• 제목, 요약, 키워드: 차량-궤도 상호작용해석

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주행안정성을 고려한 고속철도 콘크리트궤도 레일패드강성 상한값 결정 (Determination of the Upper Limit of Railpad Stiffness in Concrete Track of High-Speed Railways Considering the Running Stability of Train)

  • 양신추;장승엽;김은
    • 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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    • pp.485-488
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    • 2011
  • 본 연구에서는 경부고속철도의 콘크리트궤도에서 열차주행안전측면에서 관리해야할 레일패드강성의 상한값을 차량 및 궤도의 동특성과 운영환경을 고려하여 결정하는 방법을 제시하였다. 차량과궤도의 상호작용의 해석의 중요 입력파라메타인 궤도틀림과 관련하여 프랑스 및 독일에서 제시한 궤도틀림 PSD(Power Spectral Density)와 경부 1단계구간 콘크리트궤도에서 계측한 궤도틀림 자료를 통하여 얻은 PSD를 기초로 하여 넓은 범위의 주파수영역에서 적용할 수 있는 콘크리트궤도의 궤도틀림 PSD를 제시하였다. 제시된 PSD 기준모델을 사용하여 시간영역에서의 궤도틀림 입력을 Random Generation을 통하여 구한 후 개발된 차량-궤도 상호작용해석 기법을 사용하여 레일패드에 따른 윤중감소율을 산정하였다. 산정된 윤중감소율에 대하여 국내 철도차량 안전기준에 관한 규칙의 탈선계수 규정을 적용하여 주행안전측면에서 허용할 수 있는 레일패드강성의 상한값을 제시하였다.

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레일 파단시 장대레일 개구부에서의 궤도-차량 동적상호작용 (Dynamic Interaction of Track and Train System on Open Gap by Rail Breaks)

  • 강윤석;강영종;양신추
    • 대한토목학회논문집
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    • v.28 no.6D
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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.

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뜬침목구간에서 차량/궤도 상호작용 수치해석기법 개발 (Development of a Numerical Method of Vertical Train/Track Interaction in the Track Section with Hanging Sleepers)

  • 양신추;이지하
    • 한국철도학회논문집
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    • v.15 no.3
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    • pp.251-256
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    • 2012
  • 고속철도 자갈궤도에서 궤도틀림을 체계적이고 효율적으로 관리하기 위해서는 뜬 침목구간에서 차량이 궤도에 미치는 동하중의 특성을 파악할 필요가 있으며 이를 위해서는 뜬 침목을 고려한 차량과 궤도의 동적 상호작용해석기법의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 초기 레일의 처짐이 없는 경우 궤광자중에 의하여 발생한 레일처짐(궤도틀림)과 처진 침목과 자갈도상간의 침목 들뜸량을 계산할 수 있는 해석기법을 개발하였고, 궤도틀림과 침목 들뜸량을 동시에 고려할 수 있는 차량과 궤도의 해석기법을 개발하였다. 본 해석기법의 타당성은 타문헌에서 제시한 해석결과와 비교를 통하여 검증하였다.

레일 개구부에서의 궤도-차량 상호작용에 대한 연구 (A Study of Dynamic Behavior of Track and Train Interaction on Rail Open Gap)

  • 강윤석;강영종;양신추;조선규;한상윤
    • 한국강구조학회 논문집
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    • v.19 no.4
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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.

고속철도 교량의 동특성 해석을 위한 준3차원 차량/궤도/교량 상호작용 해석기법의 개발 (Development of a Quasi-Three Dimensional Train/Track/Bridge Interaction Analysis Program for Evaluating Dynamic Characteristics of High Speed Railway Bridges)

  • 김만철
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • v.16 no.2
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    • pp.141-151
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    • 2003
  • 철도교량은 차량과 교량의 상호작용에 의해 유발되는 동하중을 받고 있다. 이러한 동적인 효과는 교량 각 부재에 충격과 피로를 유발하고, 교량의 잔존수명에 영향을 미치게 된다 따라서 수치적 또는 시험적 방법에 의한 교량의 실제적인 동적 거동을 분석하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 KTX 차량의 주행에 따른 교량의 동적 특성을 구조적 안전성, 주행 안전성 및 승차감 측면에서 평가할 수 있는 차량/궤도/교량 상호작용 해석프로그램을 개발하였다. 차량/궤도/교량의 실질적인 모델링을 위하여 차륜/레일 접촉 모델링을 위한 헤르찌안 스프링 및 도상에 대한 윈클러 요소를 적용하였다. 또한 개발 프로그램은 준3차원해석으로 차량의 복선제도 주행에 따른 3차원 편심 효과를 고려하기 위해 비톤 자유도 및 기하학적인 관계에 따른 제약조건식을 사용하였다. 개발프로그램의 검증을 위해서 고속철도교량중 가장 일반적인 형식인 PSC 박스교(2@40m=80m)에 대해 수치해석결과 및 계측시험 결과를 비교하였다.

차량/궤도 상호작용해석을 통한 고속철도 콘크리트궤도 레일의 피로수명 예측 (The Fatigue Life Evaluation of Rail on the Concrete Track of High Speed Railway by Analysis of the Vehicle/Track Interaction)

  • 임형준;성덕룡;박용걸
    • 대한토목학회논문집
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    • v.32 no.6D
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    • pp.663-671
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    • 2012
  • 철도노선에 콘크리트궤도가 본격적으로 적용되고, 승차감 향상 및 고속화와 궤도유지보수비용 저감을 위해 장대레일의 수요가 급증하고 있다. 그러나 국내의 콘크리트궤도 현장 적용년수가 길지 않아 실제 현장에서 반복적인 열차하중을 받아 장대레일이 파단된 사례가 현재까지 없기 때문에 실제 현장 데이터를 이용하여 장대레일의 수명을 예측하고 교체주기를 산정하는 것은 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 차량/궤도 상호작용해석을 통해 레일에서 발생하는 응력을 검토하여 그 해석결과 값에 대해 중회귀분석을 수행하여 운행속도와 표면요철에 따른 레일 휨응력 예측식을 도출하였다. 최종적으로 산정된 예측식을 이용하여 콘크리트궤도 장대레일의 피로수명을 예측하였다.

설계차량하중 변화에 따른 교량상 장대레일 궤도의 부가축응력 (Additional Axial Stress of CWR Track on the Bridge according to the Variation of Design Vehicle Load)

  • 윤경민;전병흔;최신형;임남형
    • 한국산학기술학회논문지
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    • v.16 no.1
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    • pp.807-813
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    • 2015
  • 교량상의 장대레일은 궤도-교량상호작용에 의해 토노반상의 장대레일에 비해 복잡한 거동을 보인다. 궤도-교량 상호작용에 영향을 미치는 요인은 온도변화와 차량하중이다. 국내 철도설계지침 KR C-08080에서는 해석 시 사용하는 물성치, 모델링 방법, 하중 및 하중 조합 방법 등에 대하여 제시하고 있다. 2014년에 KR C-08080에서 제시된 차량하중이 변경되었다. 본 연구에서는 변경된 차량하중의 영향을 평가하기 위하여 22개 교량에 대한 궤도-교량 상호작용 유한요소 해석을 수행하였다.

Heuristic Decision Method를 이용하여 구조물-궤도 종방향 상호작용 및 구조물-차량 상호작용을 고려한 고속철도 교량의 신뢰성 최적설계 기법 개발 (Development of Reliability-Based Optimum Design of High-Speed Railway Bridges Considering Structure-Rail Longitudinal Interaction and Structure-Vehicle Interaction Using Heuristic Decision Method)

  • 임영록
    • 한국방재학회 논문집
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    • v.10 no.3
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    • pp.31-38
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    • 2010
  • 본 연구에서는 교량 구조물-궤도 종방향 상호작용, 교량 구조물-차량 상호작용을 고려한 신뢰성 최적설계 방법을 제안하고, 알고리즘의 개발을 통하여 본 연구에서 제안한 방법의 효율성을 검증하였다. 구조해석 프로그램은 ABAQUS를 사용하였으며, 최적화 방법은 Automated Design Synthesis(ADS)에서 신뢰성면에서 우수한 ALM-BFGS방법을 사용하였다. 일반적으로 ALM-BFGS방법은 최적해 방향을 탐색하는데 있어 1방향 탐색을 하지 않으며 Push-Off Factor 값이 보통 0.1~0.2에서 대부분 수렴하나 본 연구에서는 'Heuristic Decision Method' 의하여 결정된 Push-Off Factor 값이 90일 때 1방향 탐색인 Golden Section Method의 적용이 필요하였으며, 알고리즘이 잘 수렴함을 확인하였다. 구조물-궤도 종방향 상호작용, 구조물-차량의 상호작용에 의한 응답을 제약조건으로 설정하여 단면 설계시 반영될 수 있도록 하였다. 본 연구는 구조물-궤도 종방향 상호작용 및 구조물-차량 상호작용을 고려한 설계기법에 대한 효율성 및 경제성을 증명하기 위하여 5${\times}$(1@50m) 2주형 강합성 거더교에 대한 최적설계를 수행하였으며, 본 연구에서 제안하는 상호작용을 고려하는 설계기법이 기존의 상호작용을 고려하지 않은 설계방법보다 경제적이며 효율적임을 확인하였다.

교량-궤도 종방향 상호작용 및 동적영향을 고려한 고속철도 교량의 최적설계 (Optimum Design of High-Speed Railway Bridges Considering Bridge-Rail Longitudinal Interaction and Moving Load Effect)

  • 임영록;임석빈;박광영
    • 한국방재학회 논문집
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    • v.10 no.6
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    • pp.27-34
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    • 2010
  • 최근 친환경 운송수단인 고속철도에 대한 관심이 증가하고 있으며, 그에 따른 고속철도 교량이 많이 건설되고 있다. 하지만 기존의 일반 철도 교량에 비해 고속철도 교량은 고속주행하는 열차의 동적 하중에 의한 영향이 증가하게 되므로, 이에 대한 고려가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 고속주행하는 열차의 주행 안정성을 확보하기 위해 고속철도 교량의 구조물-궤도 상호작용 및 동적 안전성을 동시에 고려하여 설계하는 방법을 제안하였고, 제안한 알고리즘의 효율성을 입증하기 위하여 기존의 재래식 설계에 의하여 설계, 시공되어진 단순 5경간 250 m 교량을 대상으로 수치해석을 수행하여 비교하였다. 수치해석 결과, 교량-궤도 상호작용 및 교량-차량 상호작용을 동시에 고려한 최적설계가 기존의 제안된 여러 설계 방법들과 비교했을 때, 최적화의 목적함수로 설정한 생애주기비용이 가장 경제적임을 확인하였다.