Abstract
The use of long rails in high-speed railway bridges causes additional stresses due to nonlinear behaviours between the rail and bridge decks in the neighbourhood of the deck joints. In the seismic response analysis of high-speed railway bridges, since structural response is highly sensitive to properties of the ground motion, spatial variation of the ground excitation affects responses of the bridges, which in turn affect stresses in the rails. In addition, it is shown that high-speed trains need very long distances to stop when braking under seismic occurrence corresponding to operational earthquake performance level so that verification of the safe stoppage of the train is also required. In view of such additional stresses due to long rails, sensibility of structural response to the properties of the ground motion and braking distance needed by the train to stop safely, this paper proposes and establishes a time domain nonlinear dynamic analysis method that accounts for braking loads, spatial variation of the ground motion and material nonlinearities of rails to analyze long rail stresses in high-speed railway bridges subjected to seismic event. The accuracy of the proposed method is demonstrated through an application on a typical site of the Korean high-speed railway.
고속철도교량에서 장대레일의 사용은 연결부 근처에서 레일과 교량상판사이의 비선형 거동으로 인하여 부가적인 응력을 유발한다. 고속철도 교량의 지진응답해석에서, 구조물응답은 지반운동특성에 매우 영향을 많이 받으므로, 지반운동의 위치에 따른 변화가 구조물의 응답에 영향을 미치게 되고, 그 결과는 레일에 응력을 유발하게 된다. 또한 고속철도에서 사용지진 수준의 지진발생 시에 열차의 긴 제동거리가 필요하므로 열차의 안전한 정지를 확보하는 것이 요구된다. 이러한 관점에서 장대레일에 의해 부가적으로 발생하는 응력, 지반운동의 공간변화에 대한 구조물 응답의 영향, 그리고 안전하게 정지하기 위해 필요한 열차의 제동거리 등의 사항이 레일의 응력해석에 고려될 필요가 있다. 본 논문에서는 지진하중을 받는 고속철도교량의 장대레일 응력해석을 위하여 제동하중, 지반운동의 공간적 변화, 그리고 레일의 재료 비선형을 고려한 시간영역에서의 비선형 동적해석방법을 개발하고 적용하였다. 제시된 방법을 한국고속철도의 특정부지에 적용하여 지반운동의 공간변화에 따른 응답의 타당성을 보였다.