레일 파단부의 궤도 동적거동에 대한 연구

초록

레일 파단의 한 형태인 수직횡렬 절손레일(Transverse Type Broken Rail)은 열차주행시 궤도구조안정성과 주행안정성에 큰 영향을 미친다. 특히 장대레일에서 동절기에 수직횡렬 절손이 발생하면 양단 레일이 온도수축으로 인하여 인장력을 받기 때문에 개구량이 발생하며 여기를 차륜이 통과하면 큰 충격하중이 발생한다. 그러므로 도 축력 설계시에 일본 신간선 건조물 표준, AREMA 코드, ACI 등에서도 허용개구량을 차륜반경에 따라 규정하고 있으며, 국내에서는 고속선 대구-부산간 궤도실시설계에서 검토 된 바 있다. 이러한 규정이 있음에도 불구하고 해석기법에 대한 연구는 많지 않으며 현장실험도 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 저속주행을 하면서 시험을 하였기 때문에 축중과 속도가 다른 국내의 고속선의 현장조건과도 많이 다르다. 실제 절손부의 허용개구량 산정을 위해서는 짐머만(Zimmermann)의 탄성체 지지이론에 의하여 절손레일과 차륜 접촉점, 레일수직처짐, 차륜반경의 기하학적인 관계에서 허용개구량을 구한고 있으나 동적인 궤도충격과 윤중 변동 등의 영향을 검토를 위해서는 동적해석이 필요하다. 본 연구에서는 레일절손부를 고려할 수 있는 궤도-차량 상호작용을 고려한 동적 해석기법을 개발하였다. 레일 파단시 개구부에서 개구량 발생량을 추정하였다. 그리고 예제 및 매개변수를 수행하여 기존 정적 이산지지이론으로 설명되지 못하는 개구부에서의 궤도와 차량의 동적응답을 분석하였다.