• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권6호
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• pp.487-495
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• 2017

최근 교통정체와 환경적 문제로 인하여 많은 개발도상국에서 고속철도 시스템이 많이 건설되고 있다. 철도교는 도로교와 비교하여 차이점이 많이 있으며 그중 주행안전성 및 승차감이 중요한 이슈 중의 하나이다. 반복되는 하중으로 인한 구조물의 처짐과 가속도는 열차주행시의 안전성과 사용자의 승차감에 큰 영향을 미친다. 특히 강철도교는 콘크리트교에 비하여 상대적으로 가벼운 중량으로 진동에 취약한 특징이 있다. 이 논문의 목적은 주행 중인 열차에 의한 강박스거더 철도교의 동적 거동을 분석하고 진동을 저감할 수 있는 합리적인 방안을 제안하는 것이다. 세 개의 강철도교에 대한 장기적 계측이 수행되었으며 주행중인 열차에 의한 교량의 동적거동을 해석할 수 있는 수치적인 모델이 개발되었다. 모델의 검증을 위하여 교량의 고유진동수가 비교되었다. 구조물의 진동 저감을 위한 방안으로 세 가지 방법에 대한 매개변수 연구가 수행되었으며, 이 분석 결과를 바탕으로 합리적인 진동 저감 방안이 제안되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6D호
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• pp.895-904
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• 2008

장대레일은 동절기에 중위온도 이하로 떨어져 레일의 인장파단에 의해 개구부가 발생할 수 있다. 레일 파단을 미리 감지 못하는 경우에 개구부에서 동적하중에 의해서 차륜과 레일의 파손이 발생할 수 있으며, 열차주행 안전성이 감소될 수 있다. 본 연구에서는 개구부에서의 궤도와 차량의 동적거동 분석을 위해 레일 파단시 개구부에서의 궤도와 차량의 상호작용을 고려한 동적해석모델을 제안하였다. 궤도와 차량의 선형시스템은 비선형 헤르찌안 접촉 스프링에 의해 연성되었으며 전체 궤도-차량 시스템 운동방정식을 정식화하였다. 그리고 개구부에서의 상호작용 현상을 고려하여 궤도 불균일부의 함수를 정의하고 개구부에서의 전후방 레일 사이의 개구량을 고려하였다. 비선형 방정식을 풀기위해 동적해석은 $Newmark-{\beta}$ 방법에 의해 수행되었다. 그리고 차량속도, 개구량, 레일지지강성에 따른 매개변수에 대한 궤도-차량의 동적상호작용해석을 수행하였고 변수에 대한 영향을 분석하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.305-330
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• 2023

쉴드TBM 터널은 NATM 터널과 달리 라이닝이 세그먼트로 분절되어 있다. 따라서 라이닝에 동일 하중이 발생되어도 NATM 터널 라이닝과 쉴드TBM 터널 라이닝의 응력 분포가 다르게 발생된다. 쉴드TBM 터널에서 라이닝에 발생되는 응력을 분석하는 대표적 방법은 연결부를 고려하지 않는 강성일체법과 링간 이음 및 세그먼트 연결을 고려하는 2링 빔스프링 모델이 있다. 본 연구는 라이닝 분절 Segmentaion을 고려한 Break-joint Mode 해석 방법이지만 세그먼트 라이닝 연결부의 구조적 역할을 고려하지 않고 마찰력 성분인 수직강성과 전단강성 만 도입된 쉘 인터페이스 요소를 이용한 모델링을 적용하여 진동하중 발생 시 라이닝의 응력 및 변위에 대한 응답결과를 분석했다. 토압 등 정적 하중에 대해 천 정부에서 가장 큰 응력이 발생되는 강성일체법과 달리 본 연구의 해석방법에 의해 발생된 세그먼트 라이닝 응력 분포는 세그먼트 연결부가 집중된 천정부 Key 세그먼트에서 가장 작은 응력이 발생하였고 연결부를 경계로 응력의 분포가 뚜렷이 구분되었다. 그리고 정적 해석 결과는 강성일체법에 발생된 라이닝 응력이 본 연구 방법에 의해 발생된 세그먼트 라이닝의 응력에 비해 최대 7배의 큰 응력이 발생되었다. 이러한 결과는 세그먼트 연결부를 고려한 기존의 2링 빔-스프링 모델의 응력분포 양상과 일치하는 결과다. 그러나 열차 진동하중에 대한 응력값은 Break-joint Mode로 해석한 본 연구방법의 응력이 강성일체법에 비해 더 큰 응력을 발생되었다. 이는 짧은 부재들의 조합으로 이루어진 세그먼트 Ring이 원주방향으로 일체로 되어 부재의 길이가 상대적으로 더 긴 강성일체법 결과에 비해 더 작은 응력이 발생되는 정역학적 개념과 상이한 결과다. 진동하중에 대해 Break-joint Mode에서 세그먼트 라이닝에 응력이 더 크게 발생된 원인은 부재의 고유주기, 감쇠비 등 동역학적 요인의 차이보다는 열차 진동하중에 대해 라이닝에 발생되는 변위의 차이에 기인하는 것으로 판단되지만 이에 대한 증명은 추후의 과제로 남겨두었다. 본 연구 방법의 Break-joint Mode를 이용하면 정지상태의 열차 하중에 의해 발생되는 라이닝의 응력과 변위값을 비교하여 쉴드TBM 터널의 충격계수(DIF)를 비교적 간단하게 추정할 수 있다. 본 연구는 쉴드TBM 터널의 Segmentaion을 고려한 3차원 모델링으로 추후 지진파 등 다양한 하중조건의 검토를 통해 기존 해석방법 결과와 비교하여 모델링의 추가적 신뢰성을 확보할 필요가 있다.

• 한국철도학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.241-251
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• 2015

유도상 아스팔트 콘크리트 궤도(이하, 유도상 AC궤도)는 아스팔트 콘크리트 노반(이하, AC노반)의 존재에 의해 유도상 궤도에 비해 열차하중 분산효과에 의한 강화노반 두께 감소가 가능하며 누적 소성 변위도 작을 뿐만 아니라 유지관리 측면에서도 유리한 궤도 구조이기 때문에 국외에서 적용 사례가 증가하고 있다. 그러므로 유도상 AC궤도의 국내 도입을 검토하기 위해 선행 연구를 통해 수행한 AC노반 유무에 따른 거동 특성을 분석하여 현재 설계기준에 명시된 유도상 궤도의 단면과 유사한 성능을 보이는 유도상 AC궤도의 단면을 분석한 바 있으며, 실대형 정 동적 열차하중 재하 실험 결과와의 비교를 통해 해석 결과의 신뢰성을 검증하였다. 본 연구에서는 선행 연구를 바탕으로 AC노반의 두께를 일정하게 하고 강화노반 두께를 변화시켰을 때에 획득된 AC노반 하면에서의 변형률을 이용하여 설계 수명을 산정하였고 각각의 단면에 대한 확률론적 LCC분석을 통해 기대 설계 수명을 만족하면서 기존 유도상 궤도와 비교하여 동등 또는 동등이상의 성능을 갖는 유도상 AC궤도의 설계 단면을 제시하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권4호
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• pp.455-467
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• 2008

본 연구에서는 열차하중에 의한 아치교량의 처짐, 변형률이력곡선, 진동가속도와 같은 동적거동특성을 파악하기 위하여 동적주행시험을 실시하였다. 동적주행시험의 계측결과는 실 제원을 바탕으로 형상화 된 구조해석모델의 시간이력 및 고유치해석과의 비교를 통해 구조해석모델의 타당성을 검증하는데 이용되었다. 검증된 구조해석모델의 공진 검토결과, 주파수 일치에 의한 공진의 경우 가진 진동수와 고유진동수비가 ${1{\pm}0.04}$의 공진영향범위에서 벗어나도록 하는 것이 필요하다 판단된다. 또한 속도매개변수에 의한 공진의 경우 2차 모드 진동수는 아치교량의 동적거동에 크게 영향을 미치며 아치리브와 관련된 형고비, 라이즈비, 폭, 두께 등의 형상 매개변수 조절을 통해 실 운행속도대역 이상으로 부임계속도를 변화시킴으로서 아치교량의 동적거동을 안정화시킬 수 있었다.

• 한국철도학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.252-260
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• 2015

아스팔트 노반상 자갈궤도(이하, AC자갈궤도)는 아스팔트 콘크리트 노반(이하, AC노반)에 의한 열차하중의 분산으로 노반 두께 감소 효과, 빗물의 침투방지 효과로 인한 노반부의 강도저하와 연약화 방지 효과, 노반 분니 방지 및 동상방지에 의한 유지보수비 절감 효과를 얻을 수 있다. 이와 같은 장점들에 의해 AC자갈궤도는 유럽 및 일본 등에서 널리 사용되고 있으며 국내에서도 도입을 위한 연구가 진행 중이다. 본 논문에서는 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS을 이용하여 현재 철도설계기준에 제시되어 있는 고속철도용 자갈궤도의 성능에 부합하는 AC자갈궤도 단면을 선정하고 선정된 2개의 단면을 대상으로 실물 대형 정 동적 열차하중 재하 시험을 수행하였다. 실대형 실험 결과, AC자갈궤도가 강화노반 상면에 작용하는 토압이 상대적으로 작게 측정되었으며 탄성 및 소성변위도 상대적으로 유사 또는 작은 것을 알 수 있었다. 따라서 AC자갈궤도가 자갈궤도에 비해 열차하중 분산효과에 의한 강화노반 두께 감소효과가 있고 소성변위도 작으므로 궤도의 장기 유지관리 측면에서도 유리한 궤도구조임을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권3D호
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• pp.399-405
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• 2008

포장궤도는 기존선의 유지보수 노력을 절감하기 위하여 개발되고 있다. 이 중 베이스플레이트 저탄성패드는 궤도 전체의 지지강성을 결정하는 구성품으로서 궤도의 응력-변위특성, 동적응답, 피로특성 등에 가장 큰 영향을 미친다. 따라서 저탄성패드의 적용은 궤도전체의 내구성과 안정성에 미치는 영향이 크다고 할 수 있다. 본 논문에서는 저탄성패드의 적용으로 인하여 획득되는 효과 중 노반에 전달되는 열차하중의 저감에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 패드스프링계수별 정적해석과 실물반복재하시험을 수행하고 그 결과를 비교 분석하여 저탄성패드의 하중 전달특성을 파악하였으며 전달하중 저감효과를 검토하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.121-128
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• 2020

본 논문에서는 고속열차-차륜-레일-지반부의 상호작용에 따른 지반부의 변위장과 가속도장의 분포양상을 연구하고자 하였다. 이를 위해 고속열차 주행을 실제 차륜으로 모형하여 차륜-레일간의 연직접촉과 사행동에 의한 횡접촉을 모사하고, 이동질량해석을 근간으로 하였다. 이 때 지반부는 Modified Drucker-Prager 모델을 이용하여 상면 지반부의 비선형 거동을 부여하고 이에 따른 변위, 가속도의 변화를 탄성지반의 거동과 비탄성지반의 거동을 상호 비교하였다. 이를 통해, 실제 지반거동과 가까운 변위와 가속도 범위를 예측하고자 하였다. 이 때 지반부의 von-Mises응력과 등가소성변형도를 검토하고, 각 파괴면에서의 등가소성변형도, 전체 체적변형도 등을 검토하였다. 이동질량을 이용한 차륜-레일 접촉부의 수직응력, 횡압, 종방향 구속압 등의 시간이력에 따른 응력변화도 검토하였다. 비선형 지반모델의 경우 탄성 지반모델에 비해 열차 주행에 따른 변위 차이는 크지 않는 반면에 가속도의 경우는 큰 감소를 발생시키는 것으로 나타났다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제8권6호통권40호
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• pp.1-11
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• 2004

이전의 연구(1)에서는 해석적 및 수치적 방법을 사용하여 전단변형 및 회전관성효과를 고려하는 현수교의 수직진동에 대하여 유한요소법을 이용하여 이동하중 해석을 수행하였다. 본 연구에서는 전단변형 및 회전관성 효과가 고려된 Hermitian 다항식을 사용하는 현수교요소를 이용하여 현수교의 수직진동에 대한 고유치 해석을 수행하고 이를 이용한 현수교요소와 차량 및 열차와의 상호작용을 고려한 운동방정식을 유도한다. 이와 같이 모드중첩법을 이용하여 유도된 운동방정식을 수치적분방법으로 Newmark $\beta$ Method를 사용하여 동적해석을 수행하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.345-355
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• 2007

장대레일은 동절기에 기온하강으로 인한 인장력을 발생하는데 중위온도 이하로 떨어져 파단이 발생되면 인장파단과 레일 간에 틈이 발생되며 이를 개구부라 한다. 이 개구부를 차륜이 통과하면 충격하중이 발생하며, 큰 손실이 발생할 수 있는 열차탈선이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 동적해석을 위해 개구부를 가진 궤도와 차량의 상호작용을 고려한 동적해석모델을 제안하였다. 궤도와 차량의 선형시스템은 비선형 헤르찌안 접촉 스프링에 의해 연성되었으며 전체 궤도-차량 시스템 운동방정식을 정식화하였다. 그리고 개구부에서의 상호작용 현상을 고려하여 궤도 불균일부의 함수를 정의하고 개구부에서의 전후방 레일 사이의 개구량을 고려하였다. 비선형 방정식을 풀기위해 동적해석은 수정된 Newton-Raphson 방법에 근거한 Newmark - $\beta$ 방법에 의해 수행되었다. 그리고 차량속도, 개구량, 레일지지강성에 따른 매개변수를 조건으로 수치해석을 수행하였다.