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과제기본정보

도시경관 친화형 경전철 고가구조물 설계기술 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 철도기술연구사업 과제번호 20RTRP-C146000-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 철도교통기술 | 궤도토목기술 적용분야 건설업
2순위 건설 교통 | 시설물 설계 해석기술 | 교량 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 시설물 설계 해석기술 | 철도 과제유형 개발
과제명 도시경관 친화형 경전철 고가구조물 설계기술 개발
주관연구기관 한국철도기술연구원
총괄연구 책임자 성명 신정열
소속 한국철도기술연구원 직위 책임연구원
기관 대표번호 031-460-5000 FAX 031-460-5814
총 연구기간 2018-04-01 ~ 2020-12-31
당해연도 연구기간 2020-01-01 ~ 2020-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
3차년도 1,435,000,000 0 0 0 1,435,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 도시과밀화, 교통정체 가중 등의 해소를 위해 국내 지자체별로 다양한 방식의 경전철 사업을 계획 중이며, 상당 노선은 비용이 저렴(지하방식 대비)하고 도로 점유를 최소화할 수 있는 고가방식 경전철로 추진 예상됨. 하지만 국내 경전철의 경우, 경전철 고가구조물 설계기준이 없어 일반 철도교 형식의 육중한 고가구조물로 건설되어 과다 설계·시공에 따른 국가 예산이 낭비되고 있는 실정인데가, 현재 경전철 고가구조물은 경간이 짧고 육중하여 도시미관을 저해하고 조밀한 교각(경간 20~50m)으로 인한 도로교통 혼잡 야기 등으로 시민들의 지하화 요구를 유발하고 있고 지하화의 경우 재정부담으로 사업 추진 자체가 어려운 실정임. 또한, 경전철 수요부족, 초기 건설비 과다 및 운영유지비 가중 등이 결국 의정부 경전철처럼 운영기관 파산에 영향을 주고 있으며, 부산김해·용인경전철 등 매년 수백억원 적자로 막대한 세금 투입되는 실정임. 이에, 감사원은 경전철 건설사업 추진실태 감사(`13.5)에서, 구조물 설계기준 미비 및 과다 설계로 예산 낭비 초래를 지적하면서, 시급히 경전철 구조물 설계기준을 마련토록 제도개선을 요구한 바 있음. 향후 경전철의 지속 확충에 예상됨에 따라, 도시친화형의 신형식 고가구조물(최장경간 200m)을 개발하여 도시미관·교통혼잡·소음·폭설시 운행장애 등 국민민원을 해결하고 국내·외 수요에 적시에 대응하기 위해 경제적이면서도 안전한 고가구조물에 대한 기술개발임
최종목표 도시 경관을 해치는 기존 경전철 고가구조물이 도시미관을 고려하고 보다 효율적으로 건설될 수 있도록, 도시친화적이면서도 경제적이고 안전한 경전철 고가구조물(Sky-guideway) 설계기술 개발로서, 한계상태설계법 기반 경전철 고가구조물 설계기준 마련 및 도시친화형 신형식 경전철 고가구조(최장경간 200m) 및 설계기법 개발이 최종 목표임.
도시친화형 경전철 고가구조물(Sky-guideway)란 도시경관을 고려하여 심미적이고, 도심지 최장경간(200m) 기술 적용으로 하부 개방감을 통한 도시단절 문제를 해소하고, 기존 경전철 고가구조물의 소음문제 및 폭설시 열차운행장애 등의 문제점을 함께 해소 가능한 신형식 경전철 고가구조물임.
연구내용 및 범위 ○ 한계상태설계법 기반 경전철 고가구조물 설계기준 연구

(1) 신뢰도 기반 경량전철 설계하중 연구
- 경량전철 차종별* 실차주행 계측시험
- 경전철 고가구조물 설계요소별 정량적 분석 및 기준(안) 연구
: 승차감 확보를 위한 경전철 고가구조물 연직처짐**, 충격계수 기준(안) 등
- 경량전철 활하중 통계특성 분석
*국토부 고시 경전철 5개 차종 대상(철제차륜형식, 고무차륜형식, 선형유도전동기형식, 모노레일형식, 자기부상추진형식)
**경전철 고가구조물 실차주행 데이터 기반 동적시뮬레이션 수행 및 실측치 비교？분석

(2) 한계상태설계법 기반의 경전철 고가구조물 설계기준(안) 마련
- 국내외 한계상태설계법 기반 교량/고가교 설계기준 관련 자료 조사
- 경전철 고가구조물 목표신뢰도지수 선정
· 경전철 고가구조물의 신뢰성 분석
· 현행 설계기준에 따른 하중조합별 신뢰도지수 분석
· 해외 LSD/LRFD 설계기준에 따른 경전철 교량의 신뢰도지수 분석
- 신뢰도 기반 경량전철 하중계수 및 저항계수 분석 연구
- 신뢰도 기반 경량전철 설계하중 및 하중조합 연구
- 경전철 고가구조물 한계상태설계법 기반 설계기준(안) 도출
- 국내외 한계상태 설계기준에 따른 설계 비교/분석을 통한 기준 검증 및 효율성 분석

○ 도시친화형 신형식 경전철 고가구조(최장경간 200m) 및 설계기법 개발
(1) 국내외 도시 고가구조물 장경간화 사례 및 가설/시공 사례 조사 분석
(2) 장경간 구현이 가능한 도시친화형 신형식 고가구조 개발 (승객대피 고려, 탈선/강선/소음 대비)
- 첨단 소재에 적용하고 있는 나노셀 구조 형식의 적용성 분석
- 자중 절감과 동시에 최적의 단면 효율성을 확보하는 하이브리드 복합구조 형식 검토
*고성능 경량 신소재(FRP, Engineering plastic 등) 적용 하이브리드 상부 구조체 검토
- 장경간에 따른 처짐·진동 저감 위한 신형식 구조 핵심설계요소 개발 및 설계 검증
(3) 장경간 신형식 고가구조물의 차량하중에 의한 동적 안전성 및 내풍안전성 검증
(4) 장경간 신형식 고가구조물 최적 설계기법 개발
- 하이브리드 형식(구조체, 텐던, 케이블)의 분담율 검토를 통한 최적조합 검토
- 연결부 및 가설공법에 따른 설계기법 검토
(5) 장경간 신형식 고가구조물 상/하부 구조 모듈화 방안 및 가설/시공계획 정립
- 신형식 상·하부 구조 모듈화 및 연결부 설계기술 개발
- 신형식 상·하부 구조 가설/시공계획 정립
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 ○ 신뢰도기반 자기부상형 경량전철 설계하중 연구
○ 한계상태설계법 기반 경전철 고가구조물 설계기준(안) 연구
○ 도시친화형 신형식 고가구조물 상세보완 설계 검증 및 동적주행안전성 검증
○ 도시친화형 신형식 고가구조물 설계기법 최종 보완(주관/위탁)
○ 도시친화형 신형식 경전철 고가구조물 가설？시공 방안 연구 		○ 신뢰도기반 자기부상형 경량전철 설계하중 연구
- 자기부상형 경량전철 실차주행 계측시험 및 하중특성 분석 연구(주관/위탁)
- 자기부상용 경전철 고가교 설계요소별 정량적 분석 및 기준(안) 연구
- 자기부상용 경전철 고가구조물 승차감을 고려한 고가교 연직변위 기준(안) 연구(위탁)
*연직변위 설정 위한 정량적 프로세스 개발 및 시뮬레이션 연구
○ 한계상태설계법 기반 경전철 고가구조물 설계기준(안) 연구
- 신뢰도 기반 경량전철 설계하중 및 하중조합 보완
- 신뢰도 기반 경량전철 하중계수 및 저항계수 보완(위탁)
- 국내외 한계상태 설계기준과의 비교/분석을 기반으로 안전성/경제성/불확실성 등을 고려한 기준 보정(Code Calibration) 수행
- 국내외 한계상태 설계기준에 따른 설계 비교/분석을 통한 기준 검증 및 효율성 분석

○ 도시친화형 신형식 고가구조물 상세보완 설계 검증 및 동적주행안전성 검증
- 종방향 I형 백본 상부구조를 갖는 상하부 일체형 고가조물 상세 보완설계
- 상부구조 응력·처짐 저감기능을 갖는 신형식 하부구조 상세 보완설계
- 한계상태설계법 기반 설계기준(안) 연계한 보완설계 검증
- 도시친화형 신형식 경전철 고가구조물 동적 시뮬레이션 안전성 검증 및 보완
○ 도시친화형 신형식 고가구조물 설계기법 최종 보완(주관/위탁)
- 연결부 및 가설공법에 따른 구조 안전성 검토
○ 도시친화형 신형식 경전철 고가구조물 가설·시공 방안 연구
- 상부 신형식 고가 구조 모듈화 시공 최종방안 정립
- 하부 신형식 고가 구조 모듈화 시공 최종방안 정립
- 신형식 고가구조물 가설·시공 계획 최종방안 정립
○ 도시친화형 신형식 경전철 고가구조물의 경제성 및 시공성 등 타당성 검토(주관/위탁)
연구성과 기술적 기대성과 ○ 경전철 고가구조물 설계의 한계상태설계법 도입에 따른 철도기술의 글로벌화 및 수준 향상
○ 세계최초 장경간(최대 200m)의 도시 경전철용 신형식 고가구조물 기술 확보로 국내 철도기술 수준 향상 및 미래 선도기술 선점
*일본, 독일 등 철도선진국에서는 경간 100~350m의 사장교, PSC교, 아치교, Extradosed교 등 다양한 특수목적용 장경간 철도교량 기술을 확보하고 있으나, 도심지에 일반적으로 적용 가능한 장경간 경전철용 고가구조물 기술은 세계적으로 전무하여 이 분야 공백기술이며. 현재 최대 경간은 50m 정도 수준임.
사회 경제적 파급효과 ○ 고가건설방식 경전철의 도시미관 저해, 도로교통 혼잡 문제 해소를 통한 시민들의 고가화 기피 해소에 따른 국가재정 부담 경감 기대
*지하화의 경우 약 800~1,000억원/km의 구축비가 소요되는 반면, 고가화의 경우 약 400~500억원/km 수준으로 절반 수준의 비용으로 구축이 가능하여 그 만큼의 국가재정 부담 경감
○ 경전철 고가구조물 설계에서의 한계상태설계법 도입과 함께 세계 최초 장경간·경량의 경전철용 신형식 고가구조물(Sky-guideway) 개발로 동남아 등 해외 경전철시장 진출 기대
○ 국내 고가경전철 사업의 원활한 추진과 해외 고가 경전철 시장 진출을 통한 경전철 건설 등 관련 철도산업 발전 기대
○ 경전철 고가구조물 설계에서의 한계상태설계법 도입 및 도시경관 친화형 장경간 경전철 고가구조물 개발로 도시미관 개선, 도시 내 고가 하부 도로점유 최소화로 도로교통 혼잡 가중 해소 및 제한된 도시공간 효율적 활용 기대
○ 세계 최초 200m 장경간의 도시 경전철용 신형식 고가구조물 개발로 미래 선도기술 선점을 통한 철도산업 경쟁력 제고 기대
활용방안 ○ 지속적인 경전철의 확충과 이로 인한 국민부담의 경감을 위해, 연구기간내 경전철용 고가구조물 설계기준(안) 마련 및 철도교설계기준(노반편) 개정 검토 추진
- `20년 이후 고가 건설방식 경전철 신규사업 설계시, 연직처짐, 충격계수 등 경전철 고가구조물 설계요소별 제시한 기준을 우선 적용 검토를 추진
- `20년 한계상태설계법 기반 설계기준(안) 마련하여 국가건설기준센터에서 철도설계기준(노반편) 개정시 활용토록 검토 추진
○ 후속사업으로, 장경간 신형식 고가구조물에 대한 건설기술 개발을 통해 ‘24년 이후 부산 등 국내 신규사업에 신형식 고가구조물 도입 추진과 함께, 국내 실적을 기반으로 해외 경전철 시장 진출 병행 추진 도모.
* 現 해외건설 수주 효자지역인 동남아(베트남, 말레이시아 등)에서만 17개 노선 300여 km 규모 경전철 사업 계획 중
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 경전철 고가구조물 도시친화 도시경관 장대
영문 LRT Elevated guideway Urban friendly Urban aesthetics Long-span
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