온도응력을 고려한 급속경화궤도의 거동 및 적용성 분석

국문 초록 (Abstract)

급속경화궤도는 유지보수가 빈번하게 요구되는 자갈궤도에 모르타르를 충진하여 콘크리트 궤도화 하는 공법으로 자갈궤도의 유지보수비 절감 및 강도 증진을 위해 개발된 자갈궤도 개량 공법이다. 급속경화궤도는 열차차단시간 내(3~4시간)에 급속경화모르터를 자갈에 충진 하는 방식으로 시공되며, 시공성 측면에서 열차운행시간에 영향을 주지 않고 자갈궤도를 개량할 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만 급속경화궤도는 무근 콘크리트 구조물이므로 열차하중 및 온도하중에 의해 발생하는 인장응력에 취약하며, 허용인장응력을 필히 고려해야 한다. 현재 급속경화궤도의 구조적 특이성 및 온도 변화를 반영한 연구는 부족한 실정이므로, 온도변화를 고려한 급속경화궤도의 허용응력 및 적용성에 관한 연구가 필요하다. 급속경화궤도의 시공구간은 토공구간과 교량구간으로 구분할 수 있다.

본 연구에서는 토공구간과 교량구간에서 시공되는 급속경화궤도의 허용인장응력 및 적용성을 분석하기 위하여 온도변화에 의해 발생하는 슬래브 및 레일의 온도응력에 대한 유한요소해석을 실시하였다. 토공구간의 급속경화궤도는 슬래브-지반사이에 마찰력에 따라 발생하는 온도응력의 경향을 분석하였으며, 교량구간의 급속경화궤도는 슬래브-교량사이에 구속량, 마찰계수, 슬래브의 길이를 매개변수로 설정하여 이에 따른 온도응력 및 레일부가 응력의 경향을 분석하였다.

해석 결과, 토공구간 급속경화궤도는 Curl up현상에서 종방향으로 최대인장응력이 발생하며, 마찰력이 증가할수록 온도응력은 증가하는 경향을 나타낸다. 토공구간에 시공되는 급속경화궤도의 허용응력 검토 결과, 토공구간 급속경화궤도는 급속경화궤도 시공과정에서 설치되는 부직포의 마찰특성에 따라 적용이 가능한 것으로 분석되었다. 교량구간에 시공되는 급속경화궤도 해석결과, 교량구간에 시공되는 급속경화궤도는 슬래브 및 레일에 대한 추가적인 보강방안 적용이 요구되는 것으로 분석되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The fast hardening track(FHT) is developed to reduce maintenance cost and to increase strength of ballasted track. The ballasted track is reinforced by pouring mortar in the ballast. The allowable tensile stress of the FHT must be considered because the concrete slab of the FHT is plain concrete slab. The allowable tensile stress of the plain concrete slab is the fatigue strength because the concrete slab is loaded by a repetitive load that is the train load and the temperature variation. At present, the research of thermal stress considering the structural specificity of the FHT is needed to design of the FHT. In this study, the behavior of the FHT slab and rail is analyzed using FEM to analyze applicability of the FHT constructed on earthwork and bridge section. The FHT parameters on earthwork section is friction force. The FHT parameters on bridge section is included constraining amount, friction coefficient and slab length. From the results, the FHT on earthwork section is applicable depending on the friction characteristics of non-woven fabrics used for the FHT construction. The FHT on bridge section needs additional reinforcement in the slab and rail to be applicable.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 목차 ⅰ
• 그림목차 ⅱ
• 표목차 ⅳ
• 국문요약 ⅴ
• 제 1장 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 동향 2
• 1.3 논문 구성 3
• 제 2장 급속경화궤도 허용응력 4
• 2.1 급속경화궤도 4
• 2.2 급속경화궤도 허용응력 기준 4
• 2.3 급속경화궤도 온도응력 6
• 제 3장 토공구간 급속경화궤도 거동 분석 8
• 3.1 개요 8
• 3.2 수치해석 모델링 9
• 3.3 매개변수 해석결과 13
• 3.4 토공구간 급속경화궤도 허용응력 검토 16
• 제 4장 교량상 급속경화궤도 거동 분석 19
• 4.1 개요 19
• 4.2 수치해석 모델링 20
• 4.3 매개변수 해석결과 24
• 4.3.1 슬래브의 인장응력 해석결과 및 분석 24
• 4.3.2 레일의 부가응력 해석결과 및 분석 27
• 4.4 교량상 급속경화궤도 허용응력 검토 30
• 제 5장 결론 33
• 참고문헌 35
• Abstract 37