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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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최근 국내에서는 철도 수송량의 증가와 고속화로 인하여 궤도의 내구성을
확보하기 위한 연구가 진행 중에 있다. 아스팔트 노반은 강화노반층 상부에
설치되어 빗물의 노반 침투를 방지하고 열차하중을 분산시켜 분니발생 및 도
상자갈의 관입을 최소화함으로써 유지보수를 절감할 수 있는 장점을 가진 구
조이다. 이탈리아, 일본 등 국외에서는 유도상 궤도의 지지강성을 증가하기 위
해 쇄석노반 상부에 아스팔트 노반을 설치하는 것을 기준에 명시하고 있지만
국내에서는 설계기준이 정비되어있지 않다. 유도상용 아스팔트 노반의 설계는
일본의 경우 강화노반 상면에서의 탄성침하를, 미국은 노반상면의 허용압력을
기준으로 하고 있다.
본 연구에서는 미국의 설계에 이용되고 있는 GEOTRACK과 유한요소해석프
로그램인 ABAQUS를 이용한 수치해석을 통해 유도상 아스팔트 노반의 역학적
특성분석을 수행하였다. 해석단면을 선정하여 각 단면의 침하량, 수직응력, 인
장변형률, 설계수명을 비교 ? 검토하여 수치해석을 수행하였다. 아스팔트의 재
료특성으로는 일본의 철도구조물등설계표준동해설에서 제시한 계절별 탄성계
수를 적용하였고, 계절별 온도는 기상청 통계자료(2012)의 우리나라 계절별 평
균기온을 적용하였다. 유도상 아스팔트 노반을 대상으로 수치해석 결과, 아스
팔트 노반 적용 시 기존 강화노반 40cm 단면과 비교하여 낮은 수준의 연직응
력을 보였으며, 이를 통해 강화노반 두께의 감소가 가능할 것으로 판단되었다.
또한 다양한 해석 단면의 분석을 통해 아스팔트 노반 5cm, 강화노반 20cm 단
면을 설계수명 기준 50년 이상을 만족하는 최적 단면으로 결정하였다.
이러한 역학적 특성 분석을 통해 유도상 아스팔트 노반의 적용 가능성을 확
인하였고, 역학적 수치해석과 함께 LCC(Life Cycle Cost)분석을 수행하여 경제
적 측면도 고려하였다. LCC분석조건으로 층별 물성치 및 두께는 역학적 특성
을 고려한 아스팔트 노반의 수치해석과 동일하게 적용하였으며, 대표단면을
사다리꼴로 모식화하여 수량산출 및 초기공사비 산출을 하였다. LCC분석은
설계단계 LCC분석, 유지관리단계 LCC분석, 두 단계로 나누어 수행하였으며
아스팔트 노반 5cm, 강화노반 20cm의 경우가 강화노반 40cm 단면과 비교하
여 총생애주기비용(LCC)이 낮은 것으로 분석되었다.
본 연구를 통하여 고속철도에 적용되는 일반적인 유도상 강화노반에 아스팔
트 노반을 강화노반 상부에 추가하였을 시, 적정한 노반두께를 산정한다면 역
학적 ? 경제적으로 더욱 안정되고 유리한 고속철도의 노반을 확보할 수 있음
을 확인하였다.
확보하기 위한 연구가 진행 중에 있다. 아스팔트 노반은 강화노반층 상부에
설치되어 빗물의 노반 침투를 방지하고 열차하중을 분산시켜 분니발생 및 도
상자갈의 관입을 최소화함으로써 유지보수를 절감할 수 있는 장점을 가진 구
조이다. 이탈리아, 일본 등 국외에서는 유도상 궤도의 지지강성을 증가하기 위
해 쇄석노반 상부에 아스팔트 노반을 설치하는 것을 기준에 명시하고 있지만
국내에서는 설계기준이 정비되어있지 않다. 유도상용 아스팔트 노반의 설계는
일본의 경우 강화노반 상면에서의 탄성침하를, 미국은 노반상면의 허용압력을
기준으로 하고 있다.
본 연구에서는 미국의 설계에 이용되고 있는 GEOTRACK과 유한요소해석프
로그램인 ABAQUS를 이용한 수치해석을 통해 유도상 아스팔트 노반의 역학적
특성분석을 수행하였다. 해석단면을 선정하여 각 단면의 침하량, 수직응력, 인
장변형률, 설계수명을 비교 ? 검토하여 수치해석을 수행하였다. 아스팔트의 재
료특성으로는 일본의 철도구조물등설계표준동해설에서 제시한 계절별 탄성계
수를 적용하였고, 계절별 온도는 기상청 통계자료(2012)의 우리나라 계절별 평
균기온을 적용하였다. 유도상 아스팔트 노반을 대상으로 수치해석 결과, 아스
팔트 노반 적용 시 기존 강화노반 40cm 단면과 비교하여 낮은 수준의 연직응
력을 보였으며, 이를 통해 강화노반 두께의 감소가 가능할 것으로 판단되었다.
또한 다양한 해석 단면의 분석을 통해 아스팔트 노반 5cm, 강화노반 20cm 단
면을 설계수명 기준 50년 이상을 만족하는 최적 단면으로 결정하였다.
이러한 역학적 특성 분석을 통해 유도상 아스팔트 노반의 적용 가능성을 확
인하였고, 역학적 수치해석과 함께 LCC(Life Cycle Cost)분석을 수행하여 경제
적 측면도 고려하였다. LCC분석조건으로 층별 물성치 및 두께는 역학적 특성
을 고려한 아스팔트 노반의 수치해석과 동일하게 적용하였으며, 대표단면을
사다리꼴로 모식화하여 수량산출 및 초기공사비 산출을 하였다. LCC분석은
설계단계 LCC분석, 유지관리단계 LCC분석, 두 단계로 나누어 수행하였으며
아스팔트 노반 5cm, 강화노반 20cm의 경우가 강화노반 40cm 단면과 비교하
여 총생애주기비용(LCC)이 낮은 것으로 분석되었다.
본 연구를 통하여 고속철도에 적용되는 일반적인 유도상 강화노반에 아스팔
트 노반을 강화노반 상부에 추가하였을 시, 적정한 노반두께를 산정한다면 역
학적 ? 경제적으로 더욱 안정되고 유리한 고속철도의 노반을 확보할 수 있음
을 확인하였다.
목차
요약 ⅰ표목차 ⅲ그림목차 ⅴ기호설명 ⅶI. 서 론 11. 연구배경 및 필요성 12. 연구내용 및 방법 33. 연구목적 44. 종래의 연구동향 4II. 이론적 배경 81. 유도상 아스팔트 노반 82. 국내외 유도상 강화노반 및 아스팔트 노반관련 설계기준 123. 국내외 아스팔트 노반 시공사례 28III. 역학적 특성에 의한 아스팔트 노반 두께 산정 341. 다층탄성해석을 통한 아스팔트 노반 특성 분석 342. 3차원 유한요소해석을 이용한 아스팔트 노반의 설계수명 산정 40IV. 시공성 및 경제성을 고려한 아스팔트 노반두께 산정 591. 개요 592. LCC 분석기법 603. 수량산출 624. 초기공사비 산출 655. LCC 분석가정 666. LCC 분석 677. LCC 분석결과 71V. 결론 72참고문헌 74영문초록(Abstract) 78감사의 글
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