하중조합과 충전층 두께에 따른 3차원 유한요소 해석에 의한 PST 부재의 거동 분석

Abstract

국내뿐만 아니라 세계적인 추세로 증가하고 있는 열차의 고속화와 대량 운송능력의 요구에 따라 열차 궤도구조의 개발은 지속적으로 발전하고 있다. 콘크리트 구조궤도인 PST는 안전성과 경제성에서 그 요구조건을 충족할 수 있는 시스템으로 개발되고 있다. 따라서 본 연구에서는 PST시스템의 각 구조부재의 거동을 분석함으로써 향후 시스템 개발 및 설계에 필요한 정보를 제공하고자 하였다. KRL-2012 열차하중과 KRC 코드에 의한 다양한 정적하중조합에 따른 응력분포 결과를 3차원 유한요소 해석을 통하여 분석하였으며, 그라우트충전층의 두께에따른 결과 또한 제공하고자 하였다. 구조부재별로는 그라우트충전층에서 가장 큰 응력이 발생하였으며 하중조합과 두께에 따라 응력의 변화가 민감하였다. 시동하중 및 온도하중에 의해서는 KRL-2012에 의한 수직하중만 적용할 때와 비교하여 콘크리트 패널과 HSB에서 각각 3.3배,14.1배의 발생응력이 증가하는 것으로 나타났다. 충전층의 두께가 20mm에서 80mm로 증가할 때 콘크리트 패널의 발생 응력은 4% 감소하지만, 충전층은 24% 증가하는 것으로 나타났다. 균열의 양상은 그라우트충전층에서 인장균열이 국부적으로 발생하는 것으로 나타났다. 이와같은 결과에 따라 PST시스템 개발 시에는 수직하중 보다는 수평하중에 의한 휨 및 인장거동에 세심한 주의가 필요하며, 충전층의 두께를 40mm이상 유지함으로써 각 구조부재의 안전성을 확보할 수 있도록 한다.