슬래브 선로의 온도 구배가 열차의 동적 응답에 미치는 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14638(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

온도는 무도상궤도에서 중요한 부하이다. 그러나 무도상 선로의 온도 구배 하에서 열차가 무도상 선로를 주행할 때 시스템 동적 응답에 대한 연구는 거의 없습니다. 움직이는 열차, 슬래브 선로의 온도 구배, 슬래브 선로의 중력, 슬래브 선로 경계면 간의 접촉 비선형성을 고려하여 노상 CRTS III 슬래브 선로를 따라 주행하는 고속열차의 동적 모델을 비선형 결합 모델로 개발했습니다. ANSYS의 방식입니다. 다양한 진폭을 갖는 슬래브 트랙의 온도 구배 하에서 시스템 동적 응답을 모델을 통해 이론적으로 조사합니다. 결과는 다음과 같습니다. (1) 슬래브 트랙의 온도 구배로 인한 초기 힘과 응력의 비율은 계산 항목에 따라 다릅니다. 초기 패스너 인장력과 양의 슬래브 굽힘 응력은 50%를 초과하는 큰 비율을 갖습니다. (2) 슬래브 궤도의 최대 동적 응답은 궤도를 따라 균일하지 않습니다. 최대 슬래브 굽힘응력, 슬래브 가속도, 콘크리트 베이스 가속도는 각각 슬래브 중앙, 슬래브 끝, 콘크리트 베이스 끝에서 나타난다. (3) 선로 구성요소의 최대 가속도는 5번째 또는 6번째 바퀴가 측정점을 통과할 때 나타나며, 최소 2대의 차량을 사용해야 합니다. (4) 슬래브 트랙의 온도 구배는 차체 가속도에 작은 영향을 미칩니다. 그러나 슬래브 가속도, 콘크리트 기초 가속도, 패스너 인장력에 대한 영향은 크고 슬래브 굽힘 응력에 대한 영향은 크다.

무밸러스트 선로(Ballastless Track)는 철도 분야의 현대 기술입니다. 도상궤도에 비해 무도상궤도는 더 나은 강성 균일성, 탁월한 무결성, 더 낮은 유지관리 비용, 더 높은 주행 안정성, 더 나은 내구성 등 상당한 이점을 가지고 있습니다. 경제와 기술의 발전으로 전 세계적으로 광범위하게 사용되고 있습니다1.

중국에서 사용되는 무도상 선로는 4가지 주요 유형이 있습니다2: 중국 철도 선로 시스템(CRTS) I, II, III 슬래브 선로와 이중 블록(DB) 무도상 선로. 손상되기 쉬운 CRTS I, II 슬래브 궤도의 시멘트 아스팔트(CA) 모르타르3를 CRTS III 슬래브 궤도4의 자성 콘크리트로 교체하여 유지관리 작업을 효과적으로 절감하였습니다. 2010년부터 중국의 많은 고속철도는 고성능 CRTS III 슬래브 선로를 채택했습니다.

무도상 궤도에는 장점 외에도 한계도 있습니다. 한 가지 제한 사항은 온도 부하의 영향입니다. 그림 1은 무도상궤도의 온도구배에 따른 초기변형과 간극을 개략적으로 나타낸 것이다. 변형된 트랙과 간격은 시스템 동적 응답에 부정적인 영향을 미치므로 자세히 연구해야 합니다.

무도상 궤도의 온도 구배에 따른 초기 변형 및 간격의 개략도.

온도하중은 무도상궤도에 있어서 중요한 하중 유형이다. 무도상궤도의 온도분포에 대해서는 많은 연구가 이루어져 왔다. Ou와 Li5는 1차원 분석 솔루션을 사용하여 CRTS II 슬래브 트랙의 온도장을 예측했습니다. Yang et al.6은 기후자료를 기반으로 선로 온도 분포를 계산하기 위해 지리적 위치와 환경 조건을 고려한 DB 무도상 선로의 3차원 온도장 모델을 구축하였다. Lou et al.7은 온도 스펙트럼의 분포 규칙성과 대기 온도와 구조 간의 관계를 연구하기 위해 DB 무도상 선로 및 교량 구조에 적합한 온도 작용 모델을 제시했습니다. Liu 등8은 수치 시뮬레이션과 현장 측정을 결합하여 CRTS III 슬래브 트랙의 아스팔트 지지층에서 온도 분포와 그 영향 요인을 연구했습니다. Zhao 등9은 온도 분포 법칙을 연구하기 위해 실험실의 대들보 교량에 CRTS II 슬래브 트랙이 있는 축소된 표본을 제작했습니다. 상변화 물질을 사용하여 Jiang 등은 CRTS II 슬래브 트랙에 새로운 코팅을 설계하여 다양한 모듈을 사용하여 코팅의 단열 효과를 최적화함으로써 지속적인 고온으로 인한 슬래브 아칭을 줄였습니다.