반복하중에 의한 콘크리트 궤도 노반의 누적 소성 변위 예측

원상수(Sang-Soo Won),이진욱(Jin-Wook Lee),이성혁(Seong-Hyeok Lee),정영훈(Young-Hoon Jung) 한국철도학회 2014 한국철도학회논문집 Vol.17 No.1

실대형실험을 통한 자갈도상궤도 강화노반두께의 영향 평가

원상수(Sang-Soo Won),이진욱(Jin-Wook Lee),이성혁(Seong-Hyeok Lee) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.5

자갈도상궤도는 철도노반이 도상자갈을 직접 지지하고 있는 구조로서 열차운행 시 빈번한 유지보수가 요구 된다. 도상자갈 하부에 위치한 강화노반은 도상으로부터 받는 하중을 분담하여 상부노반의 연약화를 방지하며 궤도를 견고히 지지하는 역할을 한다. 따라서 자갈도상궤도의 유지보수 비용 절감을 위해서는 적절한 강화노반의 두께가 요구된다. 강화노반의 두께는 궤도의 구조와 노반의 강성에 따라 결정되며, 현재 철도 설계기준 노반편에서 제시하고 있는 자갈도상 궤도의 강화노반 두께는 일반철도의 경우 20㎝, 고속철도는 40㎝ ~ 50㎝을 기준으로 하고 있다. 본 논문에서는 자갈도상궤도에 대한 실대형 실험을 실시하여, 노반의 동적거동을 분석함으로써, 현재 자갈도상궤도 강화노반 두께의 적절성과 향후 열차속도 향상 가능성을 검토하였다. The Ballasted track occupying of KTX step 1 is required to frequent maintenance by train service. Reinforced trackbed support track structure by sharing the load of ballast. Therefore, it is necessary for proper thickness of reinforced trackbed to reduce maintenance costs of ballasted track. Thickness of reinforced trackbed is determined by stiffness of trackbed and structure of track. In this paper, a real-scale test was performed to monitor the dynamic characteristics of ballasted track reinforced trackbed with a thickness of 20㎝(train speed of 200㎞/h), 40㎝(train speed of 400㎞/h) and earth pressure and plastic settlement and elastic settlement were analyzed. And circular soil test was performed to analysis effect of rain in reinforced trackbed. Study results reviewed the effect of reinforced trackbeds thickness and possibility of increasing train speed.

아스팔트 궤도의 국외 시공사례 및 장단점 분석

원상수(Sang-Soo Won),이진욱(Jin-Wook Lee),이성혁(Seong-Hyeok Lee),류태진(Tae-Jin Lyu) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.10

2011 년 국가기간교통망계획 수정 계획 확정 고시에 따르면, X 자형과 ㅁ 자형의 국가 철도망 구축 계획으로 건설 또는 운영 중인 노선을 180km/h~230km/h 로 증속할 방침이며, 간선철도 고속화를 통한 철도기능 효율화를 목표로 하고 있다. 하지만 현재 경부 고속철도 1 단계 구간의 자갈도상 궤도는 고빈도의 유지보수로 인한 많은 비용과 보수작업시간이 요구되며, 경부고속철도 2 단계 구간에 부설되었고 호남고속철도에도 적용예정인 콘크리트 궤도는 초기 건설비용이 많이 소요되는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 현재 한국철도기술연구원에서는 아스팔트 궤도에 대한 연구가 진행중이다. 본 논문에서는 아스팔트 궤도의 국외 시공 사례와 장단점 분석 및 향후 아스팔트 궤도구조의 연구개발 수행 계획에 대해 기술하였다. According to the national transportation network plan modification notice (2011), Construction or operating route is expected to be increased speed. and therefore the goal is increasing effectiveness of main-line railway. Ballast track, the initial construction cost is cheaper but the maintenance cost very consuming. And concrete track that constructed at the KTX Step 2 section and HONAM high-speed railway is initial construction costs and long construction period consuming. Also and maintenance work is difficult. In order to compensate for these problem, asphalt track is being studied at KRRI. Before that, overseas construction case of asphalt track and research on benefit and disadvantages were examined. And this paper describes the research and development trend in the asphalt track of the future.

열차 반복하중에 의한 철도 노반의 소성침하량 예측

원상수(Sang-Soo Won),정영훈(Young-Hoon Jung),이진욱(Jin-Wook Lee),이성혁(Seong-Hyeok Lee) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5

반복하중에 의한 노반의 변형은 회복변형과 영구변형으로 나눌 수 있으며, 그 중 영구변형은 회복이 불가능한 소성변형을 뜻한다. 노반의 주된 소성변형 거동은 연직방향의 침하로서 과다 발생시 궤도 구조체의 안정성과 유지보수에 영향을 준다. 따라서 반복적인 열차하중에 의한 소성침하 거동의 예측과 검토가 필요하다. 본 논문에서는 콘크리트 궤도를 대상으로 실대형실험을 수행하여 반복재하에 따른 누적 침하량을 측정하였고, 노반 재료의 반복삼축압축실험 결과와 비교, 분석을 통해 소성 변형률 예측식인 지수 함수모델에 필요한 변수를 산정하였다. 이를 기존의 누적 소성 예측 모델과 비교하여 타당성을 검토한 후, 유한요소해석에 적용하여 표준 성토 단면에 대한 3차원 해석을 실시하였고 반복하중에 의한 노반의 장기적인 누적 소성 침하 거동을 예측하였다. Deformation of roadbed under the cyclic loading can be divided into recoverable and permanent or plastic deformation. The primary plastic deformation behavior of roadbed causing excessive axial settlements affects the stability and maintenance of the track structure. Therefore, it is necessary to predict plastic settlement behavior by cyclic train loading. Herein, full-scale test for the concrete slab track was carried out. The parameters of the power model for permanent plastic deformation were determined. Validity of parameters was confirmed by comparing with the existing models. Three-dimensional finite element analysis using cumulative plastic model for standard roadbed section was conducted.

열차속도 대역별 강화노반 두께 기준(안) 검토

이성혁(Seong-Hyeok Lee),이진욱(Jin-Wook Lee),원상수(Sang-Soo Won) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.5

국내 철도에서의 강화노반 두께는 열차설계속도, 도상조건 등을 고려하여 일반철도와 고속철도, 자갈궤도와 콘크리트 궤도로 구분하여 설계하고 있다. 이는 성능중심의 설계가 아닌 사양중심의 설계로서 열차의 설계속도와 통과톤수 등을 고려하는 최적의 강화노반 두께를 제시하지 못함으로 인해, 궤도건설 시 건설비용이 과다 소요되는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 경부고속철도 2단계 구간에 시공된 콘크리트 궤도단면을 조성하여 열차속도 대역별 실대형 실험을 실시하였다. 열차속도에 대응하는 충격계수, 주파수 및 열차 축중을 고려한 반복하중을 재하하여 궤도구조의 침하 및 토압을 측정하였으며, 이에 따른 노반의 거동 및 안정성을 분석하여 열차속도 대역별 강화노반 두께 기준(안)을 검토하였다. The design standard for the thickness of reinforced trackbed is divided into high-speed and conventional railroad, ballasted track and concrete track. And current design standard does not consider train speed and passing tonnage. For this reason, excessive construction costs are required. To solve these problems, in this study, a real-scale test was performed to monitor the dynamic characteristics and stability of concrete track(Rheda 2000, KTX step 2) reinforced trackbed with a thickness of 20㎝(train speed of 200㎞/h, 300㎞/h, 400㎞/h), 30㎝(train speed of 200㎞/h, 300㎞/h, 400㎞/h), 40㎝(train speed of 400㎞/h). And earth pressure and plastic settlement and elastic settlement were analyzed. Study results reviewed the effect of reinforced trackbed thickness and possibility of increasing train speed and reinforced trackbed thickness standard(suggestion).

콘크리트궤도 선로처짐 개소의 유지관리 방안 및 문제점

김병호(Byeong-Ho Kim),조동국(Dong-Kook Cho),김장수(Jang-Soo Kim),이창훈(Chang-Hoon Lee),김길수(Gil-Soo Kim),원상수(Sang-Soo Won) 한국철도학회 2015 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2015 No.5

실대형 재하시험을 통한 슬래브궤도 노반의 연직토압 평가

이태희(Tae-Hee Lee),이진욱(JIn-Wook Lee),원상수(Sang-Soo Won),이성혁(Seong-Hyeok Lee) 한국철도학회 2011 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2011 No.10

Recently concrete slab track is mostly used to satisfy requirements for safety of high-speed train operation and economical efficiency of maintenance. Due to structural characteristics of ballast track structures roadbeds under the ballast experience a state of high stress. In case of slab track structures however its roadbeds place on a condition of low stress less than roadbeds of ballast track structures as increasing of the loading area. In this study vertical earth pressure under slab track structures was investigated through real-scale loading tests and theoretical analysis to compare with each other.

실대형실험에 의한 아스팔트 직결궤도의 토압 특성

이성혁(Seong-Hyeok Lee),이진욱(Jin-Wook Lee),류태진(Tae-Jin Lyu),원상수(Sang-Soo Won) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.11

아스팔트 직결궤도는 노반 표층의 평탄성 확보가 쉽고 시공성이 우수하며 탈선과 지반침하 등의 문제 발생 시 유지보수가 쉬운 장점이 있다. 독일의 경우 아스팔트 직결궤도 부설 이후 20년간 유지보수 사례가 없으며, 콘크리트 궤도와 비교하여 우수한 소음 저감 효과가 있는 것으로 보고하고 있다. 이러한 아스팔트 직결궤도는 침목 또는 콘크리트 슬래브로부터 전달되는 열차하중을 아스팔트 노반이 직접 지지하는 구조로서 아스팔트 혼합물층 두께에 따라 노상에 작용하는 응력수준에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 따라서 본 논문에서는 실제 열차하중 및 현장 조건과 유사하게 재현이 가능한 실대형실험을 통해 아스팔트 두께별 정, 동적 하중 재하 시 작용하는 토압 등을 측정하였다. 이를 통해 아스팔트 두께별 노반의 응력변화를 비교하였으며, 경험식에서 제시하는 노반 허용응력값에 대한 만족여부를 검토하였다. Asphalt directly fastened track has various advantages such as easy secure of surface smoothness, rapid construction, and simple maintenance when derailment and ground settlement occur. In Germany, there has been no maintenance applied to the Asphalt directly fastened track for twenty years after construction, and it has also been reported that the Asphalt directly fastened track, compared with concrete slab track, is effective for noise reduction. Asphalt directly fastened track is a structure in which the Asphalt roadbed directly supports train load transferred from sleeper or concrete slab. The stress level acting on the roadbed in the structure may be affected by the thickness of Asphalt mixture layer. Therefore, in this study earth pressures were measured through a full-scale test under static and dynamic loads, simulating the actual train load and field conditions, by varying the thickness of Asphalt mixture layer. In the experimental study, the stress level measured on the roadbed depending on the Asphalt layer thickness was compared and evaluated whether it satisfies the empirical allowable stress level.

정 · 동적 열차하중 재하 시 유도상 아스팔트 노반의 거동 특성

류태진(Tae Jin Lyu),이진욱(Jin Wook Lee),이성혁(Seong Hyeok Lee),박경수(Kyung Su Park),원상수(Sang Soo Won) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5

유도상 궤도는 건설비가 저렴하고 보수가 비교적 쉬운 구조이지만 지속적인 유지 보수를 전제로 하는 궤도구조이므로 저출산 · 고령화 사회에 따른 유지보수 시간 및 기술인력의 부족 문제를 해결하기 위해서는 궤도구조의 생력화가 요구되고 있다. 이러한 궤도의 유지보수 노력 및 비용 절감을 위해서는 유럽 및 일본 등에서 널리 시행되고 있는 유도상 아스팔트 노반의 도입이 요구된다. 유도상 아스팔트 노반은 강화노반층 상부에 아스팔트층을 설치하여 빗물의 노반 침투를 방지하고 열차하중을 분산시켜 분니발생 및 도상자갈의 관입을 최소화함으로써 유지보수를 절감할 수 있는 구조이다. 본 논문에서는 실물크기의 유도상 아스팔트 노반을 조성하여 정 · 동적 열차하중 재하 실험을 수행하여 기존의 유도상 궤도와 비교 · 검토하였다. 토압, 탄성 및 소성변위 결과를 분석함으로써 유도상 아스팔트 노반의 철도노반으로의 적용 가능성을 확인하였다. Ballasted track is inexpensive of construction costs and easy of maintenance relatively but premise that ongoing maintenance, thus it is required laborsaving of track in order to solve the problem of shortage technical personnel due to the low fertility and aging society. The introduction of asphalt roadbed which is widely applied to in Europe and Japan is require in order to reduce maintenance and cost of these track. Ballasted Asphalt roadbed, installed on the upper of reinforced roadbed, is a structure which can reduce the maintenance by minimizing of mud-pumping occurrence and ballast penetration as prevented roadbed infiltration of rainwater and distributed by the train load. In this paper, we was created ballasted asphalt roadbed of real scale and performed static and dynamic train loading experiments and then we was compare and review with conventional ballasted track. We confirmed to applicability of ballasted asphalt roadbed at the railway roadbed by earth pressure, elastic and plastic displacement analysis of the results.

유도상 아스팔트 노반의 최적두께 및 설계수명 산정 연구

박경수(KyungSu Park),이성혁(Seong Hyeok Lee),이진욱(Jin Wook Lee),류태진(Tae Jin Lyu),원상수(Sang Soo Won) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5

유도상 아스팔트 노반은 빗물의 침투방지 효과로 인한 노반부의 강도저하와 연약화방지 효과, 열차하중의 분산으로 인한 노반 두께 감소 효과, 노반 분니 방지 및 동상방지에 의한 유지보수비 절감 효과를 얻을 수 있다. 이와 같은 장점들로 인하여 강화노반과 자갈도상 사이에 아스팔트 층을 부설하는 유도상 아스팔트 노반은 이탈리아, 일본 등에서 설계기준에 명시되어 널리 적용되고 있다. 따라서 국내에서도 유도상 아스팔트 노반 도입이 필요하다. 본격적인 도입에 앞서 다양한 실내외 실험 및 해석적 연구가 필요하므로 본 연구에서는 궤도해석 프로그램인 GEOTRACK과 KENTRACK 프로그램을 이용하여 고속철도 강화노반 설계 조건에 부합하는 아스팔트 노반과 강화노반의 최적두께를 산정하고 최적두께에서의 응력상태 및 설계수명을 비교 분석하였다. Ballasted asphalt roadbed can be beneficial in reducing maintenance cost from various effects such as (i) prevention of both strength reduction and weakening in roadbed system due to the effect of preventing rainwater penetration; (ii) decreasing the thickness of roadbed by dispersing a train load; (iii) prevention of roadbed mud-pumping and frostbite. Due to these beneficial effects, the ballasted asphalt roadbed, which is layered between reinforced and ballasted roadbeds, has been widely applied in design standards of Italy and Japan. In light of this trend, the domestic railway industry is also considering the introduction of the ballasted asphalt roadbed system in practice. Prior to the introduction of this asphalt system, various laboratory and field experiments as well as analytical studies are required. In this study, the optimum thickness of asphalt and reinforced roadbeds, corresponding to the design standards for reinforced roadbed of high-speed railway, was estimated. The stress state in the optimum thickness and its design life were also compared and analyzed.