실대형 실험을 통한 아스팔트 노반상 자갈궤도의 거동 특성

Abstract

아스팔트 노반상 자갈궤도(이하, AC자갈궤도)는 아스팔트 콘크리트 노반(이하, AC노반)에 의한 열차하중의 분산으로 노반 두께 감소 효과, 빗물의 침투방지 효과로 인한 노반부의 강도저하와 연약화 방지 효과, 노반 분니 방지 및 동상방지에 의한 유지보수비 절감 효과를 얻을 수 있다. 이와 같은 장점들에 의해 AC자갈궤도는 유럽 및 일본 등에서 널리 사용되고 있으며 국내에서도 도입을 위한 연구가 진행 중이다. 본 논문에서는 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS을 이용하여 현재 철도설계기준에 제시되어 있는 고속철도용 자갈궤도의 성능에 부합하는 AC자갈궤도 단면을 선정하고 선정된 2개의 단면을 대상으로 실물 대형 정 동적 열차하중 재하 시험을 수행하였다. 실대형 실험 결과, AC자갈궤도가 강화노반 상면에 작용하는 토압이 상대적으로 작게 측정되었으며 탄성 및 소성변위도 상대적으로 유사 또는 작은 것을 알 수 있었다. 따라서 AC자갈궤도가 자갈궤도에 비해 열차하중 분산효과에 의한 강화노반 두께 감소효과가 있고 소성변위도 작으므로 궤도의 장기 유지관리 측면에서도 유리한 궤도구조임을 확인하였다. Ballasted track on an asphalt roadbed can be beneficial for its various effects such as (i) decreasing of roadbed thickness by dispersing train load; (ii) prevention of both strength reduction and weakening in roadbed system by preventing rainwater penetration; and (iii) reducing maintenance cost by preventing roadbed mud-pumping and frostbite. With these beneficial effects, ballasted track on asphalt roadbed has been widely used in Europe and Japan, and relevant research for applying such ballasted track on asphalt roadbed systems in Korea is ongoing. In this study, full-scale static and dynamic train load tests were performed to compare the performance of ballasted track on asphalt roadbed and ballasted track. The optimum thickness levels of asphalt and reinforced roadbeds, corresponding to the design criteria for reinforced roadbed of high-speed railway, was estimated using the FEM program ABAQUS. Test results show that the earth pressure on reinforced roadbed of ballasted track on the asphalt roadbed was relatively low compared with that of simple ballasted track. The elastic and plastic displacements of simple ballasted track on the asphalt roadbed were also lower than those of ballasted track. These test results may indicate that the use of ballasted track on asphalt roadbed is an advantageous system in view of long-term maintenance.