For many decades, the railway was constructed using tracks with jointed rails of relatively short lengths in accordance with rolling and handling technology. The joints cause many drawbacks in the track and lead to significant maintenance cost. So, railroad engineers became interested in eliminating joints to increase service loads and speeds by improving rolling, welding, and fastening technology, Continuous welded rail(CWR) track has many advantages over the conventional jointed-rail track. But in the case of the elimination of rail joints, it may cause the track to be suddenly buckled laterally by thermal and vehicle loads. Thermal loads are caused by an increase in the temperature of railway track. In this paper, CWR track model and CWRB program are developed for linear buckling analysis using finite element method(FEM). The finite element discretization is used with a total of 14 degrees of freedom for each rail element. The stiffness of the fastener, tie, and ballast bed are included by a set of spring elements. The investigation on the buckling modes and temperature of CWR track is presented in the paper.
혹서기에 레일의 높은 온도 상승(최대 $60^{\circ}C$)으로 인해 장대레일 궤도에는 매우 큰 압축력이 작용하게 된다. 이러한 압축력은 장대레일 궤도의 좌굴을 발생시키기도 한다. 본 연구에서는 장대레일 궤도의 좌굴에 영향을 미치는 많은 요소들 중에서 도상 횡저항력 그리고 도상 종저항력이 궤도 좌굴에 미치는 영향을 파악하기 위한 연구를 수행하였다. 또한 줄틀림과 궤간틀림의 민감도를 분석하였다.
CWR(Continuous Welded Rail) and bridge interaction produce rail force, bridge displacement and rail/bridge relative displacement. Each of these has limitation by many codes. In this paper, analysis of interaction has been carried out by using foreign codes(UIC 774-3 R code of Europe etc.) because there is no code about interaction between rail and bridge in Korea. Recently, railway bridges with CWR has been constructed for structural and economical reasons. When designer plans railway bridges, design a bridge model first and then investigate railway forces and displacement by interaction analysis. If these results go out bounds from limitation, designer plans railway bridges again and again. In this paper, using the parametric study on CWR and railway bridge interaction, railway bridge parameters such as length of bridge span, area of bridge, moment of inertia, stiffness of pier, etc. are presented. It helps preliminary design of railway bridges.
Railway bridges have a significant effect on the stress and displacement of continuous welded rail(CWR). Longitudinal compression force at high temperature, combined breaking or acceleration forces can introduce track buckling. On the other hand, longitudinal tensile forces, associated with low temperatures, in combination with breaking forces may break rail. Therefore, it is very important to work out thorough counter measures for those problems, specially in high speed rail which high safety is required. The exact evaluation of longitudinal force of rail has the key to the solution. The main aim of the present paper is to examine whether the longitudinal force of CWR's on Kyung-Bu-HSR satisfy the criteria to be fulfilled in the design of railway bridge. The analyses are carried out by using "CWRAP" program which was developed by our research group. The ballast resistance and breaking force effects on the longitudinal force of CWR are investigated.
장대레일 교체주기는 자갈궤도 레일두부 표면요철과 레일 휨피로의 상관관계 분석을 통해 산정되었다. 본 연구에서는 국내 도시철도(서울메트로) 콘크리트궤도에서 레일두부 표면요철량에 따른 레일 휨응력을 측정하였다. 또한, 콘크리트궤도 레일두부 표면요철, 속도와 레일 휨응력의 상관관계를 분석하였다. 결론적으로, 중회귀분석을 통해 운행속도(U), 표면요철(v, w)에 따른 레일 휨응력(Y) 예측식을 도출하였다. 본 연구결과는 콘크리트궤도 장대레일 교체주기를 수립하기 위한 기초데이터로 활용이 가능할 것이다.
Recently, use of Continuous Welded rail(CWR) is increased for structural, economical reason but new problem is caused accordingly and phenomenon that give threat in traveling by ship stability of train is led. According as rail is prolonged, excessive relative displacement and longitudinal force can happen to rail by temperature change and external force. Specially, buckling or fracture of rail can happen in railroad bridges because relative displacement by bridge and properties of matter difference between rail grows and additional axial force happens to rail by behavior of bridge. According to several study, longitudinal force of rail in bridge is influenced with ballast resistance, elongation length, boundary condition, stiffness of framework. Non-linear behavior of ballast acts by the most important factor in interaction between rail and bridge. Therefore, must consider stiffness of bridge construction with non-linear characteristic of ballast and stiffness of base for accuracy with longitudinal force calculation and analyze. In this study, perform material non-linear analysis for longitudinal force of CWR and three dimensional buckling analysis to decide buckling force.
CWR(Continuous Welded Rail) has many advantage over the conventional jointed rail track. The use of CWR track not only reduces the track maintenance cost, but increase the life cycle of track components. As the use of CWR increases in track structures, derailing disasters associating with track buckling also increase in great numbers due to high compressive thermal stress. Despite the importance, the number of studies relevant to the instability is quite limited. In this paper, It considers the contribution of rail-pad-fastener resistance, uplift of tie and nonlinear analysis. Influence of various track components on CWR track temperature and mode shape were characterized.
본 연구에서는 궤도의 좌굴해석 및 그 결과를 통해 열차하중이 직선 및 곡선 장대레일 궤도의 온도좌굴 거동에 미치는 영향에 대해 평가하였다. 차량을 고려한 온도좌굴 해석은 바퀴하중하에서 장대레일 궤도의 수직 처짐에 기인한 상향처짐을 결정하기 위해 유사정적 하중모델을 가정하였으며, 차량의 무게와 속도, 궤도의 곡률, 캔트, 그외의 열차와 궤도의 동적인 상호작용으로 인한 횡방향하중은 열차의 수직하중에 대한 수평하중 비에 포함하여 수행하였다. 수치적 해석을 통해 장대레일의 상부 및 하부좌굴온도를 구하였고, 이런 해석결과들을 기존의 열차하중을 포함하지 않은 정적 좌굴해석결과들과 비교하였다.
For New In-Cheon Airport. South Approach Section of Young long Great Bridge is to be special concerned to CWR due to substructure was already constructed former railroad bridge design specification. So we applied maintenance free system and CWR (Continuous Welded Rail) by ZLR(Zero Longitudinal Restraint) at bridge expansion joint part. This thesis generally introduce for CWR by ZLR at South Approach Section of Young long Great Bridge.
본 연구는 지진이 발생할 경우 장대레일교량에 있어 레일과 상판 간의 종방향 상호작용에 미치는 영향을 검토하기 위한 것으로, 해석모델에 여러 하중조합과 함께 지진하중을 적용함으로써 대상 철도교량 레일에서의 축방향 부가응력과 레일-상판 간 상대변위의 변화를 산출하였다. 해석 결과, 본 연구 대상 철도교량의 경우 철도시설공단에서 제시하고 있는 표준응답스펙트럼을 적용할 때 레일부가응력은 대부분의 하중조합에 대해 허용기준 내의 값을 보이고 있는 반면, 레일-상판 상대변위는 공단에서 제시하는 허용기준을 초과하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 레일-상판 상대변위가 레일부가응력에 비해 상대적으로 더 허용기준을 만족시키기 어렵다는 것을 알 수 있었으며, 아울러 고베 대지진과 같은 큰 규모의 지진이 발생하면 레일부가응력과 레일-상판 상대변위는 허용기준을 충족시키지 못하므로 이에 대한 적절한 내진 대비가 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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