레일절손부에서의 차량-궤도 동적상호작용

초록

장대레일은 동절기에 레일절손이 발생될 경우 절손부 양단 레일은 기온하강으로 인한 인장력을 받고 있기 때문에 절손부에 간격이 발생하게 된다. 이 간격을 개구부라고 하고 벌어진 량을 개구량이라 한다. 이 개구부를 차륜이 통과하게 되면 레일의 불연속부에서의 열차충격이 크게 증가하고 궤도 부담력도 급격하게 증가한다. 레일절손은 수직횡렬(Transverse Type Broken Rail)의 한 형태로 궤도손상으로 인한 궤도구조안정성과 주행안정성에 큰 영향을 미치게 된다. 그러므로 개구량은 일본 신간선 건조물 표준, AREMA 코드, ACI 등에서는 한계 값을 정하여 레일 파단시 안전을 확보하도록 하고 있다. 이러한 규정이 있음에도 불구하고 해석기법에 대한 연구는 많지 않았으며 현장실험도 선례가 드문 실정이었다. 일본 RTRI에서는 신간선 고속철도 운행시 개구부의 거동을 파악하기 위하여 1983년 1월 모터카에 의한 100mm까지의 개구부 주행시험을 수행한 바 있다. 궤도와 차량의 상호작용 해석기법에 대한 연구가 수행되었지만 절손부를 고려한 해석기법은 거의 없었으며 실제 절손부 주행실험에서도 축중이 낮은 차량이 저속에서 시험을 하였기 때문에 축중이 무겁고 열차속도가 빠른 고속선의 현장조건과도 많이 다르다. 본 연구에서는 레일절손부를 고려할 수 있는 궤도-차량 해석기법을 개발하고 예제 및 매개변수를 수행하여 기존 정적 이산지지이론으로 설명되지 못하는 개구부에서의 궤도와 차량의 동적응답을 분석하였다.