UIC774-3 기준에 따른 장대레일 축력해석

UIC774-3 기준에 따른 장대레일 축력해석

UIC774-3 기준에 따라 지점부에서의 종방향 반력, 온도하중 및 열차하중에 의해 발생하는 레일의 응력 및 레일과 데크의 절대변위 및 상대변위에 대해 궤도-구조물간 상호작용의 영향을 검토해야 합니다. 궤도 및 구조물의 거동을 정확하게 평가하기 위해서는 모든 온도하중과 차량하중을 고려한 연속된 비선형 해석이 수행되어야 합니다.

해석에 고려 해야할 하중은 다음과 같습니다.
– 교량 상부구조의 온도 하중
– Rail expansion 장치가 적용된 레일의 온도 하중
– 열차 수직하중
– 종방향으로 작용하는 열차 시동/제동 하중

궤도와 교량 사이의 상호 작용은 UIC774-3 기준에서 아래 그림과 같이 이중 선형 관계로 근사됩니다. 궤도에 열차하중이 가해지지 않으면 궤도의 상대변위에 대한 최종 저항값은 하단 곡선(궤도에 종류에 따라 다름)에 의해 결정됩니다. 열차하중의 적용은 궤도의 상대변위에 대한 종방향 저항을 증가시키며, 아래 그림의 상부 곡선은 이러한 열차 하중이 재하된 교량과 궤도 사이의 상호작용에 사용되어야 합니다. 이때, unloaded 저항은 다른 모든 위치에 적용됩니다.

이러한 이중 선형 곡선에 사용되는 변위 및 저항 값은 검토 대상 궤도 구조 및 적용되는 유지보수 방법에 따라 결정되며 구조의 설계 사양에 명시됩니다. 자갈도상, 언 자갈도상 및 자갈도상이 없는 궤도에 대해 설계기준에서 제시하는 일반적인 값은 다음과 같습니다.

탄성 영역과 소성 영역 사이의 변위, u0 :
– Resistance of the rail to sliding relative to sleeper = 0.5mm
– Resistance of the sleeper in the ballast = 2.0mm

소성 영역의 궤도 저항력 k :
– 자갈도상의 침목 종저항력(Unloaded track, 보통 유지보수) = 12kN/m
– 자갈도상의 침목 종저항력(unloaded track, 좋은 유지보수) = 20kN/m
– 열차하중이 재하된 언 자갈도상의 궤도 종저항력 = 60kN/m
– 열차하중이 재하되지 않은 콘크리트 궤도(Unballast)의 종저항력 = 40kN/m
– 열차하중이 재하된 콘크리트 궤도(Unballast)의 종저항력 = 60kN/m

UIC774-3 기준에 따르면 ‘표준’교량을 고려할 때 하위 구조 (교좌장치- 교각-기초 및 교좌장치-교대-기초)의 세부 모델을 고려할 필요가 없으며, 교각의 병진, 휨, 회전 운동으로 인한 횡방향의 유연성을 구속 또는 스프링 경계조건 등을 통해 간단하게 모델링 하도록 명시되어 있습니다.

LUSAS 장대레일 축력해석

LUSAS Rail Track Analysis 모듈을 사용하면 UIC774-3에 따른 해석모델을 구성할 수 있음은 물론, 교좌장치 및 교각/ 교대-기초를 구조를 직접 모델링 할 수 있습니다. 또한, 특수한 상황에 따른 모델의 수정이 가능하고, 아치 / ZLR과 같은 구조물을 추가로 모델링 할 수 있습니다.

UIC 774-3이 허용하는 해석방법은 다음과 같습니다.
– Simplified Method (개별해석)
온도하중과 열차하중을 따로 해석한 후 결과를 조합하는 방법
– Complete Method (완전해석)
온도하중에 의한 변형 및 내력 유지 상태에서 열차하중을 재하하여 최종 결과를 추출하는 방법

LUSAS RTA는 완전해석을 기본으로 하며, 개별해석에 따른 결과도 추출할 수 있습니다.

Rail Track Analysis 해석 순서

• Excel 양식에 입력데이터 작성

• 모델러에서 Excel 입력파일 불러오기

• 해석모델 자동 생성
  

• 열차 하중 정의 (이동하중 정의 가능)

• 결과출력 지정

• Excel 양식에 결과 출력

출력되는 결과는 다음과 같습니다
– Track 1, 2 : 각 레일에 대한 변위, 응력 결과
– Deck 1, 2.. : 각 교량에 대한 변위, 응력 결과
– Envelope, Track 1 : 레일에 대한 이동하중 최대 결과 추출
– Envelope, Deck 1, 2… : 교량에 대한 이동하중 최대 결과 추출
– Railbed Check
– Longitudinal Reaction Check
– Rail Stresses Check