The Analysis and Field Measurement of Longitudinal Track Forces for Long Railroad Bridges

교량상 궤도축력의 해석 및 실측결과 비교

The design of railroad bridges differs from road bridges because of the interface between track structure and bridge structure. The track generally consists of Continuous Welded Rail(CWR) which is fixed by fasteners to the sleepers embedded in the ballast. The ballast provides the interface between the track structure and the bridge structure. Large longitudinal forces can develop from the temperature variation in rail and bridge structure. These longitudinal forces are specially important for long bridges because the bridge layout for span length, pier dimensions and arrangement and type of bearings can be governed by these forces. This report provides a comparison of longitudinal track forces determined by analysis and actual measured track forces. In recent practice the longitudinal track force for European railways is analyzed using a finite element analysis method. This method is very time-consuming and requires the detail design of the bridge to be complete. Redesign is required if the design criteria for longitudinal track forces are not satisfied. There is a need to develop a simple analysis method considering the large number of bridge structures and a relatively short design time on the Korean High Speed Rail Project. The analysis results presented herein, based on a simplified analysis, show good agreement with those obtained by finite element analysis, as well as with those measured on an actual track. The proposed analysis method is particularly useful for the preliminary design of bridge structures.

철도교량은 도로교량과는 달리 궤도가 부설되어 있고 일반적으로 이 궤도는 레일을 연속적으로 용접하여 침목위에 고정시키므로 온도변화에 따라 종방향으로 큰 힘이 작용하게 된다. 따라서 철도교량의 설계는 수직방향의 열차하중 뿐만 아니라 종방향의 궤도축력을 고려하여야만 하고, 특히 장대교량의 경우 교량형식, 경간, 교각단면, 지점배치방법 등의 결정은 궤도축력에 의하여 지배된다. 본 연구는 교량상의 궤도축력에 대하여 이론적인 해석을 하고, 이 해석방법을 고속철도 교량설계에 이용할 수 있도록 하기 위하여 장대레일이 부설되어 있는 철도교량에서 궤도축력을 실측하여 이론해석결과치와 비교하였다. 최근 유럽철도에서는 궤도의 종방향해석모델을 유한요소로 하여 개발된 해석방법이 사용되고 있으나, 이 방법은 입력에 많은 시간이 소요되고 교량구조물의 세부설계가 완료되어야 하므로 계산결과 장대레일 허용응력이 만족되지 않을 때는 교량설계를 다시 해야 하는 동 교량의 설계 과정상 불편한 면이 많다. 따라서 일시에 수많은 교량의 형식에 대한 검토가 필요한 경부고속철도의 프로젝트의 경우 좀더 간단한 해석방법의 개발이 필요하게 되었다. 이 방법에 의한 해석결과는 유한요소법에 의한 해석결과치와도 큰 차이가 없으며, 또한 운행선상에서의 실측결과와도 잘 일치하므로 교량의 예비적인 설계에 매우 유용한 방법으로 활용될 수 있을 것이다.