열차하중에 따른 장대레일궤도의 좌굴거동

Abstract

열차의 주행성을 확보하고, 열차의 동적 충격에 의한 이음매판의 마모, 체결구의 이완, 침목 파손 등으로 인한 레일의 보수 및 유지관리에 발생하는 과다한 비용을 절감시키기 위하여 레일의 이음부를 제거하고 연속적으로 용접하여 수 백미터 또는 수 킬로미터까지 연결한 장대레일 궤도(Continuous Welded Rail Track)의 사용이 급증하고 있다. 그러나 토공구간에서 장대레일 궤도는 온도 상승에 따른 레일의 신장이 억제됨으로 인하여 장대레일의 단면에 높은 압축응력이 유발되고, 이러한 레일에 발생하는 압축응력은 궤도의 횡 방향 및 수직방향으로 좌굴(장출)이 발생되는 심각한 문제를 야기 시킬 수 있다. 이러한 장대레일 궤도의 좌굴은 열차의 탈선과 직접적인 관계가 있으며, 장대레일의 여러 장점들을 충분히 활용하기 위해서는 재료 및 기하비선형 해석을 통한 장대레일 궤도의 좌굴거동을 정확히 분석하는 것이 필요하다. 장대레일 궤도의 비선형 해석은 주로 레일에 온도하중을 가하여 분석이 되었으나, 실제로 열차하중이 레일에 가해졌을 시 축하중이 가해지는 곳의 양쪽 레일은 들림현상이 발생된다. 이때 레일과 침목을 들어올리는 힘으로 인하여 도상 횡방향 저항력의 저하를 초래하게 되고, 이러한 도상 횡방향 저항력의 저하는 장대레일 궤도의 좌굴에 큰 영향을 미친다. 열차하중을 고려한 장대레일 궤도의 좌굴거동을 분석하기 위하여 첫 단계로서 선형해석을 통하여 열차하중 재하 시 침목에 발생하는 연직방향 반력을 산출하고, 두 번째 각각의 침목에 발생하는 반력에 따른 도상 횡방향 저항력의 변화량은 산정하여, 마지막으로 재료 및 기하비선형해석 시 각각의 침목위치에