• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제19권11호
• /
• pp.604-613
• /
• 2018

전 세계적으로 철도의 노후화 및 고속화 등으로 인한 열차탈선사고가 증가하고 있으며, 그로인한 인적 물적 피해가 증가하고 있는 실정이다. 특히 철도교량의 경우에는 가드레일 또는 방호벽 등을 설치하고 있으나, 이는 탈선열차차량(train body level)이 방호벽과 충돌함으로써 열차의 탈선운동을 억제하여 정지시키는데 목적이 있다. 이와 같은 차량에 의한 탈선방호는 인명피해 위험성 및 2차 피해발생 가능성이 높다. 그러므로 본 연구에서는 주행레일 사이에 일탈방호시설물(DCP, Derailment Containment Provision)을 설치하여, 차륜 또는 차축(wheel/bogie level)에서 탈선열차를 방호할 수 있는 시설물을 개발하였다. 또한, 기존 철도교량의 일탈방호성능을 확보할 수 있도록 DCP의 급속시공이 가능하도록 설계하였으며, 방호벽에 작용하는 충돌하중과 급곡선부에서의 관성력을 감소시킴으로써 일탈된 열차가 교량 밖으로의 전도 낙하방지 및 반대편 선로의 침입하는 것을 최소화 하고자 하였다. 본 논문에서는 LS-Dyna을 이용하여, 설계한 DCP의 열차 충돌위치 및 콘크리트 궤도 접합조건에 따른 거동에 대하여 해석적으로 변수연구를 수행하였다. 특히 접합조건은 접합재료의 물성치에 따라 끊어짐을 모사하는 Tiebreak contact과 완전 부착되었다고 가정하는 Perfect bond contact으로 나눠 해석적으로 검토하였다. DCP의 변위, 앵커 및 콘크리트의 응력, 변형률을 확인한 결과 Tiebreak contact이 실제 충돌하중에 대한 거동을 보다 유사하게 모사하는 것으로 판단하였다. 또한, 충돌위치에 따른 변위는 접합구간에서 가장 큰 변형이 발생하였으며, DCP 블록의 중앙에 충돌이 가해질 경우, 충돌하중이 가해지는 DCP 배면에서 휨 파괴가 발생하였다. 본 연구에서 수행한 충돌해석은 실제 충돌실험의 어려움에 의해 사전적으로 해석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 DCP 앵커 설계변경은 필요할 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제11권3호
• /
• pp.1059-1065
• /
• 2010

초속경 라텍스개질 콘크리트(VES-LMC)는 공용중 교량바닥판 콘크리트 긴급 덧씌우기를 목적으로 개발되었으며, 콘크리트타설 후 3시간 만에 교통개방이 가능하도록 작업성, 내구성 및 강도특성을 만족하도록 특성화된 콘크리트이다. VES-LMC 배합은 고유의 급속경화 특성으로 인해 콘크리트 타설 초기에 높은 수화열을 수반하고, 상대적으로 낮은 물시멘트비로 인해 자기수축에 민감하게 반응할 수 있다. 본 논문에서는 간이수화열과 초기수축 실험을 수행하여 동일슬럼프 조건과 서로 다른 슬럼프 조건에서 라텍스함량 변화가 VES-LMC의 자기수축에 미치는 영향을 평가하였다. 실험결과는 다음과 같다. 라텍스는 콘크리트 내구성 향상에만 기여할 뿐 수화열에 미치는 영향이 매우 작게 나타났다. 서로 다른 슬럼프 조건에서 자기수축은 라텍스함량 증가에 따라 증가하였고, 증가추세는 로그함수의 형태로 나타났다. 그러나 동일 슬럼프조건에서 라텍스함량 변화는 두 가지 실험변수가 동시에 변화하므로 자기수축 특성에 미치는 상관성이 작게 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제15권4호
• /
• pp.204-211
• /
• 2011

고속철 교량의 동적응답을 보다 정밀하게 해석하기 위한 동적해석방법을 개발하였다. 차후 증가될 초고속(450km/h)을 포함하여 고속 주행하는 KTX 동력차에 의한 교량의 동적거동을 면밀한 속도변수분석과 정밀한 해석을 위한 고속철, 교량 그리고 궤도구조물의 상호작용을 포함한 수치모델을 구성하였다. 네 가지 40~25미터 단순지간의 PSC 박스교를 3차원 유한 프레임요소 모델로 개발하였다. 스펙트럼밀도함수로 산출된 궤도불규칙값과 궤도간 상이한 거리차이를 수치모델화 하였다. 고속철차량은 (KTX) 38자유도로 구성하였다. 38자유도 모델은 3방향 변위와 상응하는 회전각을 고려하였다. 동적증폭계수는 다양한 불규칙 궤도, 켐버, 주행속도, 자갈도상과 같은 주행조건에 의해 결정된다. 이와 같은 동적증폭계수를 해석하기위한 Newmark-${\beta}$ 기법과 Runge-Kutta기법을 적용하여 고속철 속도별과 경간별로 면밀하게 비교 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제38권11호
• /
• pp.43-54
• /
• 2022

철도 시설물에서는 침하 및 틀림에 의해 사고가 발생할 수 있어 변형을 적정수준으로 유지하는 것이 중요하다. 변형을 모니터링하기 위해서는 과도한 인력과 시간이 필요하기 때문에 이를 개선하기 위해 위성원격탐사 기술 중 하나인 InSAR 기술을 활용하고자 한다. 장기적인 시계열 분석을 위해서는 25장 이상의 고해상도 위성정보로 PS-InSAR 기법을 활용 할 수 있으나, 신속하고 단기적인 방법으로 2장 이상의 위성정보로 D-InSAR 기법으로 미세 변형을 관측할 수 있다. 본 연구에서는 TerraSAR-X 영상을 이용하여 D-InSAR 기법을 적용하여 오송 철도종합시험선로의 지반 침하량 및 구조물 변형량을 구하였다. 구조물과 사면에 반사강도를 높일 수 있는 코너리플렉터를 인공적으로 설치하여 변위 값을 임의로 수 mm 조정하여 이를 검증 할 수 있도록 하였다. D-InSAR 분석 결과로부터 적절한 코너리플렉터 배치도를 산출하였고, 궤도, 사면, 구조물 구역의 변위량을 측정하였다. 더불어 임의로 조정한 코너리플렉터의 변위값을 D-InSAR 분석으로 산출하였다. 본 연구 결과로부터 D-InSAR 결과를 철도시설물과 같은 광범위한 인프라 시설에 모니터링을 위한 기법으로 활용 가능함을 확인하였다.

• 문화기술의 융합
• /
• 제8권5호
• /
• pp.515-524
• /
• 2022

도시철도 침목플로팅궤도(STEDEF)의 분기기는 콘크리트 도상에 매입된 목침목과 침목 하부의 침목방진패드로 구성된 방진궤도로서 침목방진패드의 열화 및 이에 따른 스프링강성의 변화가 침목지지조건의 변화를 초래할 수 있다. 현재 약 21년의 공용기간 동안 발생된 망간크로싱의 손상수량은 전체 부설수량 대비 약 17%로 조사되었으며, 사용 기간 15년 이후(누적통과톤수 약 5.5억톤)부터 손상 물량이 증가하는 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 실물 망간크로싱과 차륜의 형상을 모사한 3차원 수치모델을 이용한 매개변수 해석(차륜의 위치, 침목지지조건 및 동적 윤중의 크기)을 수행하여 실제 현장에서 발생된 망간크로싱의 손상유형 및 발생원인을 분석하였다. 연구결과, 노즈부 주변 침목에 뜬침목이 발생된 경우, 설계 궤도충격계수가 적용된 동적윤중 작용 시 노즈부 단면의 발생응력이 항복강도를 초과하였으며, 이는 실제 현장에서 발생된 손상위치와 비교적 잘 일치하는 것으로 분석되었다. 따라서 망간크로싱의 손상을 최소화하기 위해서는 노즈부 주변의 침목지지조건을 일정한 수준으로 유지하고, 손상된 망간크로싱 교체 시에는 침목 하부 경계조건의 균일성 확보를 위해 침목방진패드를 함께 교체하는 것이 바람직할 것으로 분석되었다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제68권1호
• /
• pp.67-80
• /
• 2018

Recently, U-section decks have been more and more used in metro and light rail bridges as an innovative concept in bridge deck design and a successful alternative to conventional box girders because of their potential advantages. U-section may be viewed as a single vent box girder eliminating the top slab connecting the webs, with the moving vehicles travelling on the lower deck. U-section bridges thus solve many problems like limited vertical clearance underneath the bridge lowest point, besides providing built-in noise barriers. Beam theory in mechanics assumes that plane section remains plane after bending, but it was found that shearing forces produce shear deformations and the plane section does not remain plane. This phenomenon leads to distortion of the cross section. For a box or a U section, this distortion makes the central part of the slab lagging behind those parts closer to the webs and this is known as shear lag effect. A sample real-world double-track U-section metro bridge is modelled in this paper using a commercial finite element analysis program and is analysed under various loading conditions and for different geometric variations. The three-dimensional finite element analysis is used to demonstrate variations in the transverse bending moments in the deck as well as variations in the longitudinal normal stresses induced in the cross section along the U-girder's span thus capturing warping and shear lag effects which are then compared to the stresses calculated using conventional beam theory. This comparison is performed not only to locate the distortion, warping and shear lag effects typically induced in U-section bridges but also to assess the main parameters influencing them the most.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제18권12호
• /
• pp.13-23
• /
• 2017

본 논문에서는 운영 중인 철도노반의 침하에 대응하고자 노반보강 재료와 공법에 대한 내용을 다루었다. 국내에서는 도시철도와 고속철도, 그리고 일반철도에 콘크리트궤도가 도입되고 있지만 최근 시공된 일부구간에서 콘크리트궤도의 노반침하가 발생되고 있고, 유지보수에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 철도 안전운행을 위해 침하된 철도노반의 보강이 시급하지만 현재까지 운영중인 철도노반의 보강에 대한 시공사례는 전무한 상태로서 노반 보강에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 최초로 시도되는 운영 중인 철도노반을 보강하기 위해 지반보강 재료들을 통해 노반 보강의 목표성능을 선정하였고, 이에 침투성능 및 고결성 주입효과 등을 확인하여 목표성능의 만족여부를 판단하였다. 연구 결과 일반적으로 쓰이는 지반보강재료 및 공법들은 철도노반 보강의 적용을 위해 개선이 필요하다는 것이 확인되었다.

• Earthquakes and Structures
• /
• 제27권4호
• /
• pp.331-344
• /
• 2024

The performance of reinforced concrete buildings subjected to earthquake excitations depends on the structural behaviour of the superstructure as well as the type of foundation and the properties of soil on which the structure is founded. The consideration of the effects due to the interaction between the structure and soil- foundation alters the seismic response of reinforced concrete buildings subjected to earthquake motion. Evaluation of the structural response of buildings for quantitative assessment of the seismic fragility has been a demanding problem for the engineers. Present research deals with development of fragility curve for building specific vulnerability assessment based on different damage parameters considering the effect of soil-structure interaction. Incremental Dynamic Analysis of fixed base and flexible base RC building models founded on different soil conditions was conducted using finite element software. Three sets of fragility curves were developed with maximum roof displacement, inter storey drift and plastic energy dissipated as engineering demand parameters. The results indicated an increase in the likelihood of exceeding various damage limits by 10-40% for flexible base condition with soft soil profiles. Fragility curve based on energy dissipated showed a higher probability of exceedance for collapse prevention damage limit whereas for lower damage states, conventional methods showed higher probability of exceedance. With plastic energy dissipated as engineering demand parameter, it is possible to track down the intensity of earthquake at which the plastic deformation starts, thereby providing an accurate vulnerability assessment of the structure. Fragility modification factors that enable the transformation of existing fragility curves to account for Soil-Structure Interaction effects based on different damage measures are proposed for different soil conditions to facilitate a congenial vulnerability assessment for buildings with flexible base conditions.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제42권3호
• /
• pp.311-322
• /
• 2022

본 연구에서는 분포형 광섬유 시트와 탄소섬유 시트를 콘크리트 표면에 부착하여 철근 콘크리트를 사용하는 구조물의 보강 효과 및 BOTDR 센서를 활용한 상태 평가를 4점 휨 실험을 통해 수행하였다. 부착 정도에 따른 보강 효과를 확인하기 위하여 탄소섬유 시트의 부착 형태를 다양하게 제작하였으며, BOTDR 센서의 활용성을 확인하기 위하여 실험체에 다수의 전기저항식 변형률 게이지를 부착하여 BOTDR 센서의 변형률과 비교하였다. 실험 결과를 살펴보면, 우선 CFRP시트 부착 정도에 따른 보강 효과에 분명한 차이가 나타나는데, 이는 부착 면적보다는 부착 형태에 더 영향을 받는 것으로 확인되었다. BOTDR 센서로부터 계측된 변형률로부터 하중 증가에 따른 철근 콘크리트 실험체의 구조적 거동을 시각화 할 수 있었으며, CFRP 보강 부위에서 하중이 집중되는 것을 알 수 있다. BOTDR 센서에서 계측된 변형률이 전기저항식 게이지로부터 계측된 변형률과 유사하게 계측되는 것을 알 수 있는데, 이를 통해 대형 토목 구조물의 전체적 거동을 분석하는데 BOTDR 센서가 효과적일 수 있음을 확인하였다. 다시 말해서, 국부적 변형률을 측정하는 전기식 변형률 게이지로 계측을 하면 계측 오차는 상당할 수 있는 반면에, 분포형으로 측정되는 BOTDR 센서는 이러한 문제를 줄일 수 있는 대안으로 판단된다. 마지막으로, CFRP 시트 탈락이 발생되는 부분에서 계측 BOTDR 센서 변형률이 높게 나타나는데 이를 활용하면 CFRP 시트의 국부적 손상 위치를 효율적으로 추적할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
• /
• 한국철도학회 2011년도 정기총회 및 추계학술대회 논문집
• /
• pp.1542-1549
• /
• 2011

The Transitional zone between bridge abutment and earthwork is one of the representative vulnerable zones in railway where differential settlements may take place due to the different supportive stiffness. Although transitional zones are managed with stricter standards than those of the other earthwork zones either in the design and construction stages, it is very difficult to prevent differential settlement perfectly. A three-dimensional numerical analyses were performed by applying train moving load in this study. The analytical model including abutments and earthwork zones was constituted with rail, sleepers, track concrete layer (TCL), hydraulic stabilized base (HSB), reinforced road bed, and road bed using railway and road base structure. The clamp connecting the rail and sleeper were also modeled as the element with spring coefficient. The train wheel is modeled in the actual size and moved on the rail with 300 km/hr speed. The deformation characteristics at each point of the rail and the ground were considered in detail when moving the train wheel. The analysis results were compared with those from the two-dimensional analysis without considering moving load. The research results show that displacement and stress were greater in the three-dimensional analysis than in other analyses, and the three-dimensional analysis with moving load should be performed to evaluate railway performance.