표제지
요약
목차
I. 서론 13
1.1. 연구 배경 및 목적 13
1.2. 연구 내용 및 범위 14
II. 이론적 배경 16
2.1. 뜬 침목의 정의 16
2.2. 궤도틀림 발생의 주요인자 18
2.3. 국내·외 연구동향 20
2.3.1. 국내 연구 현황 20
2.3.2. 국외 연구 현황 25
2.4. 진동가속도 데이터 측정 및 분석 기법 30
2.4.1. 거리-공간주파수 해석 이론 31
2.4.2. 이산 웨이블릿 변환기법 개념 및 적용 34
III. 연구방법 38
3.1. 뜬 침목 검측 방법 38
3.2. 뜬 침목 현장데이터 취득 방법 41
3.3. 검측차량을 이용한 진동가속도 측정 45
3.3.1. 뜬 침목 진동가속도 측정 45
3.3.2. 가속도 및 GPS 좌표 측정 프로그램 46
3.3.3. 진동가속도 및 GPS 데이터 측정 48
IV. 현장 측정 결과 분석 49
4.1. 뜬 침목 현장 계측 및 분석 49
4.2. 소형충격재하시험(LWD)을 활용한 뜬 침목 데이터 검증 57
4.3. 뜬 침목 분석 프로그램을 통한 운행선 현장 검증 63
4.3.1. 경인선 부천-부평 및 경부선 대전-황간 뜬 침목 구간 1차 검측 63
4.3.2. 경부선 구간 뜬 침목 구간 2차 검측 65
4.3.3. 충북선, 호남선 구간 뜬 침목 3차 검측 66
V. 수치해석을 통한 주파수 분석 결과 69
5.1. 뜬 침목 해석 조건 69
5.1.1. 궤도구조의 구성모델 69
5.1.2. 열차 하중 조건 73
5.2. 동적 수치해석 결과분석 80
5.2.1. 수치해석 모델링 검증 80
5.2.2. 수치해석 결과 82
VI. 분석 결과 신뢰성 검증 86
6.1. 진동가속도 데이터와 소형충격재하시험(LWD) 상관분석 86
6.2. 진동가속도 데이터와 수치해석 상관분석 88
VII. 결론 90
참고문헌 92
부록 94
1. 경인선 구간 뜬 침목 검측 결과 94
2. 경부선 구간 뜬 침목 검측 결과 97
3. 진동가속도 주파수 분석 로직의 다이어그램 103
4. 뜬 침목 분석 프로그램 매뉴얼 104
5. 뜬 침목 분석 알고리즘 소스 113
ABSTRACT 140
표 1. 궤도검측차(EM-140k) 45
표 2. 소형충격재하시험 대상구간 현황 62
표 3. 경부선 구간 KP위치 및 GPS 오차 확인 65
표 4. 경부선 구간 뜬 침목 현장검증 결과 66
표 5. 뜬 침목 3차 검측 결과 67
표 6. 유한요소해석에 적용한 물성치 73
표 7. 궤도검측차(EM-140k) 제원 74
표 8. 동적할증 계수 및 유효윤중계수를 고려한 설계 동적 윤중 75
표 9. 상관관계 정도표 87
그림 1. 연구의 흐름도 15
그림 2. 뜬 침목 발생 과정 16
그림 3. 도상자갈과 침목 사이의 마찰력 흐름과 비중 16
그림 4. 선로 유지보수를 위한 자갈궤도 뜬 침목 점검 방법 17
그림 5. 뜬 침목 관리를 위한 Flow Chart 20
그림 6. 웨이블릿 분석을 통한 궤도 고저틀림 분석 21
그림 7. 가속도 데이터를 이용한 궤도 틀림 분석 22
그림 8. 열차의 축 가속도 측정 모식도 23
그림 9. 대차 축상가속도 설치 23
그림 10. 소형충격재하시험(LWD) 24
그림 11. 궤도상태 모니터링 모식도 25
그림 12. 진동측정을 통한 궤도 상태 모니터링 시스템 25
그림 13. 고속선 구간의 3주간 반복 시험결과 26
그림 14. 열차 차륜의 축가속도 분석을 통한 레일 조인트의 볼트 조임 모니터링 27
그림 15. 레일 스커트 분석 모식도 28
그림 16. 축상가속도 센서설치 위치 28
그림 17. 레일 표면결함(Squats) 29
그림 18. 열차의 축가속도를 이용한 레일 스쿼트 발생 위치 측정 29
그림 19. FFT 및 Wavelet 변환 33
그림 20. 다중해상도 분석 35
그림 21. 이산 웨이블릿 변환의 분해 36
그림 22. 열차 진동가속도의 다중해상도 분석 37
그림 23. 대상 궤도검측차(EM-140k) 38
그림 24. 뜬 침목 발생 모식도 39
그림 25. 선로조건(분기기, 이음매)에 따른 진동가속도 주파수 특성 분석 개소 39
그림 26. 공간주파수에 따른 정규화 PSD 변화 예 40
그림 27. 웨이블릿 및 공간주파수 분석 기법 적용 예 40
그림 28. 궤도검측차(EM-140k)의 축상가속도계 41
그림 29. 궤도검측차(EM-140k)의 가속도 취득 데이터 42
그림 30. 축상 가속도 원데이터와 궤도검측차(EM-140k) 취득데이터 비교 43
그림 31. 가속도 데이터 측정 시스템 구성 44
그림 32. 궤도검측차(EM-140k) 뜬 침목 검지 시스템 구성도 44
그림 33. 궤도검측차(EM-140k)의 가속도계 사양 확인 시험 46
그림 34. LabVIEW 측정 UI(좌), GPS 모니터링 UI(우) 47
그림 35. GPS 수신기 및 안테나 47
그림 36. 진동 가속도 및 GPS 데이터 48
그림 37. 궤도검측차(EM-140k) 측정 진동 데이터 49
그림 38. 진동 데이터의 이산웨이블릿 결과 50
그림 39. 각 주파수대역에 대한 FFT 결과 51
그림 40. 웨이블릿 분석 결과 (1) 52
그림 41. 웨이블릿 분석 결과 (2) 53
그림 42. 웨이블릿 분석 결과 (3) 53
그림 43. 웨이블릿 분석 결과 (4) 53
그림 44. 이음매 구간 54
그림 45. 스쿼트 발생 구간 54
그림 46. 파상마모 구간 54
그림 47. 뜬 침목 발생 구간 55
그림 48. 뜬 침목 발생 구간 웨이블릿 결과 55
그림 49. 궤도 결함별 주파수 대역 도출 56
그림 50. 소형충격재하시험기(LWD) 57
그림 51. 궤도지지강성 산출 방법 58
그림 52. 소형충격재하시험(LWD)를 활용한 자갈도상궤도 침목지지 강성 적정 측정위치 선정 60
그림 53. 뜬 침목 점검봉을 이용한 현장검증 61
그림 54. 소형충격재하시험(LWD)을 이용한 교차검증 61
그림 55. 토공 및 교량구간 침목 지지강성 판정기준 제시 62
그림 56. 뜬 침목 구간 현장 육안점검 64
그림 57. 충북선 오근장-음성간 뜬 침목 발생 위치 68
그림 58. 충북선 청주-증평간 뜬 침목 발생 위치 68
그림 59. 호남선 논산-함열간 뜬 침목 발생 위치 68
그림 60. 수치해석 단면도 및 평면도 70
그림 61. 자갈도상궤도 수치해석 모델링 71
그림 62. 뜬 침목 모델링 72
그림 63. 집중하중 모델 76
그림 64. 이동 질량 모델 77
그림 65. 이동 차량 모델 78
그림 66. 수치해석 결과 80
그림 67. 궤도검측차(EM-140k)의 측정데이터와 수치해석 데이터 비교 81
그림 68. 뜬 침목 개수 3개, 차륜속도 60 km/h 진동 패턴 82
그림 69. 뜬 침목 개수 6개, 차륜속도 60 km/h 진동 패턴 83
그림 70. 뜬 침목 개수 3개, 차륜속도 100 km/h 진동 패턴 83
그림 71. 뜬 침목 개수 6개, 차륜속도 100 km/h 진동 패턴 84
그림 72. 수치해석 결과 진동 가속도 발생 패턴 비교I 84
그림 73. 수치해석 결과 진동 가속도 발생 패턴 비교II 85
그림 74. 진동가속도 데이터와 소형충격재하시험(LWD) 상관분석 결과 87
그림 75. 궤도검측차(EM-140k)의 측정데이터와 수치해석 데이터 비교 89