차세대 고속철 통과 교량의 동적특성에 대한 수치해석
Numerical Analysis for Dynamic Characteristics of Next-Generation High-Speed Railway Bridge
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초록
차세대 고속철은 주행 속도가 점점 증가하므로 이를 반영한 고속철 차량 통과교량에 대한 새로운 주행 안정성의 평가가 요구된다. 이를 위하여 현재 공용 중인 경부 고속철 구간의 대표 교량형식인 PSC (Pre-stressed Concrete) 박스거더 교량을 대상으로 관성질량을 고려한 38-자유도 차량과 궤도 불규칙성과 상호 작용력을 반영하여 모형화하였으며, 고속철 차량 주행속도 별로 동적 수치해석을 수행하여 주행 안정성을 평가하였다. 수치해석을 통해 단순교와 2 경간 연속교의 최대 수직 변위와 DAF (Dynamic Amplification Factor; 동적확대계수)를 산출하여 동적 안정성 여부를 판단하였으며, 또한 주행 속도 별 최대 수직 변위를 추정하기 위한 3차 다항 회귀 분석식을 제안하였다. 대표적인 주행 속도와 횡 단면 위치 별 수직 변위 차이를 비교하고, 종 방향 최대 면틀림을 분석하였다. 또한, 고속철 차량의 교량통과 중 교량의 수직변위에 대한 가속도 영향선과 각 항목 간의 연관성을 분석하여 주행 안정성을 평가하였다.
Abstract
To take into account of the increasing speed of next generation high-speed trains, a new design code for the traffic safety of railway bridges is required. To solve dynamic responses of the bridge, this research offers a numerical analyses of PSC (Pre-stressed Concrete) box girder bridge, which is most representative of all the bridges on Gyungbu high-speed train line. This model takes into account of the inertial mass forces by the 38-degree-of- freedom and interaction forces as well as track irregularities. Our numerical analyses analyze the maximum vertical deflection and DAF (Dynamic Amplification Factor) between simple span and two-span continuous bridges to show the dynamic stability of the bridge. The third-order polynomial regression equations we use predict the maximum vertical deflections depending on varying running speeds of the train. We also compare the vertical deflections at several cross-sectional positions to check the influence of running speeds and the maximum irregularity at a longitudinal level. Moreover, our model analyzes the influence lines of vertical deflection accelerations of the bridge to evaluate traffic safety.
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