강철도교의 실응답해석에 관한 연구

A Study on Analysis of Real Response of Steel Railway Bridges

본 논문에서는 열차하중에 의해 강철도교에 일어나는 정 동적응답을 보다 정확하게 예측하기 위한 방법을 제시하기 위하여, 강철도교의 정 동적응답 측정치를 해석에 의한 것과 비교해 보았으며, 이를 토대로 열차의 속도가 설계속도보다 높은 고속(100km/h이상)으로 될때 철도교의 충격 계수가 어떻게 변하는지 살펴보았다. 실측은 철도교의 주설계대상이 되는 부분에 변형게이지와 처짐측정기에 의해 실시하여, 이로부터 교량의 정 동적응답, 기본진동수, 감쇄비 및 충격계수를 구하였다. 정적해석은 3차원 매트릭스 구조해석법에 따라 프로그램을 작성하여 실시하였으며 동적해석은 주행하중문제와 주행질량문제로 나누어 주행하중문제의 경우 동적응답은 모드중첩법에 의해, 주행질량문제의 경우는 직접적분법에 의해 구했다. 연구결과 철도교의 정적응답을 구하는 경우 도로교와 같이 교량을 1차원 또는 2차원으로 모델링하면 응답비(측정치/계산치)는 도로교에 비해 높고, 동적응답은 열차의 질량을 포함하는 주행질량문제로 해석해야 된다는 것을 알 수 있었다. 그리고 실측결과들을 현재의 철도교 시방서 규정과 비교해 본 결과 충격에 관한 규정은 현재의 공용속도(100km/h이하)하에서는 상당히 안전하나, 열차가 고속(100km/h이상)으로 되면 특히 단순 플레이트거어더교의 경우 충격계수가 상당히 커지므로 시방서의 충격에 관한 규정을 충분히 검토할 것을 제시하였다.

In this paper, measured and calculated responses are compared in order to give how the static and dynamic responses occurred in steel railway bridges due to train loads could be calculated appropriately. From this, it is investigated how the impact factors are varied by changing the train speed above 100km/h Field measurement is carried out by the steel strain gages and displacement transducers at the main design points, and then the static and dynamic response, fundamental frequencies, damping ratios and impact factors of the bridges are obtained. Static analysis is done using the computer program developed according to three dimensional matrix structural analysis in which the trains and bridges are modelled as 1,2 and 3 dimensions. Dynamic analysis is done according to 2 approaches, the moving force and mass problem. In moving force problem, the solutions are obtained by the modesuperposition-method and in moving mass problem by the direct integration method. From this study, it is known that in order to obtain the static response in the railway bridges, the bridge could be modelled by 1 or 2 dimension as in the highway bridge, however the response ratio(measured/calculaled) is high comparing to the highway bridges. By the way, the dynamic response should be obtained by the moving mass problem. And by comparing the measured and code specified impact factors, it is known that the factors specified in the present railway bridge code are very safe under the present service speed below 100km/h. However, because the factors become very high under the speed above 100km/h, especially in the simple plate girder bridge, it is thought that the code specification on impact factor should be discussed enough under the rapid transit system.