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모노레일 교량의 계획 및 설계 (Planning and Design of Monorail Bridges)

  • 한녹희;유제남;이성민
    • 한국철도학회:학술대회논문집
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    • pp.1174-1187
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    • 2007
  • 모노레일시스템은 차량외관의 친밀성, 교량 상하부의 슬림한 구조, 저렴한 공사비, 짧은 시공기간 등 미관, 경제성, 시공성에서 다양한 장점이 인정되어 시가지 경량전철의 유력한 대안으로서 여러도시에서 검토 및 제안되고 있다. 또한, 최근에 대구시에서는 도시철도3호선의 시스템으로 모노레일을 채택하여 기본설계를 진행하고 있다. 이러한 국내의 추세에 맞추어 본 고에서는, 해외사례와 현재 수행중인 대구도시철도 기본설계를 중심으로 하여, 모노레일교량의 계획 및 설계에 관한 주요사항을 소개하였다. 먼저, 해외의 모노레일 교량 사례를 분석하였으며, 대구도시철도3호선 기본설계에서 적용하고 있는 주요설계기준을 소개하였다. 또한, 과좌형 모노레일의 대표적인 구조형식인 PSC궤도빔과 강궤도빔에 대하여 계획, 설계 및 제작 방법을 개괄적으로 설명하였다. 본 고의 내용이 모노레일 교량의 계획 및 설계에 관심이 있는 기술자들에게 도움이 되기를 기대한다.

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레일강의 균열발생·천이 및 피로균열진전거동 (Behavior of the Crack Initiation, Transition and Fatigue Crack Growth of Rail Steel)

  • 이종선;강기원;최린;김정규
    • 한국강구조학회 논문집
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    • v.11 no.1
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    • pp.33-42
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    • 1999
  • 궤도용 차량의 안전성 확보를 위한 연구의 일환으로서 레일강의 균열 발생 조건과 모재와 용접부에 대한 정적파괴거동 및 단일모드 하중하의 피로균열진전거동을 검토하였다. 레일에서 횡방향 균열의 원점은 표면하층균열이며 이는 최대전단응력에 의해 발생하였다. 또한 표면하층균열의 크기가 증가함에 따라 균열의 진전은 전단모드에서 혼합모드로 천이될 가능성이 증가하였다. 용접부의 평면변형률 파괴인성은 조직의 조대화와 경도의 상승으로 인하여 모재에 비하여 약 10% 저하하였다. 용접부의 제 2단계 영역의 피로 균열진전속도는 낮은 ${\Delta}K$ 영역에서 모재에 비하여 저하하였으나 높은 ${\Delta}K$영역에서는 이의 차이가 소멸되었으며 이러한 경향은 R=0.1의 낮은 응력비에서 현저하였다. 이는 용접부의 미시조직이 모재에 비하여 성장하였기 때문이라고 판단된다.

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Analysis of shear lag effect in the negative moment region of steel-concrete composite beams under fatigue load

  • Zhang, Jinquan;Han, Bing;Xie, Huibing;Yan, Wutong;Li, Wangwang;Yu, Jiaping
    • Steel and Composite Structures
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    • v.39 no.4
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    • pp.435-451
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    • 2021
  • Shear lag effect was a significant mechanical behavior of steel-concrete composite beams, and the effective flange width was needed to consider this effect. However, the effective flange width is mostly determined by static load test. The cyclic vehicle loading cases, which is more practical, was not well considered. This paper focuses on the study of shear lag effect of the concrete slab in the negative moment region under fatigue cyclic load. Two specimens of two-span steel-concrete composite beams were tested under fatigue load and static load respectively to compare the differences in the negative moment region. The reinforcement strain in the negative moment region was measured and the stress was also analyzed under different loads. Based on the OpenSees framework, finite element analysis model of steel-concrete composite beam is established, which is used to simulate transverse reinforcement stress distribution as well as the variation trends under fatigue cycles. With the established model, effects of fatigue stress amplitude, flange width to span ratio, concrete slab thickness and shear connector stiffness on the shear lag effect of concrete slab in negative moment area are analyzed, and the effective flange width ratio of concrete slab under different working conditions is calculated. The simulated results of effective flange width are compared with calculated results of the commonly used specifications, and it is found that the methods in the specifications can better estimate the shear lag effect in concrete slab under static load, but the effective flange width in the negative moment zone under fatigue load has a large deviation.

부하토크외란관측기를 이용한 1C-4M 축소형 철도차량장치의 점착력 추정에 의한 Anti-Slip 제어 (Anti-Slip Control by Adhesion Effort Estimation of 1C-4 Minimized Railway Vehicle using Load Torque Disturbance Observer)

  • 전기영;조정민;이승환;오봉환;이훈구;김용주;한경희
    • 전력전자학회논문지
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    • v.8 no.4
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    • pp.366-374
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    • 2003
  • 본 논문에서는 최대 견인력 제어를 위해서 부하 토크 외란 관측기를 이용하여 점착력 계수를 추정하고 추정한 점착력 계수의 미분치를 PI 토크 제어하는 Anti-slip 제어를 제안한다. 부하 토크 외란 관측기는 회전자의 위치 정보와 토크 전류의 정보를 이용하여 부하 외란 토크를 추정하고, 부하 외란 토크에 철도차량 상수를 미용하여 점착력 계수를 추정한다. 또한 부하토크외란 관측기는 구조가 간단하며, 시스템의 외란 및 각종 제어이득. 시스템의 상수 변화에 대해서도 견실한 견인력 제어 특성을 가지고 있다. 이와 같은 제어 알고리즘을 구현하기 위하여 IC4M(1-Controller 4-Motor) 축소형 철도차량시스템을 이용하여 제안된 알고리즘을 시뮬레이션과 실험을 통하여 확인하였다. 또한 실제 철도차량시스템의 경우 선로 표면의 상태 변화 및 차량속도의 가감에 따른 공전속도에 대한 점착력의 관계를 축소형 철도차량시스템으로 구현하여, 실제 철도차랑시스템의 경우와 비교 분석하여 최대 견인력제어가 되도록 하였다.

센서를 이용한 전기장치 측정에 관한 연구 (A Study on electirc equipment measurement using sensors)

  • 한영재;김기환;박춘수;최종선;김정수
    • 센서학회지
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    • v.12 no.4
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    • pp.164-169
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    • 2003
  • 최근에 남북철도나 대륙횡단열차 등에 대한 사업성 타당조사가 이뤄지면서 철도차량에 대한 관심이 높아지고 있다. 타교통수단과 비교하여 철도차량은 환경친화적, 정시성, 신뢰성, 그리고 안전성의 특성이 있다. 우리는 한국형 고속철도차량을 평가하기 위한 하드웨어와 소프트웨어를 제작하였다. 소프트웨어는 측정된 데이터를 분석할 수 있도록 해준다. 이 논문에서는 센서를 사용한 철도차량 전기장치 측정에 관해서 연구하였다. 이 시험을 하기 위해서 신호변환시스템을 개발하였다. 이 계측시스템을 이용해서 가선전압, battery전압, 차축속도 등에 관한 중요한 시험결과를 얻을 수 있었다.

한국형 고속전철의 주행진동 특성에 관한 연구 (A Study on the Dynamic Characteristics on the Test Line for Korean High Speed Train)

  • 김영국;김석원;박찬경
    • 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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    • pp.555-560
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    • 2003
  • Korean High Speed Train(KHST) has been tested on the high speed test line in Osung site of Korea High Speed Rail Construction Authority (KHRC). since it was developed as G7 Project Plan In 2002. This paper introduces the dynamic test devices in KHST and shows the comparison between the results of test and theoretical computing results which derive from the new model for KHST dynamic behavior. Previous computer simulation model for KHST was developed to review wether the vehicle system was satisfied with the dynamic performance requirements during the design procedure. But It should be applied the results of the parts test for suspension elements in order to compare between the results of computation and real test. Using VAMPIRE Program made by AEA Technology in UK. the new model also was modified. This paper shows that the static wheel loads calculated from new model is similar to test results. For test on high speed line, we prepared the test devices for evaluating the dynamic performances. which was consisted of the accelerometers( based on Kisler Co.) and the data aquisition systems (based on National instrument Co.), and test program coded by LabView 6i program. These lest devices and programs are flexible to extension the channels for adding sensors and connect to the ethernet network. The acceleration of car bodies, bogie frames and axle boxes were compared between the results of computation and test at 150km/. This paper shows that the results of test were high in high frequency band range but similar frequency band range. It might be considered that these differences were caused by the test which did not performed at constant speed for comparison analysis. Also. It will be able to understand the differences and make better results through a lot of tests planed in future.

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튜브 트레인 공력특성 해석 (Aerodynamic Characteristics of a Tube Train)

  • 김태경;김규홍;권혁빈
    • 한국철도학회:학술대회논문집
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    • pp.139-150
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    • 2010
  • 최근 한국에서는 세계적인 녹색기술을 맞아 향후 차세대 교통 시스템으로서 튜브 트레인 시스템의 본격적인 연구가 진행되고 있다. 한국 철도기술연구원(KRRI, Korea Railroad Research Institute)에서 튜브 트레인 시스템의 건설을 위한 목적으로 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 기초연구의 일환으로 축대칭하며 긴 형상의 수송체가 가지는 다양한 튜브(터널) 내부의 압력, 막힘비율, 운행속도를 파라미터로 선정하여 전산해석을 수행하였다. 세부사항으로는 동일 형상의 운송체가 동일 운행속도를 가지고 일반적 압력의 개활지(오픈 시스템, 개활지 운행)를 운행할 때와, 다양한 환경(튜브 내 압력, 막힘비율, 운행속도)의 튜브 내부를 운행할 때에 대하여 튜브 트레인의 공력특성 연구를 수행하였다. 이를 통하여 다양한 운행속도-막힘비율 별로 개활지와 동일 에너지 효율 나오는 튜브 내 압력(P-D 관계)을 계산하였고, 막힘비율 증가에 따른 튜브 내 감압 정도(P-${\beta}$ 관계), 다양한 막힘비율-튜브 내 압력 별로 운행속도에 따른 전체 항력 양상(D-V 관계)을 보여 주었다. 그리고 개활지 운행시와 튜브 내부 운행시의 에너지 효율(주행저항)을 비교하였고, 튜브 내부 운행 시 트레인이 갖는 효율과 관계되는 충격파 발생의 임계속도(critical V-B 관계) 및 한계속도(V-P 관계)를 얻을 수 있었다. 이러한 연구의 결과는 튜브 시스템 설계 및 건설에 꼭 필요한 것이며 가이드라인을 제시했다.

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불량률 최소화를 통한 강건 최적화의 확률제한조건 처리 (Solving Probability Constraint in Robust Optimization by Minimizing Percent Defective)

  • 이광기;박찬경;김근연;이권희;한상욱;한승호
    • 대한기계학회논문집A
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    • v.37 no.8
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    • pp.975-981
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    • 2013
  • 강건 최적화 기법은 설계 초기 단계부터 설계변수의 변동이 목적함수에 미치는 효과를 최소화할 수 있는 유일한 방법이다. 강건 최적화의 정식화를 위해서는 분산을 정확히 예측하고 확률제한조건을 정식화하는 것이 가장 중요한 과정이 된다. 분산 및 확률제한조건을 예측하고 정식화하기 위한 방법으로 공정능력지수 및 식스시그마 기법과 같은 여러 가지 방법이 적용되고 있으나, 실제 공정에서 널리 적용되는 불량률을 이용한 확률제한조건 처리 기법에 대한 연구는 아직까지 전무한 상태이다. 본 연구에서는 자동차 로워암의 무게와 최대응력의 평균과 표준편차에 대한 설계영역을 탐색하고, 이후 로워암의 강건 최적화를 수행하였다. 변동을 예측하기 위한 표준편차의 계산은 2 차 테일러 전개를 통해 수치적인 정확도를 기하였다. 강건 최적화는 설계변수의 불연속성을 고려하기 위하여 최적화 과정에서 미분 정보를 적용하지 않은 심플렉스 알고리즘을 적용하였다.

몰드형 건식 계기용 변압기 진동 특성 분석 (Analysis of Vibration Characteristics for a Molded Dry-type Potential Transformer)

  • 김무선;장동욱;김승모
    • 한국산학기술학회논문지
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    • v.18 no.3
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    • pp.209-214
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    • 2017
  • 현재 철도 차량에 쓰이고 있는 대부분의 계기용 변압기는 장치 내부에 절연유가 충진되어 있는 유입식 계기용 변압기 방식으로서, 내구 연한 도래와 더불어 차량 운행 중 내부 압력 상승에 의해 폭발의 위험성이 있다. 이에 대한 해결책으로 절연 수지를 사용하여 방압 기능이 탁월한 몰드형 건식 계기용 변압기 개발이 필요하다. 이에 제품의 국산화가 가능하도록 한국철도기술연구원에서는 몰드형 건식 계기용 변압기를 개발 진행 중에 있다. 그 연구의 일환으로 개발 제품의 진동 특성 분석과 함께, 진동 환경하에서 변압기의 성능 유지 여부를 확인하여야 한다. 이번 연구에서는 철도 차량 부품의 진동 시험 방법 규격인 KS R 9144 및 IEC 61373 에 따라서 개발 제품의 공진시험과 모의 장기 수명 시험을 진행하였다. 고유 진동수는 해석을 통한 모달 분석과 공진 시험을 병행하여 결과를 비교 분석하였으며 규격 조건을 만족함을 확인하였다. 또한 모의 장기 수명 시험 후 성능 시험을 통해 오랜 시간 진동 환경 하에서도 개발 변압기의 기능에 문제가 없음을 확인하였다.

동적영향변수를 통한 자기부상열차용 철도교의 해석적 연구 (Analytical Study of Railroad Bridge for Maglev Propulsion Train with Dynamical Influence Variable)

  • 유이슬;박원찬;임성순
    • 한국산학기술학회논문지
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    • v.19 no.4
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    • pp.532-542
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    • 2018
  • 자기부상열차는 비접촉자기부상과 안내 및 추진 시스템을 이용하므로 안전한 고속주행이 가능할 뿐만 아니라 진동이 적으므로 주행안정성에도 탁월하다. 최근 우리나라도 자기부상열차개발을 국가성장산업으로 지정하면서 자기부상열차의 시범제작과 시범운행을 시도하였으며 이에 대한 연구와 투자가 진행되고 있다. 본 연구는 고속주행으로 발생하는 각 모듈의 동적 응답의 상호관계를 분석하는 것이 연구목적이므로 주행속도, 노면조도, 현가장치의 물성치, 교량거더의 강성비 등 동적효과에 영향을 주는 주요변수들의 변화에 따라 동적응답들의 상호관계를 연구범위로 선택하였다. 따라서 콘크리트 박스거더교를 교량모델로 선택하였고 국내 생산중인 부상열차와 레일형식을 각각 이동열차하중과 가이드웨이 해석모델로 선택하였다. 해석결과 처짐 제한을 2000분의 L로 제시한 단면을 가진 자기부상열차용 교량의 고유진동수는 일반교량에 비해 높다는 것을 알 수 있다. 일반교량구조에서와 같이 자기부상열차용 철도교도 이동속도에 따른 거더의 동적응답은 속도에 비례하여 크게 증가함을 알 수 있다. 설계기준은 이동속도와 관계없이 10%의 충격계수로 동적효과를 나타내므로 설계기준의 값과 적용범위는 검증이 요구된다. 거더의 동적응답은 시속 240km/h에서 극대 값을 가지며 이후 속도증가에 따라 비례하여 증가함을 알 수 있다. 본 연구의 해석결과들은 자기부상열차용 철도교 설계에 적용할 수 있으며 설계기준을 확인하거나 검증할 때 기본 자료를 제공해 줄 수 있다.