풍압을 받는 철도 차량 전복 안전에 관한 이론 해석

Theoretical Analysis on Turnover Safety of Train Affected by Wind Pressure

철도 차량은 자연 횡풍 뿐만 아니라 두 열차의 교행으로 인한 교행 풍압도 동시에 받는 경우가 종종 발생하며, 이러한 풍압에 의하여 철도 차량의 주행 안전성이 저해될 뿐만아니라 전복의 원인이 되기도 한다. 또한, 해외에서는 순간적인 돌풍에 의하여 철도 차량이 전복되는 사고 사례가 보고되기도 하여 이를 뒷받침하고 있다. 따라서, 대부분의 국가에서는 풍속에 대한 차량 운전 규제를 통하여 안전성을 확보하고 있다. 본 연구에서는 우리나라 국토해양부의 철도 차량 안전 기준에 관한 규정에서 정한 차량 전복 안전 기준에서의 전복 한계 기준과 차체-대차 다물체 모델로 가정하여 전복 한계에 대한 식을 유도하였으며, 두 해석 기준을 비교하였다. 후자에서는 대차 및 차체를 별도의 자유도를 가진 것으로 간주하여 각각의 중심, 중량 및 횡가속도를 변수로 추가 고려하였다. 향후에는 시험값과의 비교를 통하여 두 해석법간의 차이를 분석 검토할 필요가 있다. 다물체 해석법은 선로 중심 간격 설정시, 차량 중행 안전성 검토에 사용되어 온 전산 해석의 해석 기준인 탈선 계수, 횡압 및 윤중 감소율을 전복 안전율로 대체 평가할 수 있음을 보여준다.

Rolling stocks are often subjected to the effects of natural cross wind or train wind pressure due to the crossing train. These wind pressure cause the falling-off in running stability and turnover problem. It is sometimes reported that trains are blown over by a gust of wind in overseas. So, many countries enact regulations to secure the safety for wind speed. In this study, we analyzed the difference between the regulation for turnover safety of train which was enacted by Ministry of Land. Transport and Maritime Affairs and that based on the multi-body model. In case of multi-body model, it is assumed that the degrees of freedom for carbody and bogie are assigned an independent values respectively. The results show that the latter approach based on multi-body model can access the safety of turnover and replace the computational method which is accessing with lateral force, derailment coefficient and decrement of wheel load.