• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권4호
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• pp.1178-1185
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• 2010

철도차량의 고속화가 가속화되면서 화물을 운송하던 컨테이너 차량이 차륜의 파손에 의하여 탈선하는 사고가 발생하여 많은 물적 피해가 발생하고 있으며, 이러한 철도차량의 사고는 많은 인명 피해와 물적 피해를 가져오는 대형 사고로 발전할 수 있다. 따라서 이에 대한 재발 방지를 위한 차륜의 파손 해석에 대한 연구가 필요한 실정이다. 철도차량의 차륜은 기계적 하중과 열하중를 동시에 받으며, 기계적 하중으로는 철도차량의 무게에 의한 수직하중과 곡선 구간을 운행할 때 차륜과 레일의 접촉부에 수평하중이 발생하며, 철도차량의 제동시 답면제동에 의한 반복적인 열하중을 받는다. 이러한 차륜에 발생하는 기계적 하중과 열하중은 차륜의 균열과 잔류응력 등을 발생시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 연구에서는 차량 주행 시의 브레이크 이력과 하중 조건을 고려한 열 구조 연성해석을 수행하여 차륜에 부하되는 최대응력을 추정하였으며, 이 값을 파괴역학 파라미터인 응력확대계수에 적용하여 차륜의 안전성을 평가하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제10권4호
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• pp.269-279
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• 2008

본 연구는 프리스트레스트 콘크리트 포장(PSCP)의 횡방향 긴장 설계방안을 구축하기 위하여 수행되었다. 우선 PSCP에 횡방향 긴장을 가했을 경우에 긴장간격에 따른 슬래브의 응력분포를 분석하였다. 또한 환경하중과 차륜하중이 PSCP슬래브에 작용할 때 슬래브에 발생하는 인장응력의 분포도 분석하였다. 이러한 환경 및 차륜하중 등의 설계하중과 긴장응력을 결정하는 기준인 슬래브의 허용인장응력을 합리적으로 선정하는 방법에 대하여 논의하였으며 이러한 기준의 선정이 횡방향 긴장 설계에 미치는 영향을 분석하였다. 연구결과, 긴장간격이 커질수록 긴장응력의 손실을 가져오는 범위가 넓어지며 특히 Shoulder부분에서의 응력손실이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있었다. 따라서 횡방향 긴장 설계는 설계하중에 대한 슬래브의 응력을 산출한 후 슬래브가 허용인장응력 이내의 응력을 받도록 평균긴장응력을 산출하여 긴장간격 및 긴장량을 결정하면 되지만, 이때 Shoulder, Wheel Pass, 중앙부 등 슬래브의 여러 다른 위치에서의 응력 또한 반드시 검토하여 적절한 긴장간격을 선정하여야 한다.

• 한국도로학회논문집
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• 제12권2호
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• pp.137-146
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• 2010

본 연구는 포스트텐션 콘크리트 포장(PTCP: Post-Tensioned Concrete Pavement) 공법의 Gap Slab 설계 방안을 구축하기 위하여 수행되었다. Gap Slab은 특징에 따라 Unbonded, Half Bonded, Bonded 방식으로 구분하여 고려하였다. 먼저 각 Gap Slab 방식에 따라 환경하중이 작용할 때 슬래브의 컬링에 의해 발생하는 인장응력을 산정하였으며, 차륜하중에 의한 응력은 단축과 복축 하중을 모두 고려하여 산정하였다. 환경 및 차륜하중에 의해 발생하는 혼합 최대 인장응력을 구하여 허용인장응력과의 비교를 통하여 Gap Slab에 도입하는 긴장량을 산정하는 방법을 제시하였다. Unbonded 방식은 Gap Slab 만을 고려하여 응력 분포를 분석함으로써 긴장량을 설계할 수 있으나, Half Bonded 및 Bonded 방식은 PTCP의 전체 슬래브의 거동을 분석함으로써 적절한 설계가 가능하며 이에 대한 방법론을 제시하였다.

• 문화기술의 융합
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• 제8권5호
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• pp.547-552
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• 2022

본 연구에서는 궤도틀림이 차륜-레일 상호작용력에 미치는 영향을 분석하고 이를 바탕으로 궤도틀림을 관리할 수 있는 하중기반의 궤도틀림 분석기법을 제안하였다. 도시철도 침목플로팅궤도와 직결도상 접속구간에서 발생된 고저틀림 측정결과를 이용하여 고저틀림이 차륜-레일 상호작용력(동적윤중)과 레일의 진동가속도에 미치는 영향을 해석적으로 분석하였다. 직결궤도 총 4개소를 대상으로 부분적으로 직결궤도를 포함한 침목플로팅궤도 구간과 전, 후 인접 침목플로팅궤도 구간으로 구분하여 고저틀림을 비교, 분석하였다. 분석결과, 직결궤도를 포함한 구간이 침목플로팅궤도 보다 궤도틀림이 크게 나타났다. 고저틀림 데이터를 적용한 차륜-레일 상호작용력 분석결과, 거리에 비해 상대 변위차가 큰 구간에서 차륜-레일 상호작용력과 레일가속도가 증가하는 것으로 분석되었다. 반면 고저틀림 데이터의주기와 틀림량(변위)이 일정한 구간의 경우 차륜-레일 상호작용력과 레일가속도가 상대적으로 작게 나타났다. 따라서고저틀림의 주기가 짧고 상대변위차가 클수록 차륜-레일 상호작용력 측면에서 불리한 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 궤도틀림 측정데이터를 이용한 차륜-레일 상호작용 해석을 통해 차륜-레일의 상호작용력을 바탕으로한 하중기반의 궤도틀림 분석기법 적용방안을 제시하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.203-215
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• 2009

본 연구는 포스트 텐션드 콘크리트 포장(PTCP: Post-Tensioned Concrete Pavement)의 종방향 긴장 설계 방안을 구축하기 위하여 수행되었다. 우선 종방향 긴장으로 인해 PTCP 슬래브에 발생하는 응력분포를 분석하였다. 그리고 설계에 필요한 환경하중과 차륜하중이 PTCP 슬래브에 작용할 때 슬래브에 발생하는 인장응력의 분포를 분석하였다. 또한 슬래브와 하부지반 사이의 마찰저항 및 긴장으로 인해 발생하는 여러 손실원인들을 고려하여 긴장손실량을 산정하였다. 설계에 사용될 발생 인장응력은 각각의 하중에 의해 발생 가능한 최악의 조건에 의해 산정되며 여러 손실들은 현장조건을 최대한 반영하여 산정된다. 이러한 환경 및 차륜하중 등의 설계하중과 긴장 시 발생하는 각종 손실들을 감안한 유효긴장량을 산정하였으며 긴장응력 결정의 기준이 되는 콘크리트 슬래브의 허용인장응력의 영향에 대하여 분석하였다. 궁극적으로 종방향 긴장 설계방안은 설계하중에 대한 슬래브의 응력을 산출한 후 콘크리트 슬래브의 허용인장응력을 감하여 요구되는 긴장응력을 산출하고, 각종 손실이 고려된 유효긴장량과의 비교를 통해 합리적인 긴장간격 및 긴장량을 결정하는 것이다.

• 한국철도학회논문집
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• 제17권1호
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• pp.14-18
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• 2014

차륜/레일 접촉은 철도차량의 동특성을 결정하는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 철도 차륜과 레일 사이에 작용하는 토크에 의한 견인력과 마찰력을 두 원통의 접촉문제로 이론해석과 전산해석을 하고 수직하중과 전단력이 작용하는 실제 차륜과 레일에 대한 전산해석을 하였다. 철도차륜과 레일 접촉문제는 구름과 미끄러짐이 있는 탄성접촉인 크리프에 의한 크리프힘을 생성하는 과정으로서 차륜과 레일의 형상 및 마찰계수에 따라 달라짐을 알 수 있었다.

• 한국도로학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.107-115
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• 2009

본 연구는 포스트텐션 콘크리트 포장(PTCP: Post-Tensioned Concrete Pavement)의 슬래브 두께가 긴장 설계에 미치는 영향을 분석하여 PTCP에서 최적의 슬래브 두께를 선정하기 위하여 수행되었다. 먼저 슬래브 두께에 따른 차륜과 환경하중에 의한 인장응력을 유한요소해석 모델을 이용하여 구하였으며 허용 휨강도를 선정하여 긴장 응력을 산출하였다. 슬래브의 컬링을 야기하는 환경하중은 두께에 따라 동일한 온도구배 및 동일한 상하부 온도차의 두 가지 가정을 모두 고려하였다. 그리고 프리스트레싱을 위한 강선 긴장 시 긴장량의 손실을 고려하여 슬래브 두께 별로 긴장 설계를 수행하였다. 이러한 설계 결과를 비교 분석해 보면 일반적으로 슬래브 두께가 증가하면 강선의 개수도 따라서 증가되기 때문에 콘크리트와 강재 비용 모두가 증가하게 되어 비경제적인 설계가 된다. 환경하중의 영향이 미약하여 두께가 증가할 때 강선의 개수가 줄어드는 경우에도 두께 증가에 의한 비용이 강재 절감에 따른 비용보다 더 커지므로 두께가 증가할수록 경제적이지 못하다. 따라서 일반적으로 PTCP에서 슬래브 두께는 시공이 가능한 정도에서 최소로 유지하는 것이 타당하다고 할 수 있다.

• 한국도로학회논문집
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• 제9권2호
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• pp.63-76
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• 2007

본 연구에서는 콘크리트 포장에 덧씌우기를 하였을 때 다축차륜하중에 의한 응력분포특성을 분석하기 위하여 변환영역에서의 해석법을 개발하였다. 덧씌우기는 기존의 슬래브와 완전히 부착이 되었을 경우와 전혀 부착이 되지 않았을 때의 두 가지 극한 조건을 기준으로 분석을 하였다. 차륜하중은 복륜단축, 복륜복축, 복륜삼축 등 복륜다축하중을 고려하였으며 덧씌우기의 두께, 탄성계수, 포아송비 등이 응력분포에 미치는 영향을 분석하였다. 변환영역에서의 해석법을 이용하여 덧씌우기 포장을 분석하는 방법에 대하여 상세히 설명하였으며 해석결과의 정확성은 유한요소법을 이용한 해석결과와 비교하여 검증하였다. 해석을 수행한 결과 덧씌우기의 두께, 탄성계수, 포아송비의 증가는 기존 슬래브 하부의 최대인장응력을 감소시키며 감소 정도는 부착 덧씌우기가 비부착 덧씌우기에 비해 더 큰 것을 알 수 있었다. 또한 덧씌우기의 포아송비가 응력에 미치는 영향은 그리 크지 않은 것을 알 수 있었으며 부착과 비부착 덧씌우기 포장에서 덧씌우기의 두께 및 탄성계수의 증가에 따른 기존슬래브의 최대응력 감소특성도 분석하였다. 그리고 하중의 축수에 따른 부착과 비부착 덧씌우기 포장의 응력분포 및 최대응력특성도 분석하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제17권2호
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• pp.133-139
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• 2014

국내에 건설 운영 중인 경전철 고가구조물은 설계 당시 경전철 고가구조물 설계기준이 마련되어 있지 않아 일반 철도교 설계기준 및 국외 차량제작사에서 제시한 설계기준을 참조하여 설계된 관계로, 고가구조물이 과다 설계되어 비경제적으로 건설된 주된 이유가 되고 있다. 본 연구에서는 고무차륜형 경량전철이 고가구조물 위를 각각 50km/h, 60km/h, 70km/h의 속도로 주행 중 5개 제동 지점별로 제동 시 고가 하부구조물에 작용하는 제동하중을 현장 계측시험을 통해 분석하였고, 현재 설계시 반영되고 있는 철도설계기준과 비교하였다. 본 연구에서 제시된 제동하중 시험분석 결과는 향후 경전철 고가구조물 설계기준 제정 시 참조될 수 있다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제30권1호
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• pp.127-137
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• 2021

철도시설물 안전 확보를 위한 동하중 관리 및 철도차량 유지보수 효율화를 위한 차륜 상태진단을 위해 레일의 변형률과 진동 값을 이용하는 방법이 주로 사용된다. 동하중은 레일의 변형률과 철도차량 하중이 비례한다는 가정을 바탕으로 측정이 이루어지며 차륜 상태는 결함의 크기와 레일 접촉진동의 크기가 비례한다는 가정을 통해 진단이 이루어진다. 하지만 차량 속도, 차륜 하중, 기후, 선로 상태와 같이 레일의 변형률과 진동에 영향을 주는 환경요소를 반영하지 않으면 측정 조건에 따라 많은 편차가 발생한다. 본 연구에서는 레일의 변형률과 진동에 영향을 주는 환경요소 중 선로 상태를 나타내는 주요 지표인 궤도틀림이 레일의 변형률과 진동에 미치는 영향을 동역학 시뮬레이션을 통해 살펴보고 측정 편차를 줄이기 위한 방안으로 측정지점 추가 확보에 따른 효과를 분석하였다.