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기계 / 자동차/ 건설

번호 : 1158	작성자 : master	작성일 : 2012-01-31	조회수 : 3868
제목 : 일본 철도 종합 기술연구소, 무거운 하중에 대응한 건널목의 새로운 설계 방법을 개발
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철도 컨테이너 야드의 아스팔트 포장 설계는 이론적으로 대형 하역 기계의 무거운 하중에 대응한 설계를 실시하고 있다. 그러나 철도 컨테이너 야드에 있는 기차와 하역 기계가 횡단하는 본선에 있는 건널목의 노반은 하역 기계 하중보다 작은 열차 하중으로 설계 되어 설계치 보다 큰 하중이 작용하는 경우에는 노반 변형으로 인한 밸러스트 궤도 표면의 아스팔트 혼합물층 파괴가 문제가 될 수 있다. 이번에 일본 철도 종합 기술연구소에서는 무거운 하중에 대응한 건널목의 새로운 설계 방법을 개발하고 재하 시험에서 건널목의 변형 특성을 평가하고 그 결과를 바탕으로 유한 요소 해석을 적용한 새로운 설계 방법을 제안하였다. 철도 컨테이너 야드는 최근 컨테이너의 대형화에 따라 바퀴 하중이 큰 하역 기계가 도입되어 있고 컨테이너 야드 포장 구조 설계에서는 다층 탄성 해석에 의한 이론적인 설계 방법을 이용하여 대형 하역 기계 무게 하중에 대응하는 설계를 실시하고 있다. 철도 컨테이너 야드에 있는 하역 기계가 횡단하는 건널목은 하역 기계 하중이 작용하는 경우 열차의 하중이 작용하는 경우가 있지만, 그 노반에 대해는 현재의 디자인은 열차 하중의 영향만을 고려하고 있다. 하역 기계가 횡단하는 건널목의 노반의 설계에서 12ft 지게차 하중이 41.2kN이며, 도로 포장 설계 하중( 49kN3)과 같기 때문에 노반의 설계에서 고려해야 할 하중이 일반 도로의 건널목과 대체로 동일하다. 이 때문에 기존의 아스팔트 혼합물 층은 도로 포장에 따라 설계를 해왔지만 특히 교통량이 많거나 노반이 연약한 경우를 제외하고 일반적으로 문제가 되지 않았다. 그러나 최근 컨테이너의 대형화에 따른 대형 하역 기계의 무거운 하중이 작용하는 횟수가 증가하고 노반의 변형으로 인한 피복 부의 파괴가 문제가 되는 경우가 있다. 한편, 콘크리트 건널목의 경우 이러한 구조는 비용이 높고 노반의 변형이 생긴 경우 보수비용이 크다는 문제가 대형 하역 기계에 대응한 적절한 설계 지표의 도입을 결정하지 못하는 경우가 있었다. 이러한 배경에서 이번에 컨테이너 야드의 하역 기계가 횡단하는 건널목을 대상으로 대형 하역 기계의 짐을 무게에 대응한 적절한 구조를 명시할 수 있는 도로 포장을 기본 한 합리적인 설계 방법의 개발을 실시했다. 아스팔트 건널목의 경우는 아스팔트 혼합물은 주행 속도가 느려지며 발생하는 왜곡이 증가하기 때문에 아스팔트 기본값 혼합물 층의 피로 수명을 단축시킬 우려된다. 특히 아스팔트 건널목의 디자인은 건널목 횡단시 저속 주행이기 때문에 변형을 정밀하게 요구 아스팔트 혼합물 층의 속도 의존성을 고려할 필요가 있다. 그래서 이 연구의 아스팔트 건널목에서는 아스팔트 혼화합물 층의 속도 의존성을 고려한 설계 방법을 개발했다. 한편, 콘크리트 건널목은 주로 하중 까다로운 곳에 적용하기 때문에 중하중 작용시 문제가 쉬운 노반에 대한 설계 지표를 결정하기로 했다. 이번 연구에서는 건널목에 사용되는 아스팔트 건널목 및 콘크리트 건널목의 변형 특성에 대한 전장 재하 시험건, 유한 요소 해석 (정적 선형 탄성 해석 및 점탄성 해석분석) 및 다층 탄성 해석에 의해 검토를 하고 변형 특성을 정량적으로 검토하여 설계에 이용하는 분석 방법 및 매개 변수 다른 설정을 하였다. 이러한 검토를 바탕으로 아스팔트 건널목은 Asphalt Institute (AI)의 파괴 표준식을 적용하고 아스팔트 혼합물 층의 기층 아래쪽의 변형 및 노상 표면의 압축 변형에서 피로 수명을 계산했다. 구성 클리트 건널목은 전장 재하 시험 및 유한 요소 분석 결과를 바탕으로 무게 하중 작용시 노반의 구조에 대해 검토했다. 또한, 콘크리트 판 자체의 설정 계는 별도 실시하였다. 출처:한국과학기술정보연구원 원본출처: jstage.jst.go.jp