KR100716235B1 - 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치 - Google Patents

승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 승강장 스크린도어에 작용하는 수평하중을 실제와 동일하게 구현할 수 있는 시험장치에 관한 것이다.
본 발명은 승강장 스크린도어에 작용하는 풍압하중 또는 열차풍압하중과, 사람의 미는 힘에 의한 집중하중을 동시에 구현할 수 있는 시험장치에서, 2개의 슬라이딩도어와 2개의 비상도어를 포함하여 구성된 승강장 스크린도어 1유닛에 맞추어 후면이 트여있는 박스형으로 제작되어 상기 후면은 스크린도어 취부대에 장착되고, 전면에는 공기흡입덕트가 형성된 압력챔버; 상기 압력챔버의 외부에 설치되어 상기 압력챔버 전면의 공기흡입덕트를 통해 압력챔버 내부로 공기를 불어 넣는 송풍기; 및 상기 압력챔버의 내부에 설치되어 상기 스크린도어에 수평압력을 가하는 유압 엑츄에이터; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 승강장 스크린도어 수평하중 시험장치를 제공한다.
승강장 스크린도어, 압력챔버, 송풍기, 유압 엑츄레이터, 압력변환기, 로드셀, 변위변환기, 응력측정기, 증폭기

Description

승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치{Apparatus of structure test on lateral load for platform screen door}
도1은 승강장 스크린도어 및 승강장 스크린도어에 작용하는 수평하중의 종류를 도시한 것이다.
도2는 열차풍압 및 풍압의 실제 작용조건 및 종래의 시험방법을 도시한 것이다.
도3은 본 발명에 따른 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치의 모식도이다.
도4는 승강장 스크린도어 1유닛을 도시한 것이다.
도5는 압력챔버 내부를 도시한 것이다.
도6은 수평하중에 따른 승강장 스크린도어 변형에 대한 모식도이다.
도7은 피로하중에 대한 시험을 위해 승강장 스크린도어의 양측면에 수평하중 시험장치를 장착한 예를 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 승강장 스크린도어 1유닛 20 : 스크린도어 취부대
100 : 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치
110 : 압력챔버 120 : 송풍기
130 : 유압 엑츄에이터
본 발명은 승강장 스크린도어에 작용하는 수평하중을 실제와 동일하게 구현할 수 있는 시험장치에 관한 것이다. 도시철도의 지하구간은 열차풍, 분진 및 기온의 기류에 의해 이용한경의 악화가 초래되고 있으며, 승강장에서의 추락사고가 지속적으로 발생하는 등, 승객의 안전과 편의 도모에 취약한 시설로 평가되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 국내에서는 승강장 스크린도어 시스템을 활발히 도입하고 있다.
도1은 승강장 스크린도어 및 승강장 스크린도어에 작용하는 수평하중의 종류를 도시한 것이다. 도1의 (a)에서 도시된 바와 같은 승강장 스크린도어는 도1의 (b)에서 도시된 바와 같이 열차운행에 의한 열차풍압하중, 지상기류에 의한 풍압하중 및 사람의 밀침에 의한 집중하중 등 다양한 수평하중을 받게 되며, 승강장 스크린도어 제작시에는 이러한 수평하중을 고려한 안전한 구조설계가 이루어져야 한다. 따라서, 실제 승강장 스크린도어에 작용하는 수평하중과 동일한 조건의 하중을 가 해줄 수 있는 시험장치로 수평하중에 대한 승강장 스크린도어의 응력을 시험하고, 구조적 안정성 평가에 대한 객관적 평가리스트를 마련하여, 승강장 스크린도어의 구조설계에 반영함으로서, 철도시설을 이용하는 승객에게 안전한 환경을 제공할 필요가 있다.
종래에도 승강장 스크린도어에 작용하는 수평하중과 관련한 구조적 안전성 평가시험이 수행되어 왔다. 그러나, 상기한 바와 같은 종래의 시험방법은 실제 승강장 스크린도어에 작용하는 수평하중을 적절하게 반영하지 못하였고 판정기준에 대한 타당성마저 결여되어, 승강장 스크린도어가 수평하중에 대하여 안전하게 제작된 것인지 또는 너무 과대하게 설계된 것은 아닌지에 대해 실무상으로 문제가 되어왔다.
도2는 열차풍압 및 풍압의 실제 작용조건 및 종래의 시험방법을 도시한 것이다. 열차운행에 의한 열차풍압하중과 기류에 의한 풍압하중은 승강장 스크린도어 전체면적에 대하여 균일하게 작용한다. 다시 말해서 열차풍압하중과 풍압하중은 집중하중이 아니라 분포하중의 성격을 갖는다. 따라서 이들 수평하중에 대한 시험을 수행하기 위해서는 도2의 (a)에 도시된 바와 같이 승강장 스크린도어 전체에 분포하중을 작용시키고 그 결과를 판정하는 방식으로 시험이 수행되어야 한다.
그러나, 종래의 시험방법에서는 도2의 (b)에 도시된 바와 같이 승강장 스크 린도어의 상부프레임에 설계수평하중과 승강장 스크린도어의 면적을 고려하여 산출한 집중하중을 작용시켜 왔다. 따라서 이러한 하중의 작용방법은 실제현상을 타당하게 반영하지 못하는 것으로 판단된다.
또한, 종래에 수행되고 있는 시험의 판정기준은 "기계적으로 비틀림이 없어야 함", "기능에 이상이 없어야 함", "출입문 열림과 닫힘에 이상이 없을 것", "외관상태가 변형이 없을 것" 등의 정성(定性)적 기준으로서 시험결과를 해석하는 자의 주관이 개입된 판단이 이루어질 소지가 있어 불합리한 기준으로 판단된다.
철도 이용객의 안전성 확보를 위해서는 열차풍압하중, 풍압하중 및 이용객의 밀침에 의한 수평하중을 받는 승강장 스크린도어를 구조적으로 안전하게 설계 및 제작하여야 하며, 이러한 사항은 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험을 통해 검증되어야 한다. 종래에 수행되어 왔던 시험장치 및 시험방법으로는 승강장 스크린도어의 구조적 안전성 평가가 타당하게 이루어지기 어려우므로, 본 발명은 승강장 스크린도어에 작용하는 수평하중의 작용 형태를 그대로 반영할 수 있는 시험장치와 시험방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 승강장 스크린도어에 작용하는 풍압하중, 열차풍압하중 및 사람의 미는 힘에 의한 집중하중을 동시에 구현할 수 있는 시험장치에서, 2개의 슬라이딩 도어와 2개의 비상도어를 포함하여 구성된 승강장 스크린도어 1유닛에 맞추어 후면이 트여있는 박스형으로 제작되어 상기 후면은 스크린도어 취부대에 장착되고, 전면에는 공기흡입덕트가 형성된 압력챔버; 상기 압력챔버의 외부에 설치되어 상기 압력챔버 전면의 공기흡입덕트를 통해 압력챔버 내부로 공기를 불어 넣는 송풍기; 및 상기 압력챔버의 내부에 설치되어 상기 스크린도어에 수평압력을 가하는 유압 엑츄에이터; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 승강장 스크린도어 수평하중 시험장치를 제공한다.
철도 승강장에 설치되는 스크린도어에 가해지는 수평하중은 지하역사에서 주로 발생하는 열차풍압하중, 지상역사에서 주로 발생하는 풍압하중 및 철도 이용 승객의 미는 힘에 의한 집중하중으로 구분할 수 있다. 이하에서는 상기 각 수평하중에 대한 내용을 간단히 설명한 후 본 발명에 따른 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치 및 시험방법을 각 도면과 함께 설명하기로 한다.
Ⅰ. 수평하중의 종류
1. 풍압하중(Wind pressure load)
풍압하중은 바람, 태풍 등의 기류에 의해 지상역사에 설치된 스크린도어에 가해지는 하중으로서 태풍의 경우와 같은 최악의 조건을 상정하여 산출한다. 풍압하중은 다음의 풍압계산식에 의해 산출하며, 식에서 ρ는 공기밀도, V는 풍속, C는 풍압계수를 나타낸다.
Figure 112006063411319-pat00001
2. 열차풍압하중(Train pressure load)
열차가 들어오거나 나갈 때 승강장 스크린도어에 가해지는 하중을 의미한다. 노선특성과 승강장 스크린도어 설치환경에 따라 적용값이 상이하며, 특히 지하역사에 설치된 스크린도어에 대해서는 본선터널형식(단선터널, 복선터널), 열차운행속도 및 단면폐색율 등을 고려하여 열차풍합하중을 산출한다.
3. 집중하중 (Concentrated load)
사람의 밀침에 의해서 스크린도어에 가해지는 하중을 의미하는 것으로서 승강장 바닥에서 대략 1.1m 높이에서 선형하중의 형태로 작용하는 것 등으로 단순화한다.
Ⅱ. 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치
도3은 본 발명에 따른 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치의 모식도이다. 승강장 스크린도어에 작용하는 수평하중인 풍압하중 또는 열차풍압하중과, 사람의 미는 힘에 의한 집중하중을 동시에 구현하기 위해서 본 발명에 따른 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치(100)는 압력챔버(110), 송풍기(120) 및 유압 액츄에이터(130)를 포함하여 구성된다.
도4는 승강장 스크린도어 1유닛(10)을 도시한 것이다. 승강장 스크린도어 1유닛은 도4에 도시된 바와 같이 2개의 슬라이딩도어(11)와 2개의 비상도어(12)를 포함하여 구성된다.
도5는 압력챔버(110) 내부를 도시한 것이다. 상기 압력챔버(110)는 상기 승강장 스크린도어 1유닛(10)에 맞추어 후면이 트여있는 박스형으로 제작되어 상기 후면은 도3에 도시된 바와 같이 스크린도어 취부대(20)에 장착되고, 전면에는 공기흡입덕트(111)가 형성되어 있다. 상기 압력챔버(110)는 전면의 공기흡입덕트(111) 외에는 밀실하게 구성되어 공기가 세어 나가지 않도록 해야 하며, H빔 등을 이용한 스틸프레임 구조로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 압력챔버(110)의 후면 테두리를 따라서는 다수개의 채움브래킷(112)을 장착하여 상기 압력챔버(110)를 승강장 스크린도어 취부대(20)에 용이하게 장착하도록 할 수 있다. 또한, 상기 압력챔버(110)의 측면 및 상면에는 작업자가 상기 압력챔버의 상면으로 올라 작업할 수 있도록 사다리(113)와 안전난간(114)을 장착할 수 있으며, 압력챔버(110)의 측면 또는 전면에는 압력챔버의 내부 상태를 관찰하기 위한 관찰창(115)을 만들어 둘 수 있다. (도5 참조)
상기 송풍기(120)는 상기 압력챔버(110)의 외부에 설치되어 상기 압력챔버 (110)전면의 공기흡입덕트(111)를 통해 압력챔버(110) 내부로 공기를 불어 넣어 풍압하중과 열차풍압하중을 구현하는 기기이다. 상기 풍압하중과 열차풍압하중은 승강장 스크린도어 전체면에 힘이 작용하는 분포하중이므로 상기 압력챔버(110) 내부로 짧은 시간 동안 많은 양의 압축공기를 불어 넣을 수 있는 대용량 송풍기를 사용해야 한다. 최대 400kgf/㎡의 압축공기를 생성할 수 있는 송풍기가 적절하다. 한편, 상기 압력챔버(110) 전면에는, 상기 송풍기를 받쳐주는 송풍기거치대(118)를 더 포함시켜 구성하면 본 발명에 따른 수평하중 시험장치의 운반, 설치 등을 용이하게 할 수 있다.
상기 유압 엑츄에이터(130)는 상기 압력챔버(110)의 내부에 설치되어 상기 스크린도어(10)에 수평압력을 가하여 사람이 미는 힘에 의한 집중하중을 구현하는 기기이다. 상기 집중하중은 선형하중으로서 최대 300kgf/m의 하중을 제어할 수 있는 유압 엑츄에이터가(130) 적절하다. 한편, 상기 압력챔버(110) 내부에는, 평행하게 설치된 한 쌍의 수평레일(116) 및 상기 수평레일(116)을 가로지르도록 설치되어 상기 수평레일(116)을 따라 좌우로 움직일 수 있는 하나 또는 다수개의 수직레일(117)을 더 포함하여 구성되되, 상기 유압 엑츄에이터(130)는 상기 수직레일(117)을 따라 상하로 움직일 수 있도록 장착하여, 집중하중의 작용위치를 조정할 수 있다. (도5참조)
풍압하중의 작용방향은 수시로 바뀔 수 있다. 또한, 열차가 승강장으로 들어올 때는 선로에서 승강장 방향으로 열차풍압하중이 작용하고 열차가 승강장을 빠져나갈 때는 승강장에서 선로방향으로 열차풍압하중이 작용한다. 한편, 사람의 미는 힘에 의한 집중하중은 항상 승강장에서 선로쪽으로 작용한다. 따라서, 상기 풍압하중, 열차풍압하중과 집중하중의 작용방향이 달라질 수 있다. 그러나 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험은 최악조건을 상정하여 수평하중을 가해야 하므로 본 발명에 따른 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치는 풍압하중, 열차풍압하중, 집중하중이 모두 같은 방향으로 작용하도록 설계된 것이다.
Ⅲ. 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험방법
본 발명은 청구항 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치(100)를 이용하여 수평하중에 대한 승강장 스크린도어의 구조적 안전성을 시험하는 방법에서, 상기 압력챔버(110)는 2개의 슬라이딩도어(11)와 2개의 비상도어(12)를 포함하여 구성된 승강장 스크린도어 1유닛(10)에 장착되고, 상기 송풍기(120)는 압력챔버(110) 내에 압축공기를 불어넣어 풍압하중 또는 열차풍압하중을 구현하고, 상기 유압 엑츄에이터(130)는 사람이 미는 힘에 의한 집중하중을 구현하도록 하여, 상기 승강장 스크린도어의 수평 변형치가 허용변형치 이내인지 측정한 결과로 강도적 기준에 적합한지 여부를 판정하고, 상기 수평하중 적용시의 발생응력이 상기 승강장 스크린도어를 구성하는 재료의 허용응력 이내인지 측정한 결과로 강성적 기준에 적합한지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험방법을 제공한다.
풍압하중 또는 열차풍압하중과, 사람의 미는 힘에 의한 집중하중에 대한 승강장 스크린도어의 구조적 안전성을 시험할 때는, 지상 승강장 스크린도어에 대해서는 풍압하중과 집중하중을 고려하고, 지하 승강장 스크린도어에서는 열차풍압하중과 집중하중을 고려한다.
위에서 설명한 바와 같은 승강장 스크린도어 수평하중 시험장치(100)를 승강장 스크린도어(10) 1유닛에 장착하고, 상기 송풍기(120)와 유압 엑츄에이터(130)를 동시에 작동시켜, 풍압하중 또는 열차풍압하중과 사람의 미는 힘에 의한 집중하중이 같은 방향으로 동시에 작용하는 상황을 구현한다. 이 때, 상기 송풍기(120)와 유압 엑츄에이터(130)는 미리 짜여진 프로그램에 따라 단계적으로 작용 수평하중을 높여갈 수 있으며 수평하중에 따른 시험결과 보고서가 출력되도록 한다.
상기 시험결과는 크게 강성적 기준과 강도적 기준으로 구분하여 출력할 수 있다. 상기 승강장 스크린도어에 수평하중이 작용하여 승강장 스크린도어에 허용변형치를 넘는 수평변형이 발생하면 도6에 도시된 바와 같이 승강장 스크린도어의 연결부, 동작부 및 취약부 등에 응력이 발생하고, 2차모멘트가 가해지게 되므로 수평 변형이 허용변형치 이내로 제한되어야 한다. 또한, 승강장 스크린도어에 수평하중이 작용하고 스크린도어의 각 부분에서 발생한 응력이 스크린도어를 구성하고 있는 재료의 허용응력을 넘으면 스크린도어가 구조적으로 안전하지 못하게 된다.
따라서, 상기 강도적 기준은 수평하중 적용시 최대 수평 변형치가 허용변형치 이내인지를 기준으로, 상기 강성적 기준은 수평하중 적용시 발생응력이 구성 재료의 허용응력 이내인지를 기준으로 승강장 스크린도어의 수평하중에 대한 시험결과(안전성에 대한 적부)를 검토할 수 있다.
측정장치로는 승강장 스크린도어에 가해진 집중하중과 풍압하중에 의한 도어의 변위를 0~100㎜ 범위에서 정밀하게 측정하는 변위변환기, 승강장 스크린도어의 변형률, 힘을 측정하여 응력을 구하고 힘의 작용 면적을 파악하는 응력측정기, 유압 엑츄에이터에 작용하는 집중하중을 측정하여 적정 시험 하중을 적용하도록 하는 로드셀, 열차풍하중 작용시 압력챔버 내부의 압력을 정밀하게 측정하는 압력변환기 등을 사용할 수 있다. 이 때, 상기 증폭기로 압력변환기, 로드셀, 변위변환기 및 응력측정기에서 제공되는 신호는 증폭기로 증폭시킨 후 출력하여, 상기 출력값을 기초로 승강장 스크린도어의 강도적 기준과 강성적 기준에 적합한지 여부를 판정할 수 있다.
한편, 본 발명은 청구항 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치(100)를 이용하여, 선로쪽에서 승강장쪽으로 작용하는 열차풍압하중과 승강장쪽에서 선로쪽으로 작용하는 열차풍압하중이 지속적으로 반복되어 문제되는 피로하중에 대한 승강장 스크린도어의 구조적 안전성을 시험하는 방법에서, 상기 압력챔버(110)는 2개의 슬라이딩도어(11)와 2개의 비상도어(12)를 포함하여 구성된 승강장 스크린도어 1유닛(10)의 양면에 각각 장착되고, 상기 양 압력챔버 각각의 내부에는, 송풍기로 압축공기를 지속적으로 번갈아가며 불어넣어 열차풍압하중에 의한 피로하중을 구현하여, 상기 승강장 스크린도어의 수평 변형치가 허용변형치 이내인지를 측정하여, 강도적 기준에 적합한지 여부를 판정하고, 상기 수평하중 적용시의 발생응력이 상기 승강장 스크린도어를 구성하는 재료의 허용응력 이내인지를 측정하여, 강성적 기준에 적합한지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험방법을 제공한다.
열차의 통과량이 많을 때의 승강장 스크린도어에는 선로쪽에서 승강장쪽으로 작용하는 열차풍압하중과 승강장쪽에서 선로쪽으로 작용하는 열차풍압하중이 계속적으로 반복되어, 피로하중에 의한 응력과 변형이 발생한다. 이러한 조건을 구현하기 위해서는 도7에 도시된 바와 같이 상기 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치를 스크린도어 1유닛의 양쪽면에 장착하여 송풍기를 제어함으로서 실제 상황과 동일한 조건하에서 강성적 기준과 강도적 기준을 만족시키는지 여부에 대한 시험결과를 도출할 수 있다.
본 발명에 따른 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치는 승강장 스크린도어에 작용하는 풍압하중 또는 열차풍압하중과 사람의 미는 힘에 의한 집중하중을 동시에 구현할 수 있어 승강장 스크린도어의 구조적 안전성에 대한 정확한 시험결과를 얻을 수 있다.
따라서, 승강장 스크린도어 설계시, 상기 시험결과를 합리적으로 반영하여 안전성을 보장함은 물론, 승강장 스크린도어의 구조설계가 과대하게 진행됨으로 인한 스크린도어 시스템 자체 구조 및 승강장 구조의 초기설비비용 증가를 막을 수 있으며, 장기적으로 승강장 스크린도어 시스템의 설계와 제작에 관련된 독자적 기술력 확보에 기여할 수 있다.

Claims (7)

  1. 승강장 스크린도어에 작용하는 풍압하중 또는 열차풍압하중과, 사람의 미는 힘에 의한 집중하중을 동시에 구현할 수 있는 시험장치에서,
    2개의 슬라이딩도어와 2개의 비상도어를 포함하여 구성된 승강장 스크린도어 1유닛에 맞추어 후면이 트여있는 박스형으로 제작되어 상기 후면은 스크린도어 취부대에 장착되고, 전면에는 공기흡입덕트가 형성된 압력챔버;
    상기 압력챔버의 외부에 설치되어 상기 압력챔버 전면의 공기흡입덕트를 통해 압력챔버 내부로 공기를 불어 넣는 송풍기; 및
    상기 압력챔버의 내부에 설치되어 상기 스크린도어에 수평압력을 가하는 유압 엑츄에이터; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치.
  2. 제1항에서, 상기 압력챔버 내부에는,
    평행하게 설치된 한 쌍의 수평레일; 및
    상기 수평레일을 가로지르도록 설치되어 상기 수평레일을 따라 좌우로 움직일 수 있는 하나 또는 다수개의 수직레일; 을 더 포함하여 구성되되,
    상기 유압 엑츄에이터는 상기 수직레일을 따라 상하로 움직일 수 있도록 장착된 것을 특징으로 하는 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치.
  3. 제2항에서, 상기 압력챔버 전면에는,
    상기 송풍기를 받쳐주는 송풍기거치대; 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 승강장 스크린도어에 대한 수평하중 시험장치.
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