Analysis of Track-Bridge Interaction and Retrofit Design for Installation of CWR on Non-ballasted Railway Bridge

무도상 철도교 레일 장대화를 위한 궤도-교량 상호작용 해석 및 개량방안 분석

This study investigated the change of additional axial stress of rail and reaction force at bridge bearings due to the track-bridge interaction when laying CWR on non-ballasted railway bridges including truss bridges with relatively long span. According to the results of the present study, additional axial stresses of rail and reaction forces at bridge bearings showed a large increase when CWR is installed on the non-ballasted railway bridge. The additional axial stress of rail can be acceptable if sufficient lateral resistance can be obtained. However, if the reaction force increases, there is a risk of damage of the bearing or pier, and therefore, it is necessary to take measures to mitigate the reaction force. It is found that additional axial stress of rail decreases when considering the frictional resistance of the bridge movable support, but its effect on the bearing reaction force is very small. On the other hand, when the longitudinal track restraint decreases, both additional axial stress of rail and bearing reaction force are reduced to a large extent. Also, when the ZLR fastening devices are applied to the region where the additional axial stress of rail is highest, bearing reaction force as well as additional axial stress of rail greatly decreased. Therefore, the application of ZLR fastening devices with the reduction of the longitudinal track restraints is very effective for installing CWR on non-ballasted railway bridges.

본 연구에서는 비교적 경간이 긴 트러스교를 포함한 무도상 교량을 대상으로 장대레일을 부설할 때 궤도-교량 상호작용으로 인한 레일 부가 축응력과 교량 지점 반력 등의 변화를 검토하여 레일 장대화를 위한 개량 방안을 분석하였다. 연구결과에 따르면 무도상 교량에서 장대레일을 부설할 경우 레일 부가 축응력과 지점 반력이 큰 폭으로 증가하는 것으로 나타났다. 레일 부가 축응력은 횡저항력을 충분히 확보할 경우 수용 가능하지만, 지점 반력이 증가하게 될 경우 받침이나 교각의 손상이 우려되고 대규모 보수 보강을 필요로 하므로 지점 반력을 완화시킬 수 있는 방안을 강구할 필요가 있다. 교량 가동단의 마찰저항을 고려하는 경우 레일 부가 축응력은 감소하지만 지점 반력에 미치는 영향은 매우 작은 것으로 나타났다. 반면 궤도 종저항력이 작아지면 레일 부가 축응력과 지점 반력이 모두 큰 폭으로 감소하는 것으로 나타났으며, 레일 부가 축응력이 큰 일부 구간에 ZLR 체결장치를 적용하는 경우 레일 부가 축응력 뿐 아니라 교량 지점 반력이 크게 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 무도상 교량의 레일 장대화를 위하여 일부 ZLR 체결장치를 적용하고 궤도 종저항력을 줄이는 방안이 매우 효과적이라고 판단된다.