본 논문은 누적통과톤수에 의한 레일교체기준 개정을 위한 기초 데이터를 제시하는데 목적이 있다. 본 연구에서는 국외의 누적통과톤수에 의한 레일교체기준의 산정근거를 조사하였으며, 일본에서 조사된 레일용접부 결합유형 및 원인과 국내 철도운영기관인 서울메트로의 궤도유지관리이력을 조사하여 실제 레일절손과 누적통과톤수의 상관관계를 분석하였다. 또한, 누적통과톤수 기준치에 도래한 노후레일 용접부를 현장에서 발췌하여 레일용접부 휨시험을 수행하였다. 그 결과, 누적통과톤수와 레일절손간의 상관관계는 뚜렷하지 않았으며 레일용접부의 시공불량에 의한 절손사례가 많은 것으로 분석되었다. 또한, 노후레일휨시험 결과 신규레일용접부에 비해 파괴강도가 $17{\sim}18%$만이 저하된 것으로 나타나 레안교체기준에 도래한 노후레일은 사용성 측면에서 충분한 내구성 및 내하력을 확보하고 있는 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 국내 일반철도 새마을호 동력차 및 궤도조건을 고려한 차량/궤도 상호작용해석을 수행하였다. 레일표면요철에 따른 레일휨응력을 분석하였고, 레일 휨응력예측식을 도출하였다. 또한, 일반철도 레일강의 S-N선도를 이용한 피로해석을 수행하였다. 파괴확률에 따른 레일피로수명을 산정하였고, 레일연마에 따른 레일표면요철 제거 및 레일휨응력 저감효과를 고려한 레일피로수명 평가를 수행하였다. 따라서, 국내 일반철도에서 레일연마 시행방법에 따른 레일피로수명을 평가하여 제시하였다.
본 연구에서는 도시철도 콘크리트궤도 장대레일에 대한 실내피로시험을 수행하였고, 장대레일 잔존수명을 표현한 파괴확률 50% S-N 선도는 적은 실험데이터에 대한 가중치 확률 해석기법을 사용하여 도출하였다. 여기서 피로시험에 사용된 레일들이 누적통과톤수가 서로 다르기 때문에 누적통과톤수를 평균하여 반복횟수를 수정하였다. 또한, 레일표면요철 및 열차속도를 고려한 레일 저부 휨응력은 기존 연구결과 도출된 레일휨응력 예측식을 사용하여 콘크리트궤도 장대레일의 잔존수명을 평가하였다. 레일 피로수명 평가결과, 레일 피로수명이 기준치에 비해 약 2억톤이상 높았다. 또한, 자갈궤도에 비해 콘크리트궤도 레일의 피로수명이 약 3억톤이상 높은 것으로 분석되었다. 따라서 도시철도에서 레일교체기준을 자갈궤도와 콘크리트궤도로 구분할 필요가 있으며, 레일연마를 통한 레일관리가 이루어진다면 기준치가 아닌 목표치로 관리할 수 있을 것으로 판단되었다.
The buckling characteristics of the continuous welded rail track(CWR) is uncertainly varied by many influence factors, such as rail temperature, operating conditions of a train and maintenance of the track etc. Therefore, applying the probabilistic approach method is essential to rationally consider uncertainty and randomness of the various parameters that affect the track buckling. In this study, the probabilistic approach analysis was carried out and the results were compared with the deterministic approach using the buckling probability evaluation system of CWR tracks developed by our research team. From the comparison, it was identified that a probabilistic approach can quantitatively assess the reliability of the CWR tracks based on failure probability and can be used as a tool for decision making in track design, maintenance and operating etc.
The excessive axial load occurred in an immovable zone of continuous welded rail(CWR) tracks threatens the security of running trains due to the track buckling in extreme hot summer. The influence factors, such as rail temperature for compressive stress, ballast resistance for track stiffness and initial imperfection of track for tracks irregularity are uncertain track parameters that are randomly varied by climate conditions, operating conditions and maintenance of track etc. So, buckling of CWR tracks has very high uncertainties. Therefore, applying the probabilistic approach method is essential in order to rationally consider the uncertainty and randomness of the various parameters. In this study, buckling sensitivity analysis was carried out with respect to the characteristics of probability distribution of lateral ballast resistance using the buckling probability evaluation system of CWR tracks developed by our research team.
A sharp curved ballasted track on earthwork that was connected with a direct fixation slab track on steel box railway bridges have been deformed and damaged despite the frequently maintenance by a restoring force of sharp curved rail and track-bridge interaction forces such as axial forces and longitudinal displacement of continuous welded rail(CWR) owing to their structural characteristics, calling for alternatives to improve the structural safety and track irregularity. In this study, the authors aim to prove a cause of deformation for the sharp curved ballasted tracks to enhance the structural safety and track irregularity of ballasted track in service. A track-bridge interaction analysis and a finite-element method analysis for the sharp curved ballasted track were performed to consider the axial force and longitudinal displacement of CWR, the temperature and the effect of restoring force of sharp curved rail. From the results, the deformation of the sharp curved ballasted track with adjusted sleeper spacing from 833mm to 590mm were significantly reduced.
Considerable longitudinal rail forces and displacements may develop in continuous welded rail (CWR) track on long-span bridges due to temperature variations. The track stability may be disturbed due to excessive relative displacements between the sleepers and ballast bed and the accompanied reduction in frictional resistance. For high-speed tracks, however, solving these problems by installing rail expansion devices in the track is not an attractive solution as these devices may cause a local disturbance of the vertical track stiffness and track geometry which will require intensive maintenance. With reference to temperature, two actions are considered by the bridge loading standards, the uniform variation in the rail and deck temperature and the temperature gradient in deck. Generally, the effect of temperature gradient has been disregarded in the interaction analysis. This paper mainly deals with the effect of temperature gradient on the track-bridge interaction with respect to the support reaction, rail stresses and stability. The study presented in this paper was not mentioned in the related codes so far.
Due to temperature variations, considerable longitudinal rail forces and displacements may develop in continuous welded rail(CWR) track on long-span bridges or viaducts. Excessive relative displacements between sleepers and ballast bed may disturb the stable position of the track in the ballast which results in a lower frictional resistance. Generally, these problems are solved by installing rail expansion devices. However the application of expansion devices in high-speed tracks on existing bridges, as a means to prevent excessive longitudinal displacements and forces, is not attractive method due to comfort, safety and maintenance aspects. An alternative and very effective solution is possibly the use of so-called zero longitudinal restraint(ZLR) fastenings over some length of the track. The calculations, carried out in this respect, show a considerable reduction of track displacements, track forces, and the relative sleeper/ballast displacements. This reduction depends on the length over which these fastenings are installed. In this paper calculations of the longitudinal displacments and forces in a CWR track and substructure resulting from thermal, mechanical and kinematical loads were carried out using the FEM analysis program LUSAS
The Seoul Subway Line 4 crossing downtown diagonally constructed in February 1980 and opened on October 11, 1983. The line 4 is thus able to link southern and northern parts of Seoul with the downtown as well as with the Seoul outskirts. More than 810,000 people use it everyday. Line 4 was constructed like Line 1,2,3 with ballast track system causing much maintenance cost gradually and espicially much public discontent due to wheel and rail contact noise by railway viaduct with sharp curves. CWR on railway viaduct with sharp curves, 180m$\leq$R$\leq$300m, hasn't been designed and constructed ever in domestic. Therefore in order to reduce noise and vibration caused by interaction between wheel and rail the possibility and the methods of CWR(Continuous Welded Rail) on railway viaduct with sharp curve less than R300 will lead it to the maintenance free system.
Recently, continuous welded rail (CWR) track has been adopted for railway track structure of great advantages of reducing maintenance costs, and of increasing life time of track components and the comfort of passengers. But, in this case, a temperature or mechanical load will result in high stress and the track breakage or buckling may occur Especially when the CWR is laying on the bridge structure, the relative displacement of these structure can be increased and this results in the instability of track. In this paper, the main factors affect on the longitudinal rail force are discussed and the computer program is developed for the analysis of rail force considering the interactions with sub-structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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