KR100621485B1 - 고속철도용 프리스트레스 침목의 구조 - Google Patents

고속철도용 프리스트레스 침목의 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조립식 콘크리트침목에 예압을 부여하여 철도차량으로부터 레일을 통해 가해지는 충격에너지를 효과적으로 흡수하고 충격에 저항하는 강도를 향상시킬 수 있도록 한 고속철도용 프리스트레스 침목의 구조에 관한 것으로, 판스프링(50)(52)(54)(56)의 곡률반경(R1)을 콘크리트침목(30)의 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36)에 형성된 곡면(32a)(34b)(34a)(36b)의 곡률반경(R2)(R3)보다 작은 곡률반경을 갖도록 형성하여 판스프링(50)(52)(54)(56)이 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36) 사이에 밀착될 때 펴지면서 예압을 갖고 밀착되도록 구성된 것이다.
철도,침목,기초,침하,프리스트레스,판스프링,완충시트

Description

고속철도용 프리스트레스 침목의 구조{Pre-stress block structure for high-speed railroad}
도 1은 종래 콘크리트 철도 침목을 보인 사시도
도 2는 종래 콘크리트 철도 침목이 철도에 적용된 상태를 보인 평면도
도 3은 본 발명에 따른 고속철도용 프리스트레스 침목의 구조를 보인 분해사시도
도 4는 본 발명에 따른 고속철도용 프리스트레스 침목의 구조를 보인 사시도
도 5는 본 발명에 따른 고속철도용 프리스트레스 침목의 구조를 보인 측면도
도 6은 도5의 A-A선 단면도
도 7은 본 발명에 따른 프리스트레스 철도 침목이 고속철도에 적용된 것을 보인 사시도
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *
30 : 콘크리트침목 32 : 상부블록
32a,34b,34a,36b : 곡면 34 : 중간블록
36 : 하부블록 40,42 : 리브
44,46 : 홈 50,52,54,56 : 판스프링
60,62,64,66 : 완충시트, 90,92 : 예압볼트
94,96 : 너트 R1,R2,R3 : 곡률반경
T1,T2 : 두께 70,71,72,73,74,75,76,80,82,84,86 : 체결공
본 발명은 고속철도용 프리스트레스 침목의 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조립식 콘크리트침목에 예압을 부여하여 철도차량으로부터 레일을 통해 가해지는 충격에너지를 효과적으로 흡수하고 충격에 저항하는 강도를 향상시킬 수 있도록 한 고속철도용 프리스트레스 침목의 구조에 관한 것이다.
일반적으로 철도는 지반 위에 깬 자갈을 깐 다음 그 위에 침목을 일정한 간격으로 놓고, 침목 위에 레일이 평행하게 설치되어 있다.
이와 같은 종래 고속철도용 침목은 첨부도면 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 인장력에는 약하지만 압축력에는 강한 콘크리트의 약점을 보완한 프리스트레스 콘크리트(Prestressed Concrete) 침목을 사용하고 있는데, 길이방향으로 내장된 여러 가닥의 강선을 잭을 이용하여 양쪽으로 잡아당겨 강선에 미리 스트레스를 준 상태에서 거푸집에 콘크리트를 부어 굳히게 되면, 강선이 스트레스를 받은 상태로 고정되어 콘크리트 침목(10)에 스트레스가 부여된다.
이렇게 해서 굳은 콘크리트 침목(10)은 수축하려는 강선에 의해 항상 압축력을 받고 있는 상태로 되고 열차가 지나갈 때 침목이 수직하중을 받으면 침목의 중심선을 기준으로 윗부분은 압축력, 아랫부분은 인장력을 받게 되는데 이미 압축력 이 침목(10) 전체에 걸쳐 분포하고 있기 때문에 중심선 윗쪽은 압축력이 더욱 증가하고 중심선 아랫쪽은 압축력과 인장력이 서로 상쇄되어 응력이 거의 없어지게 된다.
자갈은 침목(10)을 지지해주면서 동시에 침목(10)이 정해진 위치에서 벗어나지 않도록 붙잡아 주는 역할을 하게 되며, 콘크리트나 나무 침목이 열차의 무게에 의해 눌리면 열차의 중량을 자갈을 통해 넓게 분산시켜 주어 지반의 균열을 방지하는 역할을 하게 된다.
또한, 자갈은 깬 자갈을 사용하여 표면 마찰력을 증대시키고 있으며, 침목(10)은 클램프(14)를 통해 레일(12)을 견고하게 붙잡아 좌우 레일의 폭을 일정하게 유지하면서 레일(12)로부터 받은 열차의 하중을 자갈 도상에 넓게 분포시켜주는 역할을 하게 된다.
그러나, 종래 프리스트레스 콘크리트 침목은 거푸집에 콘크리트를 부어넣기 전에 강선을 잭으로 당겨서 잡고 있어야 되기 때문에 성형작업이 번거롭게 되는 문제점이 있었으며, 콘크리트 침목에 균열이 진행되면, 순간 예압을 상실하기 때문에 균열에 매우 취약한 구조로 되어 있었고, 모두 일체형으로 성형되어 있었기 때문에 작은 균열이 급속도로 진행되는 매우 취약한 구조로 되어 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 프리스트레스 콘크리트 침목의 균열 이행을 방지하고, 예압을 보다 크게 부여함으로써 콘크리트 압축강도를 크게 향상시킬 수 있으며, 탄성력을 부여하여 진동을 보 다 효과적으로 흡수함으로써 고속철도에서의 승차감을 현저하게 향상시킬 수 있는 고속철도용 프리스트레스 침목의 구조를 제공함에 있다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 판스프링의 곡률반경을 콘크리트침목의 상부블록과 중간블록, 하부블록에 형성된 곡면의 곡률반경보다 작은 곡률반경을 갖도록 형성하여 판스프링이 상부블록과 중간블록, 하부블록 사이에 밀착될 때 펴지면서 예압을 갖고 밀착되도록 구성하여 고속철도용 프리스트레스 침목의 구조가 제공된다.
이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
첨부도면 도3 내지 도7에 도시된 바와 같이 콘크리트침목(30)이 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36)으로 분할되어 적층되고, 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36) 간의 맞닿는 면이 양단으로부터 중앙으로 향할수록 높이가 낮아지는 곡면(32a)(34b)(34a)(36b)으로 형성되며, 그 곡면(32a)(34b)(34a)(36b) 중앙에 요철(凹凸) 형태로 결합되는 리브(40)(42)와 홈(44)(46)이 길이방향으로 형성된다.
또한, 자유상태에서 양단이 상향 만곡되고 밑면에 완충시트(60)(62)(64)(66)가 위치된 판스프링(50)(52)(54)(56)이 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36) 사이사이에 개재되며, 콘크리트침목(30)과 판스프링(50)(52)(54)(56) 및 완충시트(60)(62)(64)(66)의 양단에 상하방향으로 중심이 일치하는 복수의 체결공(70)(71)(72)(73)(74)(75)(76)(80)(82)(84)(86)이 관통되게 형성되고, 그 체결공(70)(71)(72)(73)(74)(75)(76)(80)(82)(84)(86)으로 삽입되는 예압볼트(90)(92)와 너트(94)(96)에 의해 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36)이 결합된다.
여기서 판스프링(50)(52)(54)(56)의 곡률반경(R1)을 콘크리트침목(30)의 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36)에 형성된 곡면(32a)(34b)(34a)(36b)의 곡률반경(R2)(R3)보다 작은 곡률반경을 갖도록 형성하여 판스프링(50)(52)(54)(56)이 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36) 사이에 밀착될 때 펴지면서 예압을 갖고 밀착되도록 한다.
또한, 상부블록(32)과 중간블록(34) 사이에 설치된 판스프링(50)(52)의 두께(T1)가 중간블록(34)과 하부블록(36) 사이에 설치된 판스프링(54)(56)의 두께(T2)를 더 두껍게 형성하고, 상부블록(32)과 중간블록(34)에 형성된 곡면(32a)(34b)의 곡률반경(R2)이 중간블록(34)과 하부블록(36) 사이에 형성된 곡면(34a)(36b)의 곡률반경(R3)보다 작은 더 곡률반경을 갖도록 한다.
또, 조립 후 판스프링(50)(52)(54)(56)이 부식되는 것을 방지하기 위해 콘크리트침목(30)의 측면을 따라 폴리우레탄 코팅재를 도포하여 막을 형성하게 되면, 판스프링(50)(52)(54)(56)이 은폐되어 내식성이 증가된다.
도면 중 미설명 부호 100은 철도 레일을 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 따른 작용을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
첨부도면 도3 내지 도7에 도시된 바와 같이 콘크리트침목(30)을 구성하고 있는 상부블록(32)과 중간블록(34) 및 하부블록(36) 사이사이에 판스프링(50)(52)(54)(56)과 완충시트(60)(62)(64)(66)를 개재한 상태에서 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36)의 양단을 가압하게 되면, 판스프링(50)(52)(54)(56)의 곡률반경(R1)이 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36)에 형성된 곡면(32a)(34b)(34a)(36b)의 곡률반경(R2)(R3)보다 작은 곡률반경으로 형성되어 있기 때문에 판스프링(50)(52)(54)(56)의 양단이 하측으로 눌리면서 탄성을 갖고 압착된다.
위와 같이 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36), 판스프링(50)(52)(54)(56) 및 완충시트(60)(62)(64)(66)를 밀착시킨 상태에서 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36), 판스프링(50)(52)(54)(56), 완충시트(60)(62)(64)(66)에 형성된 체결공(70)(71)(72)(73)(74)(75)(76)(80)(82)(84)(86)에 예압볼트(90)(92)를 삽입하고 예압볼트(90)(92)에 너트(94)(96)를 결합하여 조이게 되면, 판스프링(50)(52)(54)(56)에 의해 상부블록(32)과 중간블록(34) 및 하부블록(36)으로 이루어진 콘크리트침목(30)의 양단에 상측으로 작용되는 예압을 지니게 된다.
이때 예압볼트(90)(92)과 너트(94)(96)를 결합할 때 토크렌치를 이용하게 되면, 콘크리트침목(30)의 양단을 일정한 힘으로 조일 수 있게 되어 예압을 균일하게 할 수 있게 된다.
한편, 철도의 지반 위에 콘크리트침목(30)을 가로방향으로 배치하고, 콘크리트침목(30) 위에 길이방향으로 레일(100)을 설치한 다음 철도차량이 통과하게 되면, 중량체인 차량으로부터 작용되는 하중이 레일(100)을 통해 콘크리트침목(30)의 양단에 작용된다.
이때 콘크리트침목(30)의 양단은 판스프링(50)(52)(54)(56)에 의해 상측으로 향하도록 예압이 걸려 있기 때문에 콘크리트침목(30)의 강성이 향상되어 특히 콘크리트침목(30)의 중앙부 균열을 방지할 수 있게 된다.
또한, 판스프링(50)(52)(54)(56)은 탄성을 지니고 있기 때문에 콘크리트침목(30)의 탄성력이 증가하여 차량으로부터 작용되는 충격하중을 부드럽게 흡수하여 승차감을 향상시키는 작용을 하게 되며, 판스프링(50)(52)(54)(56) 밑에 위치된 완충시트(60)(62)(64)(66)에 의해 판스프링(50)(52)(54)(56)의 저면 중앙에 집중되는 하중을 넓게 분포시켜 충격이 국부에 집중적으로 작용되는 것을 방지하게 된다.
그리고, 상부블록(32)과 중간블록(34) 사이에 설치된 판스프링(50)(52)의 두께(T1)가 중간블록(34)과 하부블록(36) 사이에 설치된 판스프링(54)(56)의 두께(T2)보다 더 두꺼울 뿐만 아니라 상부블록(32)과 중간블록(34) 사이에 형성된 곡면(32a)(34b)의 곡률반경(R2)이 중간블록(34)과 하부블록(36) 사이에 형성된 곡면(34a)(36b)의 곡률반경(R3)보다 작은 곡률반경을 갖기 때문에 상부블록(32)과 중간블록(34)에서는 작은 충격에 더 예민하게 되고, 중간블록(34)과 하부블록(36)에서는 큰 충격에 반응하여 차량으로 가해지는 충격을 상측으로부터 하측으로 순차적으 로 흡수하여 충격이 콘크리트침목(30) 전체에 고르게 분포되어 충격흡수효율이 향상된다.
또한, 상부블록(32)과 중간블록(34)에 개재된 판스프링(50)(52)에 가해지는 예압과 중간블록(34)과 하부블록(36)에 개재된 판스프링(54)(56)에 가해지는 예압이 서로 다르기 때문에 공진의 염려가 없게 되어 충격을 흡수하는 도중에 진폭이 커지는 것을 방지하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 조립식으로 구성되어 있기 때문에 콘크리트침목을 거푸집에서 성형할 때 기존 이장된 강선을 삽입할 때와 비교하여 성형이 용이하게 되는 효과가 있으며, 콘크리트침목 성형 후 판스프링에 의해 콘크리트침목에 예압을 걸도록 구성되어 있기 때문에 수직하중에 저항하는 힘을 더욱 배가시킬 수 있는 효과가 있다.
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Claims (2)

  1. 콘크리트침목(30)이 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36)으로 분할되어 적층되고, 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36) 간의 맞닿는 면이 양단으로부터 중앙으로 향할수록 높이가 낮아지는 곡면(32a)(34b)(34a)(36b)으로 형성되며, 그 곡면(32a)(34b)(34a)(36b) 중앙에 요철(凹凸) 형태로 결합되는 리브(40)(42)와 홈(44)(46)이 길이방향으로 형성되고, 자유상태에서 양단이 상향 만곡되고 밑면에 완충시트(60)(62)(64)(66)가 위치된 판스프링(50)(52)(54)(56)이 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36) 사이사이에 개재되며, 콘크리트침목(30)과 판스프링(50)(52)(54)(56) 및 완충시트(60)(62)(64)(66)의 양단에 상하방향으로 중심이 일치하는 복수의 체결공(70)(71)(72)(73)(74)(75)(76)(80)(82)(84)(86)이 관통되게 형성되고, 그 체결공(70)(71)(72)(73)(74)(75)(76)(80)(82)(84)(86)으로 삽입되는 예압볼트(90)(92)와 너트(94)(96)에 의해 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36)이 결합되는 고속철도용 침목의 구조에 있어서,
    상기 판스프링(50)(52)(54)(56)의 곡률반경(R1)을 콘크리트침목(30)의 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36)에 형성된 곡면(32a)(34b)(34a)(36b)의 곡률반경(R2)(R3)보다 작은 곡률반경을 갖도록 형성하여 판스프링(50)(52)(54)(56)이 상부블록(32)과 중간블록(34), 하부블록(36) 사이에 밀착될 때 펴지면서 예압을 갖고 밀착되도록 구성한 것을 특징으로 하는 고속철도용 프리스트레스 침목의 구조.
  2. 삭제
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