• 제목/요약/키워드: Train-bridge interaction

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Dynamic analysis of metro vehicle traveling on a high-pier viaduct under crosswind in Chongqing

  • Zhang, Yunfei;Li, Jun;Chen, Zhaowei;Xu, Xiangyang
    • Wind and Structures
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    • 제29권5호
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    • pp.299-312
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    • 2019
  • Due to the rugged terrain, metro lines in mountain city across numerous wide rivers and deep valleys, resulting in instability of high-pier bridge and insecurity of metro train under crosswind. Compared with the conditions of no-wind, crosswind triggers severer vibration of the dynamic system; compared with the short-pier viaduct, the high-pier viaduct has worse stability under crosswind. For these reasons, the running safety of the metro vehicle traveling on a high-pier viaduct under crosswind is analyzed to ensure the safe operation in metro lines in mountain cities. In this paper, a dynamic model of the metro vehicle-track-bridge system under crosswind is established, in which crosswind loads model considering the condition of wind zone are built. After that, the evaluation indices and the calculation parameters have been selected, moreover, the basic characteristics of the dynamic system with high-pier under crosswind are analyzed. On this basis, the response varies with vehicle speed and wind speed are calculated, then the corresponding safety zone is determined. The results indicate that, crosswind triggers drastic vibration to the metro vehicle and high-pier viaduct, which in turn causes running instability of the vehicle. The corresponding safety zone for metro vehicle traveling on the high-pier is proposed, and the metro traffic on the high-pier bridge under crosswind should not exceed the corresponding limited vehicle speed to ensure the running safety.

기존 무도상 판형교 궤도의 종저항거동에 대한 실험 (An Experimental Study on the Longitudinal Resistance Behavior of an Existing Ballastless Steel Plate Girder Bridge)

  • 김경호;황인영;백인철;최상현
    • 한국도시철도학회논문집
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    • 제6권4호
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    • pp.327-337
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    • 2018
  • 무도상 판형교는 교량 바닥판과 도상 없이 주거더에 궤도가 직접 연결되어 있는 구조로 열차 통과로 인하여 발생한 충격이 교량 주부재에 직접 전달되어 높은 수준의 소음 진동 뿐 아니라 교량의 잦은 손상을 유발하는 특성이 있다. 레일 장대화는 무도상 판형교의 이러한 구조적인 문제를 경감할 수 있으며, 이를 위해서는 차량-궤도 또는 궤도-교량 상호작용에 영향을 미치는 인자의 특성에 대한 명확한 이해가 필요하다. 이 연구에서는 레일체결장치, 침목고정장치 및 궤광을 포함한 실제 무도상 판형교에 설치되어 있는 궤도의 종방향 저항력 특성을 실험을 통하여 검토하였다. 실험은 유도상화 시공을 위하여 철거된 실제 교량을 실험실로 이송하여 수행하였다. 실험 결과 목침목용 레일체결장치의 종방향저항력은 KRS TR 0014-15의 성능합격기준을 만족하며, 교량침목고정장치의 종방향 저항력은 구형과 신형 모두 기존 연구보다 높은 값으로 나타났다. 또한 하중 비재하 시 무도상 궤도의 종방향 저항력은 자갈궤도와 콘크리트궤도 사이의 값으로 나타났다.

궤도틀림을 고려한 교대접속부의 열차상호동적거동해석 (Train-Structure Dynamic Interaction Analysis of The Bridge Transition Considering Track Irregularity)

  • 최찬용;김현기;정근영;양상범
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제31권9호
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    • pp.29-38
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    • 2015
  • 이 연구에서는 열차가 교량 접속부를 통과하면서 발생되는 동적상호작용 문제를 유한요소해석프로그램을 이용하여 검토하였다. 해석대상구간에서의 궤도틀림조건은 부등침하량을 삼각함수를 이용하여 이상화하고, 철도공사 선로 보수기준을 만족하는 최대 궤도틀림 한계치를 해석조건으로 설정하였다. 해석대상이 되는 접속부 구조물의 체결장치 아래 부분은 모두 3차원 입체요소로 모형화하였으며, 해석비용을 줄이기 위하여 1/2 궤도부분만을 모형화하였다. 경계조건은 평면변형률상태에 준하는 것으로 차량-궤도 동적상호작용해석을 수행하였다. 국내 콘크리트궤도용 표준 접속부에서의 궤도틀림에 따른 열차 주행시 동적상호작용해석을 수행하여 윤중감소율과 차체수직진동가속도를 살펴보았으며, 접속부의 시멘트 안정처리골재, 일반골재, 일반토사구간에서의 발생된 최대 Mises응력으로 동적거동을 평가하였다.

차세대 고속철 통과 교량의 동적특성에 대한 수치해석 (Numerical Analysis for Dynamic Characteristics of Next-Generation High-Speed Railway Bridge)

  • 오순택;이동준;이성태;정병준
    • 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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    • 제26권2호
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    • pp.9-17
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    • 2022
  • 차세대 고속철은 주행 속도가 점점 증가하므로 이를 반영한 고속철 차량 통과교량에 대한 새로운 주행 안정성의 평가가 요구된다. 이를 위하여 현재 공용 중인 경부 고속철 구간의 대표 교량형식인 PSC (Pre-stressed Concrete) 박스거더 교량을 대상으로 관성질량을 고려한 38-자유도 차량과 궤도 불규칙성과 상호 작용력을 반영하여 모형화하였으며, 고속철 차량 주행속도 별로 동적 수치해석을 수행하여 주행 안정성을 평가하였다. 수치해석을 통해 단순교와 2 경간 연속교의 최대 수직 변위와 DAF (Dynamic Amplification Factor; 동적확대계수)를 산출하여 동적 안정성 여부를 판단하였으며, 또한 주행 속도 별 최대 수직 변위를 추정하기 위한 3차 다항 회귀 분석식을 제안하였다. 대표적인 주행 속도와 횡 단면 위치 별 수직 변위 차이를 비교하고, 종 방향 최대 면틀림을 분석하였다. 또한, 고속철 차량의 교량통과 중 교량의 수직변위에 대한 가속도 영향선과 각 항목 간의 연관성을 분석하여 주행 안정성을 평가하였다.

교량 접속부 특성을 고려한 선하역사의 진동 해석 (Vibration Analysis of an Elevated Railroad Station Considering Station-Bridge Connection Characteristics)

  • Choi, Sanghyun;Kwon, Soonjung
    • 한국재난정보학회 논문집
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    • 제10권2호
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    • pp.274-281
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    • 2014
  • 선하역사는 역사 건물의 상부에 위치한 노반구조물을 통하여 열차 운행으로 인한 진동이 직접 역사 구조물로 전달되므로 소음 진동에 취약한 구조이다. 선하역사 내부의 소음은 주로 구조물의 진동으로 인하여 발생하는 고체소음이므로 보다 효율적인 진동 저감 대책의 수립을 위해서는 역사의 구조 형식, 부재 및 재료 등의 구성 요소에 따른 구조적 거동 및 감쇠 특성의 파악이 중요하다. 이 논문에서는 선하역사와 인접 교량과의 접속부의 역학적 특성에 따른 진동 특성 변화에 대한 검토 결과를 제시하였다. 해석 대상 역사는 대천역이며, ABAQUS로 유한요소해석을 수행하였다. 접속부 특성은 접속 교량이 있는 경우와 없는 경우, 그리고 있는 경우 라멘식과 받침형식으로 구분하여 검토를 수행하였다.

자기부상열차의 모델링방법에 따른 열차-교량의 동적상호작용 해석 (Dynamic Interaction Analysis of Train and Bridge According to Modeling Methods of Maglev Trains)

  • 정명락;민동주;이준석;권순덕;김문영
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • 제24권2호
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    • pp.167-175
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    • 2011
  • 본 연구에서는 속도의 변화 그리고 모델링방법이 자기부상열차의 주행성에 미치는 영향을 파악하는데 목적을 두고 있다. 이를 위하여 2000:1의 처짐비를 가지는 동일한 교량 위를 속도를 변화시키면서(100km/h에서 700km/h까지 100km/h간격으로) 6가지 모델의 자기부상열차를 주행시키기 위하여 4자유도 6자유도 10자유도 차량에 대한 운동방정식을 구성하고 4계 룬지쿠타법을 적용하여 수치해석을 수행한다. 해석결과를 보면 속도가 낮을수록 보기 및 EMS의 개수가 많은 모델일 수록 자기부상열차의 주행성이 향상됨을 알 수 있다.

Prediction and analysis of structural noise of a box girder using hybrid FE-SEA method

  • Luo, Wen-jun;Zhang, Zi-zheng;Wu, Bao-you;Xu, Chang-jie;Yang, Peng-qi
    • Structural Engineering and Mechanics
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    • 제75권4호
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    • pp.507-518
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    • 2020
  • With the rapid development of rail transit, rail transit noise needs to be paid more and more attention. In order to accurately and effectively analyze the characteristics of low-frequency noise, a prediction model of vibration of box girder was established based on the hybrid FE-SEA method. When the train speed is 140 km/h, 200 km/h and 250 km/h, the vibration and noise of the box girder induced by the vertical wheel-rail interaction in the frequency range of 20-500 Hz are analyzed. Detailed analysis of the energy level, sound pressure contribution, modal analysis and vibration loss power of each slab at the operating speed of 140 km /h. The results show that: (1) When the train runs at a speed of 140km/h, the roof contributes more to the sound pressure at the far sound field point. Analyzing the frequency range from 20 to 500 Hz: The top plate plays a very important role in controlling sound pressure, contributing up to 70% of the sound pressure at peak frequencies. (2) When the train is traveling at various speeds, the maximum amplitude of structural vibration and noise generated by the viaduct occurs at 50 Hz. The vibration acceleration of the box beam at the far field point and near field point is mainly concentrated in the frequency range of 31.5-100 Hz, which is consistent with the dominant frequency band of wheel-rail force. Therefore, the main frequency of reducing the vibration and noise of the box beam is 31.5-100 Hz. (3) The vibration energy level and sound pressure level of the box bridge at different speeds are basically the same. The laws of vibration energy and sound pressure follow the rules below: web

이동하중을 받는 보와 가동 기초 위에 설치된 계에의 동흡진기의 이용 (Usage of Dynamic Vibration Absorbers for a Beam Subjected to Moving Forces and for a System Mounted on a Moving Base)

  • 이건명;변재현
    • 한국기계가공학회지
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    • 제14권6호
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    • pp.27-34
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    • 2015
  • Dynamic vibration absorbers are widely used in machinery, buildings, and structures, including bridges. Two cases of their usage are considered in this paper. One is a simply supported beam subjected to either a moving force or a sequence of moving forces, which simulates a train-bridge interaction problem. The other is a case where a primary system is mounted on a base that is not grounded and is excited by an external force. The conditions that the dynamic vibration absorbers must meet in these cases are found and compared to those for usual cases where bases of primary systems are grounded.

다단계 긴장 PSC 거더 철도교량의 동특성 실험 및 주행열차하중 해석에 의한 동적성능 평가 (Dynamic Performance Estimation of the Incrementally PSC Girder Railway Bridge by Modal Tests and Moving Load Analysis)

  • 김성일;김남식;이희업
    • 대한토목학회논문집
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    • 제26권4A호
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    • pp.707-717
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    • 2006
  • 근래에 들어 기존의 PSC 거더 교량 외에 다양한 형태의 교량이 개발되고 있으며, 다단계 긴장에 의한 PSC 거더교는 대표적인 예이다. 다단계 긴장 PSC 거더교는 구조적 개념에 따라 자중을 줄이고 경간을 장대화할 수 있는 장점을 갖고 있다. 그러나, 이와 같은 장대화된 보다 유연한 교량은 구조적 안전성 및 사용성을 고려한 주행열차하중에 대한 동적거동 검토가 필수적이며, 철도교량의 주행열차하중에 대한 동적성능평가를 위한 정확한 동특성 입력은 매우 중요하다. 본 연구에서는 정확한 고유진동수 및 감쇠비 추출을 위하여 25m 실물 다단계 긴장 PSC 거더를 제작하여 시공단계별 모달테스트를 수행하였다. 모달테스트를 위한 가진방법으로 기존의 충격햄머에 의한 방법 외에 디지털 콘트롤에 의한 가진기를 사용하여 보다 정확한 주파수응답 함수를 얻고자 하였다. 또한, 시공단계별 구조계 변화 및 긴장에 의한 동특성 변화를 고찰하기 위하여 시공단계별 실험을 수행하였다. 모달테스트 결과에 의한 동특성 값을 주행열차하중 해석에 적용하여 다양한 매개변수연구를 통한 철도교량 동적성능평가를 수행하였다. 동적처짐, 충격계수, 바닥판의 연직가속도, 단부꺾임각 등에 대하여 열차별, 속도별 동적해석을 수행하여 국내외 철도교량 동적성능 평가기준과 비교하였다.

일반체결구/활동체결구 접속구간 차량 및 궤도 안정성 평가에 관한 연구 (A Study on Stability Assessment of Vehicle and Track on Transition between Conventional and Zero-Longitudinal Resistance Rail Fastener)

  • 양신추;장승엽;김은;유진영;홍성모
    • 한국철도학회:학술대회논문집
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    • 한국철도학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.1078-1083
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    • 2008
  • In this paper, assessed are the stability of vehicle and track according to vertical support stiffness difference on the transition between conventional and zero-longitudinal resistance (ZLR) rail fastener on bridge. For this, the spring constants of rail fastener have been determined according to different load ranges - KTX load (with or without impact factor) and test load of EN standards - from results of laboratory test on rail pad, the stability analysis of vehicle and track has been performed according to numbers or installation length of ZLR fasteners using vertical vehicle-track coupled model to consider train-track interaction. The analysis results reveal that only the wheel load variation slightly exceed the limit value when 2 ZLR fasteners are used with spring constant determined within the EN test load range, but, in all other cases, all evaluation items are satisfied. Thus, it can be said that the stability of vehicle and track will not be degraded by ZLR fastener.

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