Abstract
The ballast layers play a key role in distributing and supporting a trainload. On the other hand, it settles down by dynamic train loading due to large void ratios. Consequently, it requires continuous maintenance. In this paper, ballast layers mixed with three types of specially shaped artificial ballast (AB) (Rectangular, Tetrapod, Hexagonal) were modeled by using a two dimensional DEM (Discrete Element Method). Repeated loading tests were performed to evaluate the settlement behavior of the ballast layers. The smallest settlement was observed in the case of the ballast layer mixed with Tetrapod AB than in other cases, according to an analysis of the force transfer routes. In addition, contact force analysis showed that the Tetrapod AB, which has a concave shape, could easily make small and multi-channel force-transfer routes. This means that the stress in the ballast layer by the train loading transferred through the sleeper uniformly was distributed well by the AB. Therefore, the settlement of the ballast layer mixed with the concave-shaped Tetrapod AB could be reduced effectively under a repeated train loading. The effects of a decrease in settlement of the ballast layer highlight the possibility of a maintenance-free ballasted track.
도상 자갈층은 열차하중을 분산하고 지지하는 중요한 역할을 수행하나, 큰 공극으로 인하여 열차 동하중 작용시 침하가 발생하여 지속적인 유지보수가 필요하다. 본 논문에서는 특정한 형상의 인공자갈 3종류 (정사각 형상, 테트라 포드 형상, 육각 형상) 를 혼합한 도상 자갈층을 2 차원 개별 요소 해석법을 이용하여 모델링하고, 열차 동하중에 의한 도상 층의 침하 특성을 평가하기 위하여 침목에 의한 반복 재하 시험을 실시하였다. 동 해석 결과 침목 하부에서 작은 힘의 전달경로가 형성된 테트라 포드형의 인공 자갈이 포함된 도상 층에서 침하가 가장 작게 발생하였다. 또한, 도상층 내 접촉력 분포로부터 오목 형상을 갖는 테트라 포드 형상을 포함한 인공 자갈 혼합 도상에서 힘의 다중 전달 경로를 형성하기 쉬우며, 이를 통하여 도상 층으로 전달된 열차 하중이 보다 다양한 경로로 균등하게 분산될 수 있는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과로부터 반복 열차 하중 재하 시 오목 형상의 인공 자갈이 혼합된 도상 층에서 훨씬 효과적으로 침하 발생을 저감시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. 도상 층에서의 이와 같은 침하 저감 효과는 유지보수를 절감할 수 있는 자갈궤도 구조에 대한 가능성을 보여준다.
