궤도 축력 해석 개요

LUSAS RTA 모듈은 2005년에 개발된 국내 최초 궤도 축력 해석 자동화 시스템입니다.

전 세계적으로 고속 철도 및 경량 철도와 같은 기반시설의 수요가 증가함에 따라, 모든 교량 구조의 궤도와의 상호작용 검토를 위한 정확한 모델링의 필요성이 강조되고 있습니다. 특히, 온도 및 열차 하중으로 인한 궤도와 교량간의 상호작용은 특정 설계 기준을 만족해야 합니다. LUSAS Rail Track Analysis는 비선형 옵션과 함께 사용하여 International Union of Railways Code UIC774-3 과 Eurocode 1의 관련 기준에 근거한 궤도-교량 상호작용 해석을 수행할 수 있습니다.

LUSAS Rail Track Analysis는 Excel Spreadsheet에 정의한 데이터를 이용하여 모델을 자동으로 구성하고 Excel Speadsheet 또는 LUSAS 결과파일 형태로 결과를 출력합니다.

International Union of Railway Code UIC 774-3에 따른 모델 구성

LUSAS RTA 모델 구성

궤도-교량 상호작용의 모델은 Excel Spreadsheet에서 입력한 기하특성, 재료특성, 하중 데이터 등을 이용하여 LUSAS에서 자동으로 구성됩니다. 온도하중과 열차 하중을 포함한 여러개의 차량하중 역시 하나의 Excel spreadsheet에서 모두 정의할 수 있습니다.

입력 데이터

모델링 예시

교량 변단면

LUSAS의 Multiple varying section 기능을 사용하여 Deck 뿐만아니라 Span의 단면변화까지 해석모델에 적용할 수 있습니다.

교량 받침

교좌받침 베이스가 교각을 기준으로 올바른 종방향 위치와 높이에 모델링 합니다.

도상 특성

도상은 교량의 종방향으로 아래 그래프와 같은 거동을 하는 스프링으로 표현하며, 레일에 열차 하중 존재 유무와 교량과 레일의 상대처짐량에 따라 비선형 거동을 하여 각 스프링은 해석 과정에서 최대 4회 (온도하중에 의한 변화 2회, 열차하중과 온도하중 조합에 의한 변화 2회)의 변화가 발생할 수 있습니다.

자갈 도상 및 콘크리트 도상

각 경간 별로 자갈 도상 혹은 콘크리트 도상을 지정함으로써, 여러 종류의 교량을 통과하는 궤도-교량 상호작용 해석 모델을 구성할 수 있습니다.

교량 단면 중심과 레일의 중심 간격

교량과 레일의 연직 방향 거리차이를 엄밀하게 모델에 반영함으로써, 상호작용을 정확하게 반영합니다.

Expansion Joint

Expansion Joint를 원하는 위치에 추가하여 모델을 수정할 수 있으며, 최초에는 지정한 Gap을 유지하며 자유단처럼 거동하다가 변형으로 Gap이 닫히면 다시 축력을 전달하도록 모델링 됩니다.

ZLR / RLR

ZLR / RLR 을 정의하여 임의의 필요한 구간에 배치합니다.

온도 하중 및 이동하는 열차 하중

단선 주행, 복선 주행하는 열차 하중을 자동으로 정의합니다.

1. 콘크리트 교량, 스틸 교량, 합성교 등 기타 교량, 레일의 온도하중을 각각 정의합니다.
2. 하중 그룹을 지정합니다.
3. 연직하중, 가속하중, 제동하중 등을 하중 그룹 안에 정의합니다.
4. 각 하중들의 출발점과 종점을 지정하고, 이동하는 하중 간격을 지정합니다.
5. 같은 방식으로 여러 개의 하중그룹을 지정하여, 단선, 복선, 교차 주행 등의 상황을 표현합니다.

이동 하중을 정의하는 입력값의 개념은 가속하중(Acceleration load)을 예시할 때 아래 그림과 같습니다.

해석 수행

LUSAS Rail Track Analysis에서는 차량하중이 재하된 위치에서 도상의 특성 변화를 반영하여 해석을 수행합니다.
교량 상판의 온도하중은 개별적으로 검토할 수 있으며, 온도하중과 차량하중에 의햔 영향을 모두 고려한 완전 해석도 수행할 수 있습니다.

모델러에서의 결과 표시 예시

사용자가 직접 필요한 결과를 지정하여, 모델러에서 모든 결과릏 확인할 수 있습니다.

Excel 결과 출력

자동화 모듈을 사용하면, 궤도 축력해석에서 확인해야 할 거의 모든 데이터는 Excel 보고서에 자동으로 출력 시킬 수 있습니다.

Enveloping 결과 역시 Excel에 출력하도록 사용자가 선택할 수 있으며, LUSAS 모델러에서는 하중 조합을 이용하여 결과를 확인할 수 있습니다.Excel spreadsheet에는 다음의 결과를 출력합니다.

• 레일의 축응력, 변위 그래프 및 데이터
• 온도 하중 및 열차하중의 위치별 결과
• 도상의 상대변위, 교량 단부의 종방향 및 연직방향 상대변위, 지점부 반력
• 열차하중 이동간에 발생한 최대값 취합 (Enveloped Results)

보고서 자동 생성

Rail의 축방향 응력 envelope

교량 상부구조의 종방향 변위 그래프

교량-궤도 상대변위

이동하중에 대한 결과

이동하중 위치별 결과 정리 및 종합

축력, 응력, 변위, 상대 변위 등에 대한 결과를 이동하중 각 케이스에 대해 추출하여 앞서의 그래프와 함께 표현합니다.

아울러, 아래 그림과 같이 최대값이 발생한 하중케이스를 표시함으로써, 열차 하중의 위치도 확인할 수 있게 종합합니다.

최대값 요약 보고서

설계 과정 각 단계별로 필요한 결과만을 추출하도록 선택하여 불필요한 시간 낭비를 최소화 합니다.

특히 교량 길이에 따라 수 백개 혹은 천 여개의 이동 하중 케이스에 대해 검토를 수행할 때, 아래와 같이 Enveloped Data 만 추출하여 천 여개의 결과를 모두 종합하여 최대값 만을 정리하도록 것은 시행착오를 거치는 설계 단계에서 아주 유용합니다.