레일매립형 궤도시스템(ERS)의 적정단면 선정기법에 관한 연구 :Study on the method for selecting optimal cross-section of Embedded Rail System(ERS)

황만호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 황만호 (충남대학교, 忠南大學校大學院)

지도교수: 임남형

발행연도: 2016

저작권: 충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2016

레일매립형 궤도시스템(ERS)의 적정단면 선정기법에 관한 연구

황만호 토목공학과 2016.01 학위논문

2014

레일매립형 궤도시스템(ERS, Embedded Rail System)의 최적단면 도출을 위한 실험적 연구

황만호 , 윤경민 , 김순철 외 2명 한국철도학회 학술발표대회논문집 2014.05 학술대회자료

레일 매립형 궤도시스템(ERS, Embedded Rail System)의 최적단면에 관한 연구

황만호 , 윤경민 , 김순철 외 1명 한국산학기술학회 논문지 2014.04 학술저널

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현재 운영 중인 대다수 철도는 레일체결장치를 사용하는 불연속지지 궤도시스템 형태이나, 유럽 일부 국가에서는 1970년대부터 연속지지 형태인 레일 매립형 궤도시스템(ERS)을 개발하여 사용해오고 있다. 주로 노면전차(Tram)와 같은 경량 축중 노선 또는 운행속도가 저속인 산업용 크레인운행노선에 적용되었으나, 최근에는 고속으로 운행하는 일반철도에까지 확대 적용하려는 추세이며 우리나라에서는 중부내륙 화물기지 유치선에 포장궤도 형태인 레일 매립형 궤도시스템(ERS)이 2011년에 최초로 부설되었다. 생애주기 비용의 획기적인 감소 등 기존 콘크리트 궤도시스템과의 차별화된 우수성이 부각되면서 노면 전철을 계획하는 지자체의 관심이 고조되고 있다.
본 논문에서는 우리나라의 고속선로에 미 시공된 레일 매립형 궤도시스템의 적용 가능성을 확대시키기 위해 구성재료의 단품 및 조립체 성능시험을 실시하였다. 구성재료의 물성치와 기능 및 역할 그리고 거동 특성을 분석하여 유한요소해석모델을 개발하였다. 개발된 해석모델을 적용하여 레일 매립형 궤도시스템의 단면 형상에 따른 거동특성을 분석한 후 적정단면 선정을 위한 기법을 개발하고 프로세스를 정립하였다. 또한 재료절감 등의 목적으로 설치하는 매립재 내 공동부(void)의 형상과 규모 결정을 위한위상최적화 해석을 수행하여 고속으로 운행하는 일반철도에 적용될 수 있는 경제적인 설계단면을 제안하였다.

Most of the railroads that are currently in operation are in the form of an intermittently supported track system joined by a rail fastening, more recently some countries in Europe have developed and used the ERS (embedded rail system) which is constantly being supported since the 1970s. This has been mostly applied to light axle weight lines, like street car(tram) and low speed industrial crane operation lines. However the current research for expanding it to the general express railroad is being accelerated. In Korea, the first of its kind was installed at the Jungbu inland container depot(2011) in the form of ERS, which is highlighted for its special feature differentiated from the existing concrete track system, for example, the innovatively reduced LCC(Life Cycle Cost). There is a growing tendency to adapt it onto the light rail transit of local governments (urban railway) who are now planning the electrification of street car.
In this study, the assembly performance test was developed to analyze the structural principle and the material properties, the function, and role of the component, adapting the test result to developing the analytical model. Ultimately this is in order to raise the applicability of the ERS that has never been tested on the Korean express railways. On the basis of the developed analytical model, the behavior characteristics of the ERS were analyzed to develop a method adequate for selecting the optimum section and establishing the relevant process. In addition, the proposed process was applied for the topology optimization analysis to determine the shape and size of the voids in the fill-materials installed for saving ERS track construction materials, conclusively in order to propose the economical design section that meets the criteria.
This study has confirmed that the ERS is applicable to the general express railroad in Korea, and it was concluded that the laboratory test results and the subsequent adequate section selection and method could be useful for a new track design on the basis of the ERS.

제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구 동향 4
1.2.1 콘크리트 궤도시스템 4
1.2.2 레일 매립형 궤도시스템 6
1.3 연구내용 및 범위 11
1.4 궤도의 해석이론과 강성 12
1.4.1 개 요 12
1.4.2 궤도의 이상적인 수직강성과 변위 19
1.4.3 궤도의 정적 및 동적강성 24
제 2 장 ERS 구조해석 모델 개발 29
2.1 개 요 29
2.2 ERS 성능시험 31
2.2.1 시험진행 개요 31
2.2.2 조립 시험체 구조개요 32
2.2.3 수직강성 시험 40
2.2.4 종방향 강성시험 45
2.2.5 피로시험 51
2.2.6 상방향 저항력 시험(인발저항) 54
2.2.7 진동특성(고유진동수) 58
2.2.8 성능 비교 61
2.3 유한요소해석 모델 63
2.3.1 개 요 63
2.3.2 해석모델 63
2.3.3 하중 및 경계 조건 65
2.3.4 재료 물성치 68
2.4 해석모델 검증 69
2.4.1 검증 방법 69
2.4.2 검증 결과 71
제 3 장 ERS 적정단면 선정 기법 74
3.1 개 요 74
3.2 해석조건 74
3.3 특성길이 도출 75
3.4 적정단면 선정기법 77
3.4.1 개 요 77
3.4.2 외측 매립재에 대한 영향 78
3.4.3 내측 매립재에 대한 영향 82
3.4.4 외측 경사하중을 고려한 해석 88
3.4.5 위상 최적화 해석 91
제 4 장 결론 및 향후 연구방향 95
4.1 결 론 95
4.2 향후 연구방향 97
부 록 98
부록 1 국외(독일) 시험에 따른 하중-변위 시험결과 98
부록 2 각종 레일 매립형 궤도시스템 표준단면 102
부록 3 시스템별 정적 수직강성 및 레일침하량 104
참 고 문 헌 105
ABSTRACT 109
감사의 글 113

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