호인터페이스 핵심 기술을 도출하고 수치해석을 통하여 스프링-감쇠시스템의 강성, 감쇠계수, 개수, 간격을 고려한 최적화 설계기법을 개발함 라. 검증작업으로 얻은 주요 영향인자로 수치해석 모델을 개선 하고, 이를 통하여 다양한 승강장과 역사 구조형식에 적용이 가능한 승강장과 철도역사 상호작용 해석기법 개발을 완료함 분야별 상세 연구내용은 아래와 같음 □ 이론적 배경조사 - 기존 TMD이론과 적용사례 조사 및 정리 - TMD설계 및 적용기법 검토 - 승강장과 역사구조물 상호인터페이스 핵심 기술 도출 - 승강장을 부가질량으로 고려하여 기존의 TMD 개념 확장 - 설계시 고려되는 영향인자 분석 및 정리 □ 수치해석 모델 작성 - 철도역사 종류별 분류 - 대표 역사 구조 선정 및 근거 제시 - 승강장 형식 조사 및 분석 - 스프링-감쇠시스템의 개수 및 배치 간격에 따른 다양한 해석모델 작성 - 실제 역사크기에 적용할 스프링 감쇠시스템 모델 작성 - bench scale 실험을 수행할 대상역사의 수치해석 모델 작성 □ 시뮬레이션을 통한 성능실험용 스프링-감쇠 시스템의 설계 및 실험 - 다양한 해석모델형상에 열차하중을 주어 진동해석 수행 - 여러 모델의 해석결과를 비교하여 진동저감효과에 영향을 주는 결정인자 검토 - 시스템의 효과적인 진동저감성능을 발휘하기 위한 형상 설계 - 성능검증용 시제품 제작 및 실험 수행 - 강성 및 감쇠계수의 설계 값 발현도 확인 □ Bench scale규모의 스프링-감쇠시스템 설계 및 실험 - 시뮬레이션을 통해 bench scale실험 모형에 적용할 스프링-감쇠시스템의 강성, 감쇠계수 등 물성치 결정 - 실험에 적용할 스프링 감쇠시스템의 개수 및 배치간격 산정 - 실내실험을 수행하고 스프링 감쇠시스템 적용전과 적용후를 비교하여 진동저감효과 검토 □ Bench scale규모의 실험결과를 이용한 수치해석 모델 개선 - 수치해석에서 고려한 영향인자와 실제 실험을 통해 얻은 영향인자 비교 - 실험결과로 얻은 결과값을 이용하여 수치해석 모델 개선 □ 스프링-감쇠시스템 최적화 설계 및 해석기법 개발 - 수치해석 및 실험을 통하여 승강장의 TMD화를 위한 스프링 감쇠시스템의 강성, 감쇠계수, 시스템 개수 및 간격을 결정하는 최적화 설계 기법 개발 - 다양한 역사구조 및 승강장 형태에 따른 상호작용 효과 검토와 최적화 설계 및 해석기법 개발 |
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| 색인어 | 한글 | 철도역사 | 승강장 | 진동저감 | 스프링-감쇠시스템 | 동조질량감쇠기 |
| 영문 | rail station | platform | vibration reduction | spring-damper system | tuned mass damper | |
| 최종보고서 | 제출1. 최종보고서.pdf | |||||