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과제기본정보

철도교량의 실주행열차에 의한 현장재하시험 및 공용내하력 평가기법에 대한 도로교와의 분리적용2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 20CTAP-C152026-02
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 철도교통기술 | 철도시스템 유지관리기술 적용분야 건설업
2순위 None | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 기초
과제명 철도교량의 실주행열차에 의한 현장재하시험 및 공용내하력 평가기법에 대한 도로교와의 분리적용
주관연구기관 부천대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 최준혁
소속 부천대학교 산학협력단 직위 부교수
기관 대표번호 032-682-0484 FAX 032-682-0487
총 연구기간 2019-04-15 ~ 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
2차년도 191,000,000 6,900,000 62,100,000 69,000,000 260,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 철도교량은 도로교에 비해 거의 일정한 크기의 열차하중이 정해진 선로를 주행하므로 열차하중의 작용조건(크기, 위치)이 명확함.
이점을 철도교 공용내하력 산정에 활용하여 ？？정밀안전진단 세부지침서？？에 제시된 도로교 기반의 설계하중 의한 시험주행열차를 이용한 표준현장재하시험 방법을 철도교 기반의 동적윤중에 의한 상시운행열차를 이용한 현장재하시험 방법으로 개선, 적용이 필요함.

○ 상시운행열차 주행 시 궤도구조에 발생하는 정, 동적윤중을 측정하여 철도교의 구조해석결과 및 현장측정응답을 구하고 이로부터 공용내하력을 산정하며,
이 때 궤도구조를 포함한 실제 철도교의 정/동적 구조특성과 가장 근접한 구조해석 및 현장주행시험을 실시함으로써 공용내하력 산정의 신뢰성을 가질 수 있음.

○ 철도교의 경우 도로교와 구조특성 및 하중조건이 상이하고, 공용내하력 산정을 위한 매개변수(보정계수, 충격계수 및 응답비, 내하율 등) 와 궤도구조를 포함한 구조해석모델링 그리고 선로주행안정성 (윤중, 횡압, 캔트, 동적할증계수, 탈선계수, 윤중변동율..) 등이 고려되어야 하며,
따라서 도로교와 차별화된 철도교 공용내하력 산정방법 및 구조안전진단 평가기준의 구분 적용이 필요함.
최종목표 현행 시설물안전특별법 상, 도로교 기반의 구조물(정밀)안전진단/ 점검에 대해, 철도교의 상시주행열차를 활용한 현장재하시험/분석과 궤도구조를 포함한 구조해석으로 부터 철도교 공용내하력 산정방법을 도출하고, 선로주행안정성을 고려한 철도교의 구조안전진단 평가기준의 도로교의 평가기준과의 구분 적용방안을 제시
○ 철도교량의 상시주행열차에 의한 현장재하시험/ 측정응답 분석방법 제시
○ 궤도구조 및 선로주행안전성을 고려한 철도교의 구조해석모델 개발
○ 시험주행열차 및 상시주행열차에 의한 현장재하시험 및 결과분석
○ 선로주행안정성을 고려한 철도교의 구조안전진단 평가기준의 구분 적용방안 제시
연구내용 및 범위 본 연구는 현행 시설물안전특별법 상, 도로교 기반의 구조물(정밀)안전진단/ 점검에 대해, 철도교의 상시주행열차를 활용한 현장재하시험/ 분석방법과, 궤도구조를 포함한 구조해석으로 부터 철도교 공용내하력 산정방법을 도출하고, 선로주행안정성을 고려한 철도교의 구조안전진단 평가기준을 제시함으로써, 현 철도교의 현장측정/ 분석과, 공용내하력 산정의 문제점을 해소하고, 도로교의 평가기준과 구분 적용하는 합리적 방안을 제안하는 것으로 다음과 같은 내용을 수행할 계획임
○ 철도교량의 상시주행열차에 의한 현장재하시험/ 측정응답 분석방법 제시
- 궤도성능평가, 열차주행안전성 평가, 구조물안전성 평가기준 등의 상호연계성 분석 및 합리적 평가 방안 도출, 도구조 성능평가, 열차주행 안전성 평가, 구조물 안전성 평가의 상호 영향 및 매개 변수 분석
- 현장재하시험에서의 계측과정 및 계측항목의 적절성, 측정결과의 분석방법개발
- 계측항목의 선정에서 센서, 계측준비, 데이터 획득 및 유효데이터 추출, 분석 방법 등 계측과정 전반에 대한 합리적 절차 제시
○ 궤도구조 및 선로주행안전성을 고려한 철도교의 구조해석모델 개발
- 궤도구조의 작용력과 선로주행열차의 특성을 고려한 구조물 작용하중 산정방법과 구조해석 및 현장측정결과 분석을 통한 구조해석 모델 및 방법의 정합성 검토
○ 시험주행열차 및 상시주행열차에 의한 현장재하시험 및 결과분석
○ 선로주행안정성을 고려한 철도교의 구조안전진단 평가기준 적용방안 제시

○ 연구의 추진
(연구시작시) : 도로교의 내하력평가 기법에 관한 개념은 정립되어 있으나, 철도교의 내하력평가 기법에 관한 적용이 미흡함
(연구종료시)
- 철도교량 상시주행열차를 이용한 현장재하시험/분석방법 정립
- 궤도구조를 포함한 철도교 구조해석과 내하력산정기법 제시
- 선로주행안정성을 고려한 철도교량의 구조안전진단 평가기준 개발을 통한 철도교의 공용내하력 산정방법과 구조안전진단 평가기준 개선방안 제시
- 시험주행열차에 의한 정동적 현장재하시험 및 구조물 계측실험
- 궤도구조를 포함한 구조 해석과 상시주행열차에 의한 선로주행 안전성, 현장측정응답을 이용한 철도교량의 공용내하력 산정방법

○ 연구의 추진체계
- 주관연구기관 연구책임자(최준혁 교수)는 부천대학교 토목과 교수로서 10여년 동안 철도 분야 실무에 종사하여 경부고속철도, 서울도시철도 등 고속철도 및 일반철도, 각종 T/K 설계, 기본설계 및 실시설계를 수행한 경험이 있으며, 철도 분야 관련 연구논문과 연구과제를 다년간 수행한 실적이 있음

- 공동연구기관 연구책임자(박용걸교수)는 서울과학기술대학교 철도전문대학원 교수로써, 20건 이상의 철도교량, 궤도 관련 R&D를 연구책임자로써 수행하여 성공적인 연구성과를 도출하였고, 철도교량/궤도/계측 및 해석 등과 관련된 다수의 논문을 발표 및 게재한 실적을 가지고 있음.

- 공동연구기관 (주)지오코리아이엔지는 각종 구조물의 현장계측, 해석 및 평가 등을 수행하고 있는 국내 중소기업으로써, 많은 연구실적과 계측실적을 가지고 있어 본 연구의 원활한 업무진행이 가능할 것으로 판단되며 현장재하시험 관련 업무를 담당할 계획임.

- 위탁연구기관 (주)공항철도는 철도시설을 운영 및 관리하는 철도운영기관으로써 본 연구개발을 위한 현장적용성 평가, 시험개소 선정 등에 Know-how를 가지고 있어 본 연구의 원활한 업무진행이 가능할 것으로 판단되며, 본 연구개발 성과에 대한 활용이 가능한 수요처임.

- 본 연구의 연구개발체계는 주관연구기관(학계), 공동연구기관(학계, 산업체), 위탁연구기관(수요기관) 등으로, know-how를 상호보완하고 협력할 수 있도록 구성하였음.

- 본 연구의 원활한 진행 및 사업화를 위해 관련 전문연구기관(한국철도기술연구원), 한국철도시설공단, 철도운영기관(한국철도공사), 한국철도학회의 철도교량전문가가 포함된 전문자문위원단을 구성하여 상시자문을 받으며 운영할 계획임.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 ① 개발 목표
- 주관연구기관(부천대학교): 도로교 및 철도교의 구조안전성 평가기준 분석
- 공동연구기관(서울과학기술대학교):철도교의 현장재하시험 및 안전성 평가 이력 분석
- 참여기관((주)지오코리아이엔지):상시주행열차에 의한 현장재하시험 계측 및 측정결과 분석 방법 개발
- 위탁연구기관((주)공항철도): 현장재하시험 테스트베드(Test bed) 선정 		② 개발 내용 및 범위

- 주관연구기관(부천대학교): 도로교 및 철도교의 구조안전성 평가기준 분석
？ 관련 기준 및 법규, 관련 문헌 조사
？ 도로교 및 철도교 구조 안전성 평가 기준 조사 및 분석
？ 현행 ‘시설물 안전 및 유지관리에 관한 특별법’, ‘정밀안전진단 세부지침’ 등의 관련기준상의 도로교 기반의 구조안전진단 세부 절차 및 평가기준 검토
？ 도로교와 철도교의 구조물 안전성 평가기준, 도로교 및 철도교 설계기준, 철도설계기준(노반, 궤도), 도로교 및 철도교 유지보수 관련 기준들의 분석을 통한 평가 방법의 차별성과 평가항목, 평가기준 및 산식 등의 평가 절차 분석
？ 철도교에 대한 구조물 안전진단 평가기준 검토 및 열차 주행안전성과 관련된 기준 조사 분석, 철도 구조물 유지관리 및 선로유지관리 세부사항과의 연계성 검토
？ 기존 철도교 안전성 측정 데이터 분석 및 평가 결과 분석을 통한 현행 평가 항목의 적절성 평가와 현장 적용성 검토
？ 철도교의 현장재하시험 평가 과정, 평가항목, 평가방법, 변수영향, 내하력 평가, 궤도구조의 성능 평가 및 열차주행안전성 평가의 문제점 및 개선방안 도출과 합리적인 구조안전성 평가 방향 도출

- 공동연구기관(서울과학기술대학교):철도교의 현장재하시험 및 안전성 평가 이력 분석
？ 기존 도로교 및 철도교의 정밀안전진단 평가 자료에 기초한 도로교과 철도교의 시험주행차량과 상시주행차량에 의한 현장재하시험방법의 분석
？ 구조물 안전성 평가와 궤도구조의 성능평가, 열차주행안전성 평가 등 철도교의 구조안전성 평가 사례에 대한 조사와 평가방법의 분석
？ 기존 철도교 정밀안전진단 시험결과 데이터를 활용한 내하력(안전율) 영향 변수(응력보정계수, 충격계수, 응답비, 내하율, 안전율, 사용성 등)들에 대한 재분석과 매개변수 분석을 통한 공용내하력 영향 분석
？ 궤도구조 안전성 평가 및 성능평가, 열차주행 안전성 평가에 관련된 평가항목(윤중, 횡압, 캔트, 동적할증계수, 탈선계수, 윤중변동율 등)들에 대한 평가방법 분석과 구조안전성 평가결과에 미치는 영향 분석
？ 철도교의 구조안전성 평과 과정 전반에 대한 문제점 및 개선사항과 현장재하시험 과정의 개선 방안 도출

- 참여기관((주)지오코리아이엔지):상시주행열차에 의한 현장재하시험 계측 및 측정결과 분석 방법 개발
？ 철도교의 현장재하시험에서의 계측과정 및 계측항목의 적절성 분석
？ 현장계측에 사용되는 센서의 종류 및 측정방법에 대한 계측결과의 민감도와 측정결과의 신뢰성 등에 대한 분석
？ 계측결과의 영향 인자에 대한 분석과 계측과정의 개선 방안 검토
？ 기존 철도교 정밀안전진단 평가 결과에 기초한 표준하중(calibration), 정적하중, 의사(pseudo)정적하중, 동적하중(주행하중)의 측정결과 분석과 측정결과의 타당성 분석
？ 구조안전성 평가 항목에 대한 측정 데이터의 신호 분석과 평가 데이터 추출과정에서의 측정 값의 유효성 및 타당성 검토
？ 상시주행열차의 공차/만차의 영향, 차량의 주행 특성의 영향을 고려한 측정데이터의 변동성 분석 및 측정결과 분석방안 검토
？ 현장재하시험 과정의 계측센서의 선정, 계측 항목 및 센서 종류별 계측준비, 계측결과의 영향 변수, 계측결과의 데이터 검출 방법, 측정결과의 분석 방법 등 전반의 과정에 걸친 계측 방안 제시

- 위탁연구기관((주)공항철도): 현장재하시험 테스트베드(Test bed) 구축
？ 시험주행열차 및 상시주행열차에 의한 현장재하시험 조건 분석
？ 현장재하시험 가능 개소 조사 및 관련기관 협의
？ 현장재하시험을 위한 안전조치 마련 및 현장 테스트 베드 환경 구축
연구성과 기술적 기대성과 - 철도교의 경우 도로교와 구조특성 및 하중조건이 상이하고, 공용내하력 산정을 위한 매개변수(보정계수, 충격계수 및 응답비, 내하율 등) 와 궤도구조를 포함한 구조해석모델링 그리고 선로주행안정성 (윤중, 횡압, 캔트, 동적할증계수, 탈선계수, 윤중변동율..) 등이 반드시 고려되어야 하며, 따라서 도로교와 차별화된 철도교 공용내하력 산정방법 및 구조안전진단 평가기준을 제시함으로서 철도교의 구조물 안전진단 및 유지관리를 위한 평가 기술을 제고함
사회 경제적 파급효과 - 시험주행열차에 의한 현장재하시험 수행이 어려운 철도교의 측정방법의 변경(상시주행열차)을 통해서 현장재하시험의 안전/ 편의성과 공용내하력 산정 및 구조안전진단/ 평가의 신뢰도를 높이고, 안전진단비용의 대폭 절감을 도모함.

- 철도교량 유지관리(구조안전진단, 평가)의 전문화, 체계화를 통한 평가결과의 신뢰성 확보하고, 현장계측에 대한 번거로움 최소화하여 유지관리의 안전성과 효율성 도모함.

- 대부분의 철도운영기관에서 관리하는 철도교량(고가교 포함)은 ？？시설물의 안전관리에 관한 특별법？？에 의거 매 2~5년마다 안전점검, 안전진단, 정밀안전진단 등이 수행되며, 안전진단 및 점검 시 가장 중요한 내용은 공용내하력 산정이므로 시설물 유지관리 방안의 합리적 정책제안을 유도함
활용방안 ○ 시험주행열차에 의한 현장재하시험 수행이 어려운 철도교의 측정방법의 변경을 통해서 현장재하시험의 안전/ 편의성과 공용내하력 산정 및 구조안전진단/ 평가의 신뢰도를 높이고, 안전진단비용의 대폭 절감을 도모함.
○ 현 철도교의 현장측정/ 분석과, 공용내하력 산정의 문제점을 해소하고, 도로교의 평 가기준과 구분 적용하는 합리적 방안을 제안함으로써, 철도교량의 상시운행 중인 열차에 대한 현장재하시험으로 측정응답을 보다 안전하게 획득하고, 도로교 기반의 기존 내하력 산정방법에 대한 문제점들을 보완하여, 선로(궤도)의 주행안정성을 포함한 공용중인 철도교량의 구조안전진단 평가에 활용함
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 철도교량 안전진단 내하력 현장시험 유지관리
영문 railway bridge Safety inspection Load carrying capacity evaluation Test & Evaluation method Maintenance
최종보고서
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최종보고서 (보완) 01. 연구개발 최종보고서ㆍ요약서(최종)-2021-02-16(발간번호포함).pdf   다운로드

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