KR100759923B1 - 철도의 저형고 장지간 거더. - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도의 거더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 거더의 강성 증대로 저형고 장지간을 시현할 수 있도록 한 철도의 저형고 장지간 거더에 관한 것으로,

본 발명의 거더는 신규거더, 교체거더, 임시거더든 관계없이 3 주형 거더로 하여 구조적 강성을 증대 시켜서 저중량 저형고 장지간의 거더를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적은 양측으로 각각 구비되는 일정길이의 메인빔(10A,10B);

상기 한 쌍의 메인빔(10A,10B)의 전후 지점부 구간(A)과 중앙부 사이의 구간(B)에 일정간격으로 고정되는 레일받침수단(20);

상기 한 쌍의 메인빔(10A,10B)의 중앙부 구간(C)에는 각각의 메인빔 하부 사이에 고정되는 지지수단(30); 및

상기 지지수단(30)의 상부에 종으로 고정되는 보강수단(40)을 고정해서 3 주형의 기본틀로 된 것을 특징으로 한 철도의 저형고 장지간 거더에 의해 달성된다.

철도, 거더, 교량

Description

철도의 저형고 장지간 거더.{Low height and longspan girder for a railway.}

도 1은 본 발명의 거더 사시도,

도 2a는 도 1의 지점부 구간(A) 단면도,

도 2b는 도 1의 지점부와 중앙부 사이 구간(B) 단면도,

도 2c는 도 1의 중앙부 구간(C) 단면도,

도 2d는 도 1의 지점부 구간(A)의 다른 실시예 단면도,

도 2e는 본 발명의 중앙부 구간의 보강수단의 다른 실시 예를 보인 단면도,

도 3은 도 1의 지점부 구간(A) 강결 구조를 보인 단면도,

도 4는 본 발명이 한 쌍으로 구현된 철도의 거더 전체 사시도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

본 발명은 철도의 거더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 거더의 강성 증대로 저형고 장지간을 시현할 수 있도록 한 철도의 저형고 장지간 거더에 관한 것이 다.

지난 1960년대 이후 급격한 사회와 산업발달에 따라 우리나라의 국내교통체계는 짧은 시간 안에 신속한 교통망 구축과 한정된 투자비용등을 위주로 검토되어, 고속도로나 국도 등의 도로교통을 중심으로 전개되어왔다.

그러나, 1980년대 후반부터 차량정체와 대기오염의 도로교통의 한계성과 문제점들이 대두되기 시작하여 철도교통의 우수성이 다시 부각되어 우리나라의 중심축인 서울과 부산에 경부고속철도를 건설하여 2004년 4월 300km의 KTX 고속열차가 개통되었으며, 21세기 교통수단으로서 신속한 대량수송과 친환경적인 측면에서 철도교통의 중요성은 더욱 강조되고 있다.

이러한 교통시스템에 대한 인식과 사고의 변화는 노후된 기존 철도에 대한 새로운 건설과 개선의 필요성을 동반하여, 최근의 철도사업 투자는 다른 교통분야에 비해 절대적으로 증가하고 있다.

이러한 철도사업의 투자확대는 신설선 건설사업과 기존선의 개량사업으로 구분되어지는데, 최근의 사업추진방향은 꼭 필요한 신설 사업 외에는'기존 철도 노선의 개량'이 주된 방향으로, 이는 기존 철도노선의 개량을 통해 상당한 속도 향상 등을 꾀하는 것이 사업의 효율성 측면에서 바람직하기 때문이다.

이런 '기존 철도노선의 개량'은 공사특성상 열차운행 중에 시행 되는 것이 대부분으로 증가하고 있는 추세이며, 보통 "열차 운행 중 공사"로 약칭해서 서술된다.

그리고, 기존 노선의 개량하기위해서 시행하는 일반적인공사로는'심한 곡선 부'를 직선화시켜 열차속도를 향상시키는'선형개량'과 신규선로와 연결하거나 선로방향을 바꿔주기 위한'선로연결(절체)'및 기존선로를 정비하거나 교량 등을 교체하기 위해 임시로 열차를 우회시키는'우회노선 부설(특수선)'등을 실시하는데, 이런 경우 '철도임시거더'가 필요하게 된다.

또한, 도심지의 발달 등에 따라 기존 선로 하부에 신설 지하차도나 횡단배수관등을 부설하거나 기존에 사고가 빈번한 건널목을 입체화(지하차도화) 시키기 위해 선로하부를 굴착하기위한 '임시로 거더를 설치하는 공사'가 증가 되고 있다.

현재 국내 철도에 사용되는 임시거더는 여러 가지 종류가 있는데, 강재로 제작되어 경량화된 구조형식이 대부분으로 판형구조와 트러스구조로 대별되고, 선로위치에 따라 상로교, 중로교, 하로교로 구분된다.

이중에서 가장 일반적으로 많이 사용되는 임시거더는'하로판형거더'로서, 그 이유는 앞서 설명한대로 기존선 열차 운행 중에 실시되거나 기존선로의 대체하는 특성에 따라 임시거더의 높이가 상당히 낮아 하부공간을 최대한 확보하면서 비교적 경간 길이가 긴 구조가 필요하게 되는데,

예를 들면, 선로하부의 지하차도나 배수관을 횡단시키기 위해 원활한 공사시공을 위해 최대한의 하부공간을 확보하기 위해서이다. 그리고 하부에 하천이나 지장물 등을 통과할 때 우기철 안전과 지장물 이설 등을 극복하기위해서도 거더의 높이가 상당히 낮으면서도 경간길이가 긴 임시거더가 필요한 것이다.

그러나 하로판형거더는 여러 문제점들을 가지고 있는데, 이러한 종래의 철도 하로판형 임시거더의 문제점은 거더 중량과 부재별 수량이 과다하여 제작비용ㆍ기 간 과다와, 전차선구간 설치 곤란하여 경제성저하, 시공성 제한의 문제가 있으며, 그밖에 다른 구조의 거더 들의 장단점을 상호 비교분석한 결과는 표-1과 같다.

또한 규모(거더 폭)의 과다로 인하여 도로폭 초과로 차량운반이 곤란하여 가조립과 해체 및 현장 운반후 재조립 등의 문제와 복선구간(상하행선) 설치가 곤란하여 비효율적인 문제가 있다.

그리고 열차운행 속도제한으로 서행운전 발생(시간당 열차통과 횟수저하)되어 철도의 경영ㆍ신뢰가 저하되고 동적운행 안정성 부족하다.

한편, 거더 내측의 교측 보도가 없어서 열차 운행시 사고위험이 높아 실제로 2001년 **선 **천교에서 인명사고 발생(사망7명, 부상1명)했다.

< 표-1 > 거더별 비교분석표

구분	상로 판형 거더	하로 판형 거더	트러스 거더
개 요 도
단점	·형고가 높다 (하부공간높이제한) ·무도상으로 소음·진동 ·곡선부 주형성 취약 ·전차선내 시공제한	·전차선내 설치곤란 (단전,이선조치필요) ·무도상으로 소음·진동 ·곡선부 건축한계로 거더 전체폭 과다 ·공사비과다(중량과다) ·조립2회/해체2회 ·도로운반곤란(폭과다) ·내측 보행자통로없어 열차운행시 사고위험	·전차선내 설치곤란 (단전,이선조치필요) ·무도상으로 소음·진동 ·곡선부 건축한계로 거더 전체폭 과다 · 곡선부 특수해석 필요 ·공사비 아주 과다 (중량 과다) ·도로운반곤란(폭과다) ·내측 보행자통로없어 열차운행시 사고위험
장점	·공사비 가장 저렴 ·도로운반 용이(폭협소) ·일반화된 구조형식 ·비교적 장지간 가능 (L≤25m) ·보행자 인접설치되어 열차운행시 안전확보	·비교적 장지간 가능 (L≤25m) ·하부공간높이확보용이	·장경간 대응가능 (L≤30m) ·하부공간높이확보용이

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서,

본 발명의 거더는 신규거더, 교체거더, 임시거더든 관계없이 3 주형 거더로 하여 구조적 강성을 증대 시켜서 저중량 저형고 장지간의 거더를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적은 양측으로 각각 구비되는 일정길이의 메인빔;

상기 한 쌍의 메인빔의 전후 지점부 구간과 중앙부 사이의 구간에 일정간격으로 고정되는 레일받침수단;

상기 한 쌍의 메인빔의 중앙부 구간에는 각각의 메인빔 하부 사이에 고정되는 지지수단; 및

상기 지지수단의 상면 중앙에 종으로 고정되는 보강수단을 3 주형의 기본틀로 된 저형고 장지간 거더에 의해 달성된다.

상기 지점부 구간의 레일받침수단은 가로보 또는 상기 중앙부 구간과 같이 상기 메인빔 사이 하부를 지지수단으로 연결고정하고, 그 상부에 보강수단을 종으로 고정해서 된 저형고 장지간 거더에 의해 달성된다.

한편 하중지지 강성 증대를 위하여 상기 지점부 구간을 하부구조물에 고정해서 된 저형고 장지간 거더에 의해 달성된다.

그리고 중앙부 구간의 지지수단은 한 쌍의 메인빔의 하부 사이를 연결 고정하는 플레이트에 의해 달성되고, 보강수단은 T형 빔으로 해서 달성된다.

한편 중앙부 구간의 지지수단 상부에 설치되는 보강수단은 철근콘크리트 타설부로 된 것에 의해 달성될 수도 있다.

이하에서는 양호한 실시 예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 거더 사시도이고, 도 2a는 도 1의 지점부 구간(A) 단면도,

도 2b는 도 1의 지점부와 중앙부 사이 구간(B) 단면도, 도 2c는 도 1의 중앙 부 구간(C) 단면도이며, 도 2d는 도 1의 지점부 구간(A)의 다른 실시예 단면도이고,

도 2e는 본 발명의 중앙부 구간의 보강수단의 다른 실시 예를 보인 단면도이다.

그리고 도 3은 도 1의 지점부 구간(A) 강결 구조를 보인 단면도이며,

도 4는 본 발명이 한 쌍으로 구현된 철도의 거더 전체 사시도이다.

양측으로 각각 구비되는 일정길이의 메인빔(10A,10B);

상기 한 쌍의 메인빔(10A,10B)의 전후 지점부 구간(A)과 중앙부 사이의 구간(B)에 일정간격으로 고정되는 레일받침수단(20);

상기 한 쌍의 메인빔(10A,10B)의 중앙부 구간(C)에는 각각의 메인빔 하부 사이에 고정되는 지지수단(30); 및

상기 지지수단(30)의 상면 중앙에 종으로 고정되는 보강수단(40)을 고정해서 3 주형의 기본틀로 된 것을 특징으로 한다.

상기에서 레일받침수단(20)은 가로보로써 예컨대 H 빔, ㄷ 형강 등이 될 수 있으며 이는 그 단면 형상에 구애 받는 것이 아니다.

한편 본 발명의 다른 실시 예로써 도 2d는 도 1의 지점부 구간(A)의 다른 실시예 단면도로써, 상기 지점부 구간(A)의 레일받침수단(20)은 상기 중앙부 구간(C)과 같이 상기 메인빔(10A,10B) 사이 하부를 지지수단(30)으로 연결고정하고, 그 상부에 보강수단(40)을 종으로 고정해서 된 것을 특징으로 한다.

한편 상기 중앙부 구간(C) 또는 본 발명의 다른 실시 예의 지점부 구간(A)의 지지수단(30)은 한 쌍의 메인빔(10A,10B)의 하부 사이를 연결 고정하는 플레이트(31)인 것을 특징으로 한다.

물론 지지수단(30)의 바람직한 실시 예인 플레이트(31)의 연결 고정은 상기 실시 예들의 도면과 같이 메인빔(10A,10B)의 하부 날개와 일치하는 평면상으로 연결 고정함이 바람직하나, 도시되지는 않았지만 날개 하부면을 포함하여 덧댐 연결 고정하든지, 또는 판형의 상부 양 측에 T자형 메인빔을 용접하던지 간에 이는 당업자의 설계적 변경 사항의 정도 기술로써, 본 발명의 기술 적 범주에 속한다 할 것이다.

한편 상기에서 중앙부 구간(C)에 종으로 설치되는 보강수단은 T형 빔(41)인 것을 특징으로 한다.

물론 이때 T 형빔으로 하는 이유는 단지 본 발명의 다른 구간에서처럼 레일받침수단으로 적용이 편리하기 때문이며, 거시적인 본 발명의 주 목적에 비추어 볼 때, 응력 보강의 역할을 수행 할 수 있으면 되는 3 주형의 기본틀을 가진다는 맥락에서 볼 때, 상기 보강수단(40)은 그 단면 형상이 수직편, 또는 I형 빔, 및 각관형 빔 등 다양한 형태를 수용 할 수 있는 것으로, 이 또한 본 발명의 기술 적 범주에 속한다 할 것이다.

도 2e는 본 발명의 중앙부 구간의 보강수단의 다른 실시 예로써, 중앙부 구간(C)의 지지수단(30) 상부에 설치되는 보강수단(40)은 철근콘크리트 타설부(44)로 된 것을 특징으로 한다. 물론 이는 지지수단(30)을 거푸집 베이스로 하여 도시되지는 않았지만 중앙부의 전후에 착탈식 마구리 거푸집을 대거나 고정식 마구리 거푸 집을 설치하여 타설 할 수 있을 것이다.

한편 중앙부 구간에는 상기 한 쌍의 메인빔(10A,10B)과 보강수단(40) 사이 각각에는 일정 간격으로 스티프너(50)가 고정된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 도 3에서와 같이, 하중지지 강성 증대를 위하여 상기 지점부 구간(A)이 하부구조물에 고정해서 된 것을 특징으로 한다. 이때 메인빔(10A,10B)을 직접 또는 보강판 등을 덧대어 앵커링 등의 고정방법으로 고정 할 수 있을 것이다.

도면중 미설명 부호 100은 침목으로써 본 발명의 실시 예의 도면에서는 침목을 설치하는 것으로 도시 되었으나, 침목이 없이 레일받침수단에 직접 레일(200)을 고정설치하는 것도 가능한 것으로 본 발명의 기술적 범주에 속한다 할 것이다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 작동 상태를 도 4에서와 같이 실제 철도의 거더로 사용 할 때의 양태로 설명하기로 한다. 도면중 미 설명부호 70은 본 발명의 거더를 한 쌍으로 묶어 고정하는 크로스 빔이고, 80은 보강 스티프너이다.

즉 본 발명은 기본적으로 가칭 강재 3주형 거더의 형태로써, 레일(200)을 중심으로 각각 2개씩의 주형인 메인빔(10A,10B)을 배치한후, 지점부 구간(A)에서 중앙부 구간(C)사이 구간(B)의 주형인 메인빔(10A,10B) 각각의 사이에는 레일받침수단(20)인 가로보를 연결 구성하는데, 한 실시 예로써 도 2a에서와 같이 지점부 구간(A)에는 H 빔을, 도 2b에서와 같이 지점부와 중앙부 사이 구간(B)에는 일정 간격으로 ㄷ형강을 설치하고, 하중부담이 큰 중앙부 구간(C)(휨모멘트 최대)은 메인빔(10A,10B) 하부 사이에 지지수단으로써 도 2c에서와같이 플레이트(31)를 고정하 여 하부가 폐방되어 단면강성을 증대시키는 작용을 갖는다.

물론 그 하부를 전면 폐쇄하는 플레이트(31)를 대체하여 일정 간격의 가로보 등의 형태로 연결 구성 할 수도 있으나, 구조적 강성의 증대 등의 측면에서 바람직하지 않지만, 이 또한 본원 발명이 주 목적인 3주형의 기본틀에 속함으로 본 발명의 기술적 범주에 속한다 할 것이다.

그리고 그 상부 중앙의 종방향으로 보강수단(40)으로써 바람직한 살시 예인 T형빔을 고정 설치했으나 수직편, I형빔, 각관 등 중 선택된 어느 하나의 부재를 고정함으로써, 그 레일받침수단(20) 및 응력보강수단(40)의 상부에 침목(100)과 레일(200)을 부설한 일명 3주형 거더(Trial Supporting Girder)로써 완성된다.

물론 이는 본 발명의 다른 실시 예로써 철근콘크리트 타설부(44)로 대체하여도 본 발명의 목적하는 바 작용효과를 기대 할 수 있는 것이다.

그리고 지점부 구간(A)의 하부면에 보강판을 덧대거나 직접 기존 구조물에 앵커링으로 고정시켜 라멘화 시킴으로 하중에 대해 작용응력과 처짐, 진동을 감소시킬뿐더러, 지진시 등에 대해 낙교방지를 가능하게 하여 안전한 열차 및 차량의 운행을 확보하고, 하부공간을 최대한 확보하는 작용을 이루게 한다.

참고로, 라멘화 시키는 구조가 라멘화 시키지 않는 구조(단순보)에 비해 처짐은 약 2~3배를 감소시키는 효과가 있다.

이상과 같은 본 발명의 거더의 장점은 아래와 같다.

① 경제성 - 가)공사비 절감 / 공사기간 감소

a) 강재중량 - 20~25% 감소 (L=16m의 하로거더와 상대비교)

b) 거더제작 - 중량감소로 자재비,제작비 절감.

- 거더폭이 좁아 일괄운반 가능하여

가조립(2회),해체비용(1회) 불필요.

(※하로판형/트러스거더는 2회조립, 1회해체)

c) 운 반 비 - 특대화물운반 허가비용 불필요.

- 운반차량 최적화로 운반비 감소.

- 열차운반도 가능하여 철도 특성 발휘.

d) 궤도최적 - 종방향침목으로 침목수량 절감(60%감소)

- 침목수량절감으로 거더 체결구 감소.

- 궤도부재 감소로 보수비 거의 없음.

② 속도향상 - 거더의 동적성능이 향상되어 80km~100km의 운행가능

(※ 현재 기존 하로판형거더는 60km 운행중)

③ 활용도 - 국내 대부분 사용되는 임시거더의 경간길이 만족(L≤25m)

- 제원, 중량이 작아 전차선 이선 조치없이 가설가능

- 거더 높이가 낮아 하부도로,하천,하부 공사시 공간 확보 용이

- 현장의 도로접근이 곤란할 경우 철도 운반 및 가설가능

- 급곡선부 주행성 양호 (R=400)

④ 친환경 - 궤도·차륜소음의 흡음이 확실(거더 Web)하여 승객의 승차감 향상과 도심지 주민의 소음 민원발생 근본제거

이상과 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 거더의 중량을 감소 시킴은 물론 구조적 강도의 개선으로 저중량 저형고 장지간 거더화가 용이하며, 특히 열차의 운행중 교체 또는 설치 시 열차 속도를 서행시키지 않아도 되고, 지점부의 강 결합 고정으로 하중에 대해 작용응력과 처짐, 진동을 감소시킬뿐더러, 지진시 등에 대해 낙교방지를 가능하게 하여 안전한 열차 및 차량의 운행을 확보하고, 하부공간을 최대한 확보하는 효과가 있다.

본 발명은 상세한 치수를 적용한 설계도가 아니다. 따라서 상기한 도면의 실시 예에 한정되지 만은 아니하며, 당업계의 사람이 자유롭게 설계 가능한 정도에서는 그 권리범위가 본 발명의 범주에 속함은 자명한 것이며, 본 발명의 작동에 따른 리테이너의 구조변경 내지는 메인빔 및 가로보와 레일받침수단 등의 단면형상 등은 설계적 사항으로 임의 변경 가능하며 보강을 위한 덧판 및 스티프너 등의 부재를 더함은 본 발명의 기술로부터 충분히 예견 될 수 있는 간단한 기술로써 본 발명에 속함은 자명 할 것 이다.

Claims (7)

1. 양측으로 각각 구비되는 일정길이의 메인빔(10A,10B);

   상기 한 쌍의 메인빔(10A,10B)의 전후 지점부 구간(A)과 중앙부 사이의 구간(B)에 일정간격으로 고정되는 레일받침수단(20);

   상기 한 쌍의 메인빔(10A,10B)의 중앙부 구간(C)에는 각각의 메인빔 하부 사이에 고정되는 지지수단(30); 및

   상기 지지수단(30)의 상부에 종으로 고정되는 보강수단(40)을 고정해서 3 주형의 기본틀로 된 것을 특징으로 한 철도의 저형고 장지간 거더.
2. 제 1항에 있어서, 중앙부 구간(C)의 지지수단(30) 상부에 설치되는 보강수단(40)은 철근콘크리트 타설부(44)로 된 것을 특징으로 한 저형고 장지간 거더.
3. 제 1항에 있어서, 한 쌍의 메인빔(10A,10B)과 보강수단(40) 사이 각각에는 일정 간격으로 스티프너(50)가 고정된 것을 특징으로 한 철도의 저형고 장지간 거더.
4. 제 1항에 있어서, 상기 지점부 구간(A)의 레일받침수단(10)은 상기 중앙부 구간(C)과 같이, 상기 메인빔(10A,10B) 사이 하부를 지지수단(30)으로 연결고정하고, 그 상부에 보강수단(40)을 종으로 고정해서 된 것을 특징으로 한 철도의 저형 고 장지간 거더.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 하중지지 강성 증대를 위하여 상기 지점부(A)를 하부구조물에 고정해서 된 것을 특징으로 한 철도의 저형고 장지간 거더.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 중앙부(C)의 지지수단(30)은 한 쌍의 메인빔(10A,10B)의 하부 사이를 연결 고정하는 플레이트(31)인 것을 특징으로 한 철도의 저형고 장지간 거더.
7. 제 1항, 제 3항내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 보강수단은 T형 빔(41)인 것을 특징으로 한 철도의 저형고 장지간 거더.

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