무도상 판형교량은 거더에 도상없이 궤광을 직접 연결하는 구조로 되어있으며 침목체결장치를 이용하여 궤광을 고정하고 있는 특성을 갖고 있다
본 연구에서는 무도상 판형교량 레일 장대화의 일원으로 개발된 TSF (Track-panel-constraint-type Sleeper-girder Fastener)의 거동 특성을 확인하기 위한 실내 시험과 침목체결장치가 무도상 판형교의 정적·동적 강성에 미치는 영향을 유한요소해석으로 분석하기 위하여 Huk bolt, T-bolt, TSF의 3가지 종류가 적용된 무도상 판형교를 모델링하여 KRL 2012 표준활하중을 이용한 정적해석, 운행열차 이동하중에 대한 동적해석을 수행하였다. 또한 TSF 설치간격에 따른 정적·동적 해석을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
먼저 2가지 종류(T-bolt type, TSF type)의 침목고정장치에 대한 구조적 형상 및 특성을 고려한 유한요소 해석(Model I) 모델을 제시하였고, 침목고정장치가 판형교의 정적 강성에 기여하고 있음을 해석적으로 확인하였다. 이로부터 기존 T-bolt type에 비해 TSF 침목고정장치를 적용하는 경우 수직강성 7.8% 증가, 횡방향 강성 88.8% 증가, 종방향 강성 2.5% 증가함을 확인하였다.
3가지 종류(Huk bolt type, T-bolt type, TSF type)의 침목고정장치에 대한 구조적특성을 이상화(Elastic element 적용)한 유한요소 해석(Model II) 모델을 제시하였다. 기존의 Huk bolt 및 T-bolt를 적용한 침목고정장치에 비해 TSF 침목고정장치를 적용할 경우 수직/종/횡 방향의 강성이 증가하여 정적 거더응답을 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 무도상 판형교의 고유진동수는 침목고정장치의 종류에 따라 차이가 발생하였으며 강성값이 클수록 증가 하는 것으로 분석되었고, 침목고정장치의 강성기여효과로 인한 고유진동수 변화는 특정 속도대역에서 열차하중의 가진주파수와 일치하여 증폭되는 공진효과가 발생하여 판형교의 동적응답이 다소 증가할 수 있는 것으로 분석되었다. 즉, 침목고정장치 강성을 고려한 유한요소해석모델의 경우, 판형교의 고유진동수 변화를 유발하고, 이는 열차속도에 따른 가진주파수와 일치하여 공진유발을 할 수 있기 때문에 사전에 침목고정장치의 강성을 고려한 유한요소 해석을 통해 동적안정성이 검토될 필요가 있음도 확인하였다.
TSF 침목고정장치의 설치간격은 판형교 상부 침목 전체에 설치하는 경우, 판형교의 정적·동적 응답이 가장 작게 발생하였으나, TSF 침목고정장치를 침목 3정당 2개 또는 침목 2정당 1개 설치하여도 판형교의 정적·동적응답, 고유진동수의 변화에 미치는 영향은 매우 작은 것으로 분석되었다. 즉, 무도상 판형교용 TSF 침목고정장치는 경제적 측면을 고려하여 침목 3정당 2개 또는 침목 2정당 1개를 설치하여도 판형교의 정적·동적 거동에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다.