- 요약

교통 기관은 반복적인 열차 하중을 받는 수천 개의 교량을 소유하고 또 운영하고 있다. 이런 교량의 상당수가 20세기 초에 시공되었고 많은 교량이 이론적 피로수명을 초과하였다. 게다가, 많은 수의 교량이 유지관리가 요구되어 재하하중 감소를 필요로 하는 경고색칠을 하고 있다. 승객을 위한 장애물과 트랙 라인의 차단시간은 단지하나의 활성트랙으로 여러 라인을 대비하면 혼란스럽고 비용이 많이들 수 있다. 또한 화물열차 중량의 최근 증가는 철도가 그 증가하중에 견디도록 설계되지 않았으므로 여객철도 시스템 면에서 교량에 대한 더 많은 관심을 일으키는 263000파운드에서 286000파운드에 달한다. 화물운송을 위해 여객라인의 사용을 허용하기 전에 이런 교량에 대해 열차 중량에 있어서 증가의 영향을 평가할 필요가 있다. 철도운영자나 관계기관이 보수나 개축을 순서화하고 계획하는 것을 허용할 잔존피로 수명과 손상 누적을 평가하기 위한 절차를 수립하는 것이 필요하다.

이 연구의 목적은 수송 라인에 철도 강 교량의 잔존 피로 수명을 확인하는 것에 대한 정확한 접근 방식을 소개하는 것이다. 제안 된 방법은 현장시험을 포함하는 분석 방법이다. 가장 간단한 분석은 지역 승객, 중량에 관한 화물 열차 데이터, 부피, 각 열차의 궤도차량의 개수의 검토를 포함한 것이다. 분석의 다음 등급은 교량 거더나 부재에 대한 응력이 유한요소법을 사용하여 결정하는 시뮬레이션이 포함되었다. 현장 시험 결과는 이러한 컴퓨터 모델을 확인하고 검증하는 데에 이용되고, 제안 된 방식이 기존의 철도 강 교량에 적용 되었다. 확률 모델이 철도 교량의 피로 평가를 위해 개발되었다. 다양한 임의 하중 변수가 연간 기차 빈도, 동적 충격, 승객 수 및 화물 열차 재하를 포함하여 고려되었다. 확률 피로 하중 스펙트럼이 몬테카를로 시뮬레이션인 빗물 유출 계산 방법을 사용하여 유도 되었다. 저항의 측면에서, 관련 SN 곡선이 피로 강도에 일정한 분산을 가지도록 랜덤화 하였다. 무거운 화물 열차와 그 빈도가 짧은 지간의 다리와 지점부근처의 취약한 위치에 중요한 영향을 끼치는 것으로 밝혀졌다.

1장 개요

- 배경

기반시설 시스템은 국가 투자의 주요 부분을 구성하며, 우리 사회의 유동성뿐만 아니라 경제 성장과 번영을 위해 중요하다. 미국은 주거, 운송, 전송 및 인구 분산, 상품, 에너지, 자원, 서비스 및 정보 등 모든 시설을 포함한 문명 기반 시설 시스템에 평가금액 25조 달러를 투자하고 있다. 교량, 터널, 교통 시스템, 도로 포장, 공항, 항만, 댐, 기타 시스템 등의 인프라 시스템 구성 요소는 적절하게 보호하고 관리해야할 자산으로 간주된다. 불행하게도, 고유 및 악성 문제에 기인하는 약화와 손상의 현재 정도는 위험하고 취약한 시스템을 남긴다. 주요 결정은 국가의 교량을 유지하고 보호하기 위한 적당한 자금을 할당해야하는 것이다. 장기 비용 효율성 해법을 극대화하는 것은 다양한 연산 모델과 시뮬레이션의 통합뿐만 아니라 기반시설 열화 모델에 기초해야할 것이다.

뉴저지 운송국은 772개(572개 하급, 101개의 상하운동식과 12개의 이동식 철도교;, 35개 하급과 52개 상하운동식의 경량 철도교)보다 많은 교량을 운영하고 있으며, 651.4 마일(554.4마일의 철로, 107마일의 경전철 철로)의 궤도연장을 관리하고 있다. 2013 년도 실제 영업 수익 및 비용을 기반으로 뉴저지 운송은 대중교통 수익 1,022백만 달러, 지출 2029백만 달러를 가지고 있으며, 수익 회수율은 50.4 %이다. 2014년도 게시 승인 자금 계획을 기반으로 2014 회계년도 총 지출은 운영 유지 보수에 소요 691백만 달러 및 철도 기반시설 개선에 132백만 달러를 포함하는 1,228백만 달러로 추정된다. 또한, 뉴저지 운송국은 이 거대한 운송 망을 유지, 운영하기위한 노력을 지원하기 위해 주 및 연방 두 기관으로부터 추가 금액 지원을 받는다.

연방 운송국 전망 및 전략적 연구 목표 중 하나는, ( "자금 및 운영 효율성 개선 '), 레일 기반시설(FTA 2005)의 유지 및 성능을 개선 할 필요가 있음을 말하는 것이다. 교량은 철도 기반시설의 중요한 부분이기 때문에 기존의 교량구조 및 그 부재의 안전을 확보하는 것은 매우 중요하다. 또한, 145 명의 부상과 13명의 사망을 초래한 2007 년 8 월 1 일에 미네소타 I-35 교량의 파괴 후(2008 프레드릭 J. Fromer), 수백 또는 수천의 교량을 소유하고 운영하는 여러 운송 및 수송 기관은 최근 그들의 교량시설을 자체 평가하기 시작했다. 그러므로 철도 교량의 유지 보수 및 성능 개선은 운송국을 위한 과제가 되고 있다.

이 연구의 목적은 피로 하중을 받는 강교의 보수 및 개축을 위한 유지 보수 절차를 적용하고 계획하는 방법을 개선하는 것이다. 유지 보수 계획은 그 목적을 위해 할당 된 제한된 자금에 기초하여 보수의 우선순위를 필요로 한다. 따라서 가장 피로한계인 교량에 주의를 직시 할 수 있는 단순화된 검사 요령은 상당한 가치를 제공한다.

-목적

-문헌검토

-신뢰성 분석

-피로평가

2장 선정된 교량 및 뉴저지 여객 수송 라인

-시험장비

-분석을 위해 선정된 교량

3장 컴퓨터기반 교량 모델

-유한요소 교량분석

4장 확률론적 피로 접근방법

-활하중의 전개

-피로저항 모델의 개발

-확률론적 피로평가 절차

-피로 한계위치의 결정

-변수 연구

5장 결론 및 향후 연구

본 연구에서, 확률론적 모델은 하중과 재료 변화성에 있어서 불확실성을 고려하기위하여 뉴저지 수송 라인에 있는 철도 교량의 피로 평가를 위해 제안되었다. 다음과 같은 결론이 지난 분석으로부터 도출 될 수 있다 :

1. 교량 A에서, 중량 화물차의 이론적인 도입 (시나리오 1)에 앞서, 중간지간 위치가 가장 피로 한계 위치인 것으로 나타났다. 중량화물차의 도입 후(시나리오2), 두 번째 분리부분 지간중앙 위치가 피로한계 위치가 된다. 이것은 무거운 화물 철도 차량을 도입 한 후 피로한계 위치를 검사 할 때 지침을 제공 할 수도 있다. 목표 신뢰성 지수가 3.5 (PF = 0.0002)로 지정되면, 잔존 피로 수명의 감소는 지간중앙 위치에서 5년, 2번째 분리위치에서 11년 그리고 첫 번째 분리 위치에서 25년이다. 그러나 목표 신뢰성 지수가 2.5 (PF = 0.006)으로 지정되는 경우에는, 잔존 피로 수명의 감소는 지간중앙 위치에서 12년, 두 번째 분리위치에서 20년 및 첫 번째 분리위치에서 34년이다.

2. 교량 B에서, 중량화물의 도입 전에(시나리오 1), 두 번째 분리부분 위치가 가장 피로 한계위치이다. 중량 화물차 도입 후에(시나리오2), 첫 번째 분리부분 위치가 피로 한계위치가 된다. 목표 신뢰성 지수가 3.5 (PF = 0.0002)로 지정되면, 잔존 피로 수명의 감소는 지간중앙 위치에서 11년, 두 번째 분리부분 위치에서 10년, 첫 번째 분리부분 위치에서 16년이다. 목표 신뢰성 지수가 2.5 (PF = 0.006)으로 지정되는 경우에는, 잔존 피로 수명의 감소는 지간중앙 위치에서 18년, 두 번째 분리부분 위치에서 15년, 첫 번째 분리부분 위치에서 24년이다.

3. 교량 C에서, 중량 화물차의 전 (시나리오 1) 후 (시나리오 2) 모두 도입 이후, 지간 중앙 위치가 가장 피로 한계위치입니다. 목표 신뢰성 지수가 3.5 (PF = 0.0002)로 지정되면 잔존 피로 수명의 감소는 지간중앙 위치에서 6년, 분리부분 위치에서 14년인 반면에 목표 안정성 지수가 2.5(PF = 0.006)로 지정된 경우에, 잔존 피로 수명의 감소는 지간중앙 위치에서 9년, 첫 번째 분리부분 위치에서 22년이 된다.

4. 중량화물차는 지점부 근처 한계 위치에 상당한 영향을 미친다.

5. 피로해석에서 지간 중앙 위치가 항상 위험 위치는 아니다. 예를 들어, 중량화물차(시나리오 1)를 도입하기 전에 피로에 대해 교량 B에서 두 번째 분리위치가 가장 위험한 위치이다. 더 큰 응력범위의 사이클이 발견된 이래 중량화물차(시나리오 2)의 도입 후, 첫 번째 분리위치가 가장 위험한 위치가 된다.

6. 연간 화물열차 빈도에서 1000개화물 열차의 증가는 약 2년 정도로 잔존 피로 수명이 단축할 것이다. 이것은 수명 주기 비용 평가와 관련된 적절한 화물 빈도를 계획함으로서 관계 기관에 도움을 줄 수 있다.

7. 잔존피로 수명 차이는 범주 C 및 D (PF = 0.0002) 사이에서 17년이었다. 두 카테고리에서, 피로 상승 라인에 대한 기울기 값의 변화는, 이 연구에 있어서 피로 수명이 크게 영향을 미치지 않는다.

8. 최대 피로 수명 단축 년 수는 스팬 길이가 증가함에 따라 감소한다. 그것은 중량철도 장비의 도입이 짧은 지간에 훨씬 더 중요한 영향을 미칠 것임을 알게 해준다.

9. 잔존피로 수명과 중량 열차의 도입 후 피로 수명의 감소는 선택된 신뢰성 지수에 의존한다.

제안 된 방법에 근거하여, 교량의 수명주기 비용 분석은 장래의 과업으로 수행 될 것이다. 주요 유지 보수, 등급향상 또는 복구는 더 상세한 비용 이익 분석을 사용 하는 것으로 보다 정당화 될 수 있다. 대부분 피로 한계 교량에 대한 관심을 직시하는 단순한 선별 도구는 여러 교통 기관이나 운영자에 대한 비용 분석에 근거하여 앞으로 개발될 필요가 있다.