표제지
목차
요약 11
I. 서론 13
1. 연구의 배경 13
2. 연구동향 16
가. 곡선부 선형 변경과 속도향상 16
나. 철도차량의 주행안정성 19
3. 연구의 목적과 내용 22
가. 연구의 목적 22
나. 연구의 범위 및 내용 25
II. 이론적 고찰 27
1. 완화곡선 관련 이론 27
가. 캔트 27
나. 완화곡선 29
2. 기존선 속도향상 관련 이론 36
가. 세계철도의 고속화 추이 36
나. 기존선 속도향상 제약요인 38
다. 국내의 기존선 속도향상 사례 39
라. 외국의 기존선 속도향상 사례 40
III. 완화곡선 형상 변경과 수평이동량 분석 43
1. 완화곡선 변경의 필요성 43
2. 완화곡선의 형상 변경 관련 이론 44
가. 완화곡선의 형상 변경 방법 44
나. 완화곡선 관련 국내외 설계기준 비교 분석 51
다. 유럽 표준기준 61
라. 프랑스 및 일본 기준 63
3. 완화곡선 길이 변화량과 수평이동량 분석 결과 66
가. 곡선반경 600m의 경우 66
나. 곡선반경 800m의 경우 72
다. 곡선반경 1,000m의 경우 77
라. 곡선반경 1,200m의 경우 81
마. 곡선반경 1,600m의 경우 83
마. 곡선반경 2,000m의 경우 85
4. 수평이동량에 의한 공사비 분석 86
5. 결과 분석 및 고찰 89
IV. 속도향상에 따른 기존선의 주행안정성 평가 91
1. 주행안정성(Running Stability) 평가의 필요성 91
2. 주행안정성 관련 이론 92
가. 차량과 선로 사이의 작용력 92
나. 철도차량 주행안정성 규정 94
3. 주행안정성 해석 101
가. 주행안정성 해석의 개요 101
나. 해석 프로그램(VI-Rail)과 파라메타 102
다. 대상 차량과 궤도의 모델링 105
4. 결과 분석 107
가. 해석 대상 곡선의 제원 107
나. 탈선계수 109
다. 횡압 111
라. 대차 횡가속도 113
마. 차체 횡가속도 115
바. 승차감 117
5. 결과 분석 및 고찰 118
V. 열차주행성능 분석 120
1. 열차주행성능 분석의 필요성 120
2. 열차주행성능 관련 이론 121
가. 철도차량의 운동방정식 121
나. 열차저항 121
다. 열차주행성능 시뮬레이션의 개념 127
3. 열차주행성능 시뮬레이션 결과 분석 131
가. 분석 대상 선형의 현황 131
나. 열차주행성능 시뮬레이션의 입력 조건 134
다. 열차주행성능 시뮬레이션 결과 135
4. 결과 분석 및 고찰 137
VI. 결론 138
참고문헌 140
ABSTRACT 143
부록 145
A. 노반 확폭에 의한 토공 수량 및 공사비 산출근거 145
B. 국내외 철도건설기준 비교 149
표 2-1. 완화곡선 선형 제원의 비교 34
표 2-2. 철도의 속도 기록 37
표 2-3. 속도 향상에 영향을 미치는 요소 38
표 2-4. 국내 철도의 속도 변천 과정 39
표 2-5. 국내 주요 노선의 최고속도에 대한 표정속도 비 40
표 3-1. 완화곡선 형상 변경 방법 44
표 3-2. 국유철도건설규칙의 완화곡선 54
표 3-3. 설계속도에 따른 최소곡선반경 56
표 3-4. 설정캔트 및 부족캔트 57
표 3-5. 설계속도와 캔트변화량 및 부족캔트변화량에 대한 배수 58
표 3-6. 설정캔트 및 부족캔트 59
표 3-7. 설계속도와 캔트변화량 및 부족캔트변화량에 대한 배수 60
표 3-8. ENV 13803-1:2002의 최대설정캔트 한계값 61
표 3-9. UIC 703R:1989(유럽)의 최대설정캔트 한계값 61
표 3-10. 최대 부족캔트 한계값 62
표 3-11. 최대 캔트변화율 63
표 3-12. 최대 부족캔트 63
표 3-13. 최대 캔트변화율 64
표 3-14. 부족 캔트변화율 64
표 3-15. 국내외 철도건설기준 비교 65
표 3-16. 완화곡선의 길이의 변화량 (R=600m, IA=25) 66
표 3-17. 궤도 중심의 수평이동량 (R=600m, IA=25) 67
표 3-18. 완화곡선의 길이의 변화량 (R=600m, IA=35) 68
표 3-19. 궤도 중심의 수평이동량 (R=600m, IA=35) 69
표 3-20. 완화곡선의 길이의 변화량 (R=600m, IA=45) 70
표 3-21. 궤도 중심의 수평이동량 (R=600m, IA=45) 71
표 3-22. 완화곡선의 길이의 변화량 (R=800m, IA=25) 72
표 3-23. 궤도 중심의 수평이동량 (R=800m, IA=25) 73
표 3-24. 완화곡선의 길이의 변화량 (R=800m, IA=35) 74
표 3-25. 궤도 중심의 수평이동량 (R=800m, IA=35) 74
표 3-26. 완화곡선의 길이의 변화량 (R=800m, IA=45) 75
표 3-27. 궤도 중심의 수평이동량 (R=800m, IA=45) 76
표 3-28. 완화곡선의 길이의 변화량 (R=1000m, IA=25) 77
표 3-29. 궤도 중심의 수평이동량 (R=1000m, IA=25) 77
표 3-30. 완화곡선의 길이의 변화량 (R=1000m, IA=35) 78
표 3-31. 궤도 중심의 수평이동량 (R=1000m, IA=35) 79
표 3-32. 완화곡선의 길이의 변화량 (R=1000m, IA=45) 80
표 3-33. 궤도 중심의 수평이동량 (R=1000m, IA=45) 80
표 3-34. 완화곡선의 길이의 변화량 (R=1200m, IA=35) 82
표 3-35. 궤도 중심의 수평이동량 (R=1200m, IA=35) 82
표 3-36. 완화곡선의 길이의 변화량 (R=1600m, IA=35) 83
표 3-37. 궤도 중심의 수평이동량 (R=1600m, IA=35) 84
표 3-38. 완화곡선의 길이의 변화량 (R=2000m, IA=35) 85
표 3-39. 궤도 중심의 수평이동량 (R=2000m, IA=35) 85
표 3-40. 노반 확폭량과 공사비 87
표 3-41. 노반 확대 공사비 배율 88
표 4-1. 주행안전 관련 차륜력 기준 종합 97
표 4-2. UIC 513R 평가 기준 100
표 4-3. 각종 파라메타 103
표 4-4. EMU-250 차량의 주요 제원 105
표 4-5. 해석 대상 곡선의 제원 107
표 5-1. 열차주행성능 시뮬레이션의 주요 기능 129
표 5-2. 경부선 동대구~미전 간 곡선현황 131
표 5-3. 경부선 철도 운행현황 132
표 5-4. 경부선 설계기준(미개량 구간) 133
표 5-5. 경부선 동대구~밀양 구간의 곡선반경 현황 133
표 5-6. 경부선(기존선) 캔트량 및 운행 속도 134
표 5-7. 열차주행성능 시뮬레이션 결과 135
그림 1-1. 연구 구성과 흐름 26
그림 2-1. 원곡선과 곡률 29
그림 2-2. 곡률과 캔트량 30
그림 2-3. 캔트의 직선체감 30
그림 2-4. 3차포물선 31
그림 2-5. 곡률의 체감 32
그림 2-6. 사인곡선 32
그림 2-7. 일본 철도의 속도 변천 41
그림 3-1. 완화곡선 형상 (A type) 45
그림 3-2. 완화곡선 형상 (B-1 type) 46
그림 3-3. 완화곡선 형상 (B-1-a type) 46
그림 3-4. 완화곡선 형상 (B-2 type) 47
그림 3-5. 완화곡선 형상(B-2-a type) 47
그림 3-6. 완화곡선 형상 (C type) 48
그림 3-7. 완화곡선 형상 (D type) 49
그림 3-8. 완화곡선 형상 (E type) 49
그림 3-9. 완화곡선 형상 (E-1 type) 50
그림 3-10. 완화곡선 형상 (E-2 type) 50
그림 3-11. 궤도의 수평이동량 (R=600m, IA=25, 자갈도상) 67
그림 3-12. 궤도의 수평이동량 (R=600m, IA=25, 콘크리트도상) 68
그림 3-13. 궤도의 수평이동량 (R=600m, IA=35, 자갈도상) 69
그림 3-14. 궤도의 수평이동량 (R=600m, IA=35, 콘크리트도상) 70
그림 3-15. 궤도의 수평이동량 (R=600m, IA=45, 자갈도상) 71
그림 3-16. 궤도의 수평이동량 (R=600m, IA=45, 콘크리트도상) 72
그림 3-17. 궤도의 수평이동량 (R=800m, IA=25, 자갈도상) 73
그림 3-18. 궤도의 수평이동량 (R=800m, IA=35, 자갈도상) 75
그림 3-19. 궤도의 수평이동량 (R=800m, IA=45, 자갈도상) 76
그림 3-20. 궤도의 수평이동량 (R=1000m, IA=25, 자갈도상) 78
그림 3-21. 궤도의 수평이동량 (R=1000m, IA=35, 자갈도상) 79
그림 3-22. 궤도의 수평이동량 (R=1000m, IA=45, 자갈도상) 81
그림 3-23. 궤도의 수평이동량 (R=1200m, IA=35, 자갈도상) 83
그림 3-24. 궤도의 수평이동량 (R=1600m, IA=35, 자갈도상) 84
그림 3-25. 궤도의 수평이동량 (R=2000m, IA=35, 자갈도상) 86
그림 3-26. 수평 이동에 의한 노반 확폭(예) 87
그림 4-1. 차축 이동의 힘 모멘트(곡선통과 예) 92
그림 4-2. 대표적인 차량의 구성 93
그림 4-3. 곡선 통과시 대차 위치 및 차륜과 레일의 작용력 93
그림 4-4. 레일 수직 단면에서 주행시 차륜과 레일 사이의 작용력 94
그림 4-5. 탈선계수의 허용한계 96
그림 4-6. 차륜의 수직방향-횡방향 힘의 한계기준 및 탈선계수 97
그림 4-7. 주파수 보정곡선 99
그림 4-8. UIC 513R의 승차감 평가 흐름도 100
그림 4-9. VI-Rail을 이용한 열차 및 대차 모델(예) 103
그림 4-10. 레일과 차륜 사이의 힘 104
그림 4-11. 해석 대상 EMU-250 차량 106
그림 4-12. 레일의 형상과 해석모델 106
그림 4-13. 탈선계수(R=600m 자갈도상) 109
그림 4-14. 탈선계수(R=800m 자갈도상) 109
그림 4-15. 탈선계수(R=1000m 자갈도상) 110
그림 4-16. 탈선계수(R=1200m 자갈도상) 110
그림 4-17. 탈선계수(R=2000m 자갈도상) 110
그림 4-18. 탈선계수 비교 (자갈도상) 111
그림 4-19. 횡압 (자갈도상) 112
그림 4-20. 횡압 비교 (자갈도상) 113
그림 4-21. 대차횡가속도 (자갈도상) 114
그림 4-22. 대차횡가속도 비교 (자갈도상) 114
그림 4-23. 차체 횡가속도 (자갈도상) 116
그림 4-24. 차체 횡가속도 비교 (자갈도상) 116
그림 4-25. 승차감 (자갈도상) 117
그림 5-1. 출발저항과 주행저항 변화 122
그림 5-2. 기울기 저항 분석 123
그림 5-3. 열차주행성능 시뮬레이션 구성도 130
그림 5-4. 기존선 구간의 KTX 운행현황 132
그림 5-5. 운전선도 (기존선, 자갈도상) 135
그림 5-6. 운전선도 (A type, 자갈도상) 135
그림 5-7. 운전선도 (B-1 type, 자갈도상) 136
그림 5-8. 운전선도 (B-2 type, 자갈도상) 136
그림 5-9. 운전선도 (C type, 자갈도상) 136
그림 5-10. 운전선도 (D type, 자갈도상) 136
그림 5-11. 운전선도 (A type, 콘크리트도상) 136
그림 5-12. 운전선도 (D type, 콘크리트도상) 137