Evaluation of Uplift Forces Acting on Fastening Systems at the Bridge Deck End Considering Nonlinear Behaviors of the Fastening Systems

In this study, vertical loading tests were conducted to investigate the nonlinear behaviors of the fastening systems that have generally been used in the concrete track of domestic railway lines. Nonlinear load-displacement curve models were derived based on the test results. The uplift forces generated in the fastening systems were evaluated by applying the derived nonlinear models as well as the existing linear models. The influence of the factors on the maximum uplift force of the fastening system was analyzed through a parameter study on the distance between neighboring sleepers, the horizontal distance between the center of the bearing and the nearest fastening system from the deck end, and the height of the bridge girder. From the evaluation results it is known that, for economical track and bridge design, due to deck end deformation, it is necessary to consider the nonlinear behavior of the fastening system in the calculation of the uplift force of the fastening systems.

체결장치 비선형 거동을 고려한 교량 단부에서의 체결장치 압상력 평가

실제 체결장치는 들림하중이 작용할 때 압축하중이 작용할 때와 동일한 강성은 작은 하중범위 내에서 유지되고 어느 정도 들림하중이 커지면 매우 강한 비선형 거동특성을 보인다. 압상력 기준을 초과하는 개소들에서는 보통보다 매우 고가인 특수체결장치를 부설하여야하는데, 설계하고자하는 선로 전체구간에서 그 비용은 매우 크게 소요될 수 있다. 따라서 경제적 설계를 위하여 체결장치의 비선형 거동특성을 반영하여 압상력을 정확하게 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 현재 국내 콘크리트궤도에서 주로 사용되고 있는 일반 체결장치들(SFC와 System 300-1)을 대상으로 압상력 작용 시 거동특성을 파악하기 위하여 실내시험을 실시하였다. 시험결과를 토대로 수치해석에 적용하기 위한 체결장치의 비선형 하중-변위선도를 도출하였다. 기존의 선형모델과 더불어 도출된 비선형모델을 적용하여 교량단부의 변형에 따른 체결장치에 작용하는 압상력을 평가하였다. 또한 교량단부 체결장치 압상력에 미치는 영향요소인 침목간격, 교좌장치 중심으로부터 교량상판 최 끝단에 위치한 체결장치까지의 수평거리, 교량 거더높이 등에 대한 매개 변수연구를 통하여 이들 영향요소가 체결장치의 최대 압상력에 미치는 영향을 분석하였다. 평가결과 경제적인 궤도 설계를 위해서는 교량단부에 부설되는 체결장치의 사용성 검토 시에 체결장치의 비선형 특성이 반영될 필요가 있음을 알 수 있었다.