Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.4
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pp.1178-1185
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2010
Recently, high speed of container freight cars is causing fatigue damage of wheel. Sudden failure accidents cause a lot of physical and human damages. Therefore, damage analysis for wheel prevents failure accident of container freight car. Wheel receives mechanical and thermal loads at the same time while rolling stocks are run. The mechanical loads applied to wheel are classified by the horizontal load from contact of wheel and rail in curve line section and by the vertical force from rolling stocks weight. Also, braking and deceleration of rolling stocks cause repeated thermal load by wheel tread braking. Specially, braking of rolling stocks is frictional braking method that brake shoe is contacted in wheel tread by high breaking pressure. Frictional heat energy occurs on the contact surface between wheel tread and brake shoe. This braking converts kinetic energy of rolling stocks into heat energy by friction. This raises temperature rapidly and generates thermal loads in wheel and brake shoe. There mechanical and thermal loads generate crack and residual stress in wheel. Wetenkamp estimated temperature distribution of brake shoe experimentally. Donzella proposed fatigue life using thermal stress and residual stress. However, the load applied to wheel in aforementioned most researches considered thermal load and mechanical vertical load. Exact horizontal load is not considered as the load applied to wheel. Therefore, above-mentioned loading methods could not be applied to estimate actual stress applied to wheel. Therefore, this study proposed safety estimation on wheel of freight car using heat-structural coupled analysis on the basis of loading condition and stress intensity factor.
This study was conducted to develop the design methodology of transverse post-tensioning for the prestressed concrete pavement (PSCP). The transverse stress distribution was analyzed when the transverse anchor spacing changed. The tensile stress distribution in the PSCP slab due to the environmental and vehicle loads was also investigated. The reasonable methods were discussed to determine the design loads including environmental and vehicle loads and the PSCP allowable tensile stress used for the basis of the selection of the stress application amount from the tensioning. The results of this study showed that as the transverse anchor spacing increased, the range of the stress loss became larger and the stress loss was significant near the shoulder. The design of the transverse post-tensioning can be performed by obtaining the stresses under the design loads and by considering the allowable tensile stress; however, the tensile stresses at different locations such as the shoulder, wheel pass, and slab interior should also be checked and kept below the allowable tensile stress.
This study was conducted to develop the design methodology of gap slabs for the post-tensioned concrete pavement (PTCP). The gap slabs were considered as unbonded, half bonded, and bonded types. According to the types of the gap slabs, the curling stresses were investigated first under the environmental loads. The stresses due to the vehicle loads were analyzed considering both the single and tandem axles. The method to calculate the prestressing amount was suggested by comparing the combined stresses due to both loads and the allowable tensile stress of concrete. The prestressing amount for the unbonded type gap slab could be designed by considering only the gap slab; however, for the half bonded and bonded gap slabs, the whole PTCP slab should be analyzed to properly design the prestressing amount.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.8
no.5
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pp.547-552
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2022
In this study, shape-based track management by analyzing track irregularity was studied in terms of force-based track irregularity analysis by numerical analysis of wheel-rail interaction force using by the measured vertical irregularity. The effect of the vertical irregularity of the track due to the difference in track types on the wheel-rail interaction force and the track acceleration in the connecting section of the sleeper floating track and the direct fixation track on concrete bed were analyzed. As the results of this study, the measured vertical irregularity was directly affect the vertical wheel load (the wheel-rail interaction force) and the rail acceleration, and it has been demonstrated to change consistently. In this study, the adequacy and necessity of the force-based track irregularity analysis method was verified based on the wheel-rail interaction analysis using the the measured vertical irregularity.
This study was conducted to develop the design methodology of longitudinal post tensioning for the post-tensioned concrete pavement (PTCP). The longitudinal stress distribution in the PTCP slab was analyzed when post tensioning was applied. Then, the tensile stress distribution in the PTCP slab due to the environmental and vehicle loads needed for the design was investigated. In addition, prestress losses were calculated considering the losses due to the frictional resistance between the slab and underlying layer and due to various reasons related to tensioning. The tensile stresses used for the design were obtained by adding the stresses from the critical conditions under both the environmental and vehicle loads. The prestress losses were obtained by considering actual field conditions. The effective post tensioning amount was determined by considering the design loads including environmental and vehicle loads and various losses, and the effect of the allowable tensile stress on the post tensioning amount was investigated. The initial stage of the design of the longitudinal post tensioning is to obtain the stresses under the design loads and the required prestress determined by subtracting the allowable tensile stress from the design stress. Then, the optimal tendon spacing and the tensioning amount can be obtained by comparing with the effective tensioning amount including various stress losses.
Wheel/rail contact is a significant problem in railway dynamics. In this paper, the wheel/rail contact is examined analytically and numerically as a contact problem between two cylinders where torque and friction have effect. Furthermore, the contact of a real wheel and rail is investigated numerically where the normal and shear force act. This study demonstrates that the wheel/rail contact is a process that generates traction force through creep where rolling and sliding occurs simultaneously depending on the shape of the wheel and rail, and the friction coefficient between them.
This study was conducted to investigate the effect of the slab thickness on the tensioning design and to determine the optimal slab thickness of the post-tensioned concrete pavement (PTCP). The tensile stresses due to the vehicle and environmental loads were obtained using a finite element analysis model and the tensioning stress was calculated employing an allowable flexural strength. The environmental loads of both the constant temperature gradient and the constant temperature difference between top and bottom of the slab were considered. The tensioning designs for various slab thicknesses were performed considering prestressing losses. The comparison results showed that generally as the thickness increased, the number of tendons became larger. Consequently, the design was not economical for a thicker slab thickness. Even though the number of tendons became smaller with an increase in the thickness under the small environmental load, a thicker PTCP slab was not economical because of a higher cost of concrete than that of steel. Therefore, the slab thickness should be kept in minimum within the construction available thicknesses.
The transformed field domain analysis method was developed in this study to investigate the aspects of the stress distribution in overlaid concrete pavement systems under multi-axle vehicle loads. The overlay was assumed to be perfectly bonded or perfectly unbonded to the existing concrete pavement. The loads considered included the dual tired single-axle, tandem-axle, and tridem-axle loads, and the effects of the overlay's thickness, elastic modulus, and Poisson's ratio on the stress distribution were investigated. Details of the analysis method in the transformed field domain to analyze the overlaid pavement was described in this paper and the analysis results were verified by comparing with those obtained using the finite element method. From the analysis, it was found that the maximum tensile stress in the existing slab decreased as the overlay's thickness, elastic modulus, and Poisson's ratio increased, and the bonded overlay showed more significant effects than the unbonded one. The overlay's Poisson's ratio did not much affect the stresses, and the features of the maximum stress reduction in the existing slab due to the increase of the thickness, elastic modulus, and Poisson's ratio of the overlay were investigated. The effects of the number of axles on the stress distribution and the maximum stress were also investigated.
Due to the absence of design guidelines for elevated light-rail structures in Korea, most elevated light-rail structures have been designed and constructed based on the design codes of conventional railway bridges and on the codes recommended by foreign vehicle manufacturers. This is the main reason why most elevated light-rail structures are massive or over-designed or poorly constructed economically. In this paper, the authors carried out field tests to analyze the braking forces caused by braking a train running at speeds of 50km/h, 60km/h, and 70km/h, acting on the elevated structures of rubber-wheeled Light Rail Transit (LRT) trains. The authors also briefly describe the analyzed results of the braking force acting on the substructures of elevated light-rail structures. The test-results presented here in this paper can be referenced when establishing design guidelines or standards for elevated structures of LRT systems.
The method of utilizing the strain and vibration values of rails is primarily used to diagnose the condition of wheels and railroad facilities. The dynamic load is measured under the assumption that the strain of the rail and the load of the railroad vehicle are proportional. Wheel condition is measured under the assumption that the magnitude of the defect and the magnitude of the rail vibration are proportional. However, environmental factors affecting the strain and vibration of the rail such as vehicle speed, wheel load, climate, and track conditions are not reflected, many errors occur depending on the measurement conditions. In this study, the effect of track distortion, which is a major indicator of the track condition among the environmental factors that affect the strain and vibration of the rail, on the strain and vibration of the rail, was examined through dynamic simulation. As a measure to reduce the measurement deviation, the effect of securing additional measurement points was analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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