KR100922836B1

KR100922836B1 - Fiber reinforcing prestressed concrete sleeper

Info

Publication number: KR100922836B1
Application number: KR1020070133797A
Authority: KR
Inventors: 박성수; 박근태; 김성곤; 윤영수; 오순택; 박종면
Original assignee: 극동엔지니어링(주)
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-10-20
Also published as: KR20090066165A

Abstract

본 발명은 반복적인 충격하중에 의한 취성파괴를 방지하면서 완충성능이 향상된 PC 침목에 관한 것으로, 섬유보강 PC로 구성되는 몸체와, 레일이 부설될 위치의 상기 몸체 상면에 삽입 설치되는 상부 하니콤 코어와, 상기 몸체 하면의 전체면에 삽입 설치되는 하부 하니콤 코어와, 상기 몸체에 매입되어 레일과 몸체를 일체로 고정시키는 체결볼트가 삽입 결합되는 매입전과, 상기 매입전의 외주면에 결합되어 매입전에 전달되는 횡하중과 인발력을 보강함과 동시에 매입전과 콘크리트의 부착력을 증대시키는 코일스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a PC sleeper with improved cushioning performance while preventing brittle fracture due to repeated impact loads, the body comprising a fiber-reinforced PC, and the upper honeycomb core inserted into the upper surface of the body at the position where the rail is to be laid And a lower honeycomb core inserted into the entire surface of the lower surface of the body and a before-insertion insert into which the fastening bolt is inserted into the body to secure the rail and the body integrally, and is coupled to the outer circumferential surface before the insertion and is transferred before the insertion. At the same time to reinforce the lateral load and the pulling force is characterized in that it comprises a coil spring to increase the adhesion of the concrete before embedding.

침목, PC 침목, 섬유보강, 강섬유, 하니컴 코어 Sleepers, PC sleepers, fiber reinforcement, steel fibers, honeycomb core

Description

Fiber reinforcing prestressed concrete sleeper}

본 발명은 침목에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반복적인 충격하중에 의한 취성파괴를 방지하면서 완충성능이 향상된 PC 침목에 관한 것이다. The present invention relates to sleepers, and more particularly, to PC sleepers with improved buffering performance while preventing brittle fracture by repeated impact loads.

침목(sleeper)은 철도의 선로에 설치되어 레일을 체결하여 레일의 위치를 정하고, 궤간을 정확하게 유지하며, 레일로부터 전해지는 열차하중을 도상 아래로 널리 분산시키며, 궤도좌굴에 대한 저항력의 대부분을 부담하는 궤도의 중간구조이다.Sleepers are installed on railroad tracks to fasten rails to position rails, maintain tracks accurately, distribute train loads from rails down to the road, and bear most of the resistance to track buckling. It is the intermediate structure of the track.

침목은 재질에 따라 나무로 만든 목침목(wooden sleeper)과 철재를 이용한 철침목(ironsleeper), PC 침목(prestressed concrete sleeper) 등의 종류로 구별된다. 전통적으로 목침목을 많이 사용하여 왔으나, 최근에는 콘크리트 제작기술이 발달함에 따라 유지보수면에서 유리하고 보다 경제적인 PC 침목의 사용이 증가하고 있는 추세이다.The sleepers are classified into wood sleepers made of wood, iron sleepers made of iron, and PC sleepers (prestressed concrete sleepers). Traditionally, many sleepers have been used, but recently, with the development of concrete manufacturing technology, the use of more advantageous and more economical PC sleepers is increasing.

PC 침목은 고강도의 강선을 사용하여 이에 미리 인장력을 주어 콘크리트에 압축력이 작용하는 상태로 있게 하여, 실 하중이 작용하였을 때 콘크리트의 인장 저항력을 강하게 나타내도록 한 콘크리트 침목이다. 이러한 PC 침목은 목침목에 비 해 가격이 2배이지만, 사용년수가 약 5배로 길어 더 경제적이다. 또, 탄성체결에 의해 궤도 틀림 진행을 작게 하여 궤도 유지보수의 경감이 가능하고 도상저항이 커 장대 레일을 부설할 수 있는 등의 이점이 있다.PC sleepers are concrete sleepers that use high-strength steel wires to pre-tension them so that the compressive force acts on the concrete, thereby exhibiting the tensile resistance of the concrete when the actual load is applied. These PC sleepers are twice as expensive as wood sleepers, but they are more economical because they last about five times longer. In addition, it is possible to reduce track misalignment by elastic fastening, thereby reducing track maintenance, and having a large phase resistance, thereby providing a long rail.

그러나, PC 침목의 경우 정적하중 또는 재하속도가 늦은 하중에 대하여 연성적인 파괴를 유도하도록 설계되고 있으나, 실제 설계된 부재의 경우 충격하중에 대해서는 취성적인 파괴 거동을 나타낸다. 그 원인으로는 충격하중을 정적하중으로 환산하여 설계에 적용하기 때문에 충격하중에 대한 실질적인 거동예측이 불가능하기 때문이며, 이로 인해 충격하중으로 인해 내구수명 50년 내에는 어떠한 균열이 발생하지 않도록 설계된 부재가 불과 1~2년 내에 파괴를 보여 추가적인 유지보수 비용이 발생하는 경우가 국내에도 많은 실정이다. However, PC sleepers are designed to induce ductile failure for static loads or slow loads, but the actual designed members show brittle failure behavior for impact loads. The reason for this is that the impact load is converted into static load and applied to the design, so that it is impossible to predict the actual behavior of the impact load. Therefore, the member is designed so that no crack occurs within 50 years of service life due to the impact load. There are many cases in Korea where additional maintenance costs are incurred due to the destruction in just one or two years.

또한, PC 침목은 목침목에 비해 탄성계수가 작은 경질의 콘크리트로 이루어지기 때문에, 주행열차에서 발생되는 충격·진동을 하부의 도상으로 대부분 전달하게 됨으로써 큰 소음이 발생되고 도상 구조에 악영향을 끼치게 되며, 특히 자갈도상인 경우에는 자갈의 세립화를 발생시키므로 그 영향이 더욱 크다.In addition, since PC sleepers are made of hard concrete, which has a smaller modulus of elasticity than wood sleepers, most of the shocks and vibrations generated by the traveling train are transmitted to the lower phase, resulting in loud noise and adversely affecting the structure. In particular, in the case of gravel islands, the effect of the gravel becomes finer.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연성 확보, 응력의 효과적인 분배, 국부 균열제어를 통해 PC 침목의 충격하중 및 파괴하중에 대한 성능 향상시키는 데 있다. The problem to be solved by the present invention is to improve the performance of impact load and fracture load of the PC sleeper through securing ductility, effective distribution of stress, local crack control.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 차륜으로부터 전달되는 충격 및 소음을 완화시킬 수 있고 내구성을 증대시킬 수 있는 PC 침목을 제공하는 데 있다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a PC sleeper that can mitigate the shock and noise transmitted from the wheel and increase the durability.

이를 위해 본 발명은, 섬유보강 PC로 구성되는 몸체와, 레일이 부설될 위치의 상기 몸체 상면에 삽입 설치되는 상부 하니콤 코어와, 상기 몸체 하면의 전체면에 삽입 설치되는 하부 하니콤 코어와, 상기 몸체에 매입되어 레일과 몸체를 일체로 고정시키는 체결볼트가 삽입 결합되는 매입전과, 상기 매입전의 외주면에 결합되어 매입전에 전달되는 횡하중과 인발력을 보강함과 동시에 매입전과 콘크리트의 부착력을 증대시키는 코일스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 침목을 제공한다.To this end, the present invention, the body is composed of a fiber reinforced PC, the upper honeycomb core is inserted into the upper surface of the body in the position where the rail is to be installed, the lower honeycomb core is inserted into the entire surface of the lower surface of the body, Coil that is embedded in the body before the insertion bolt is fastened to the rail and the body integrally coupled, coupled to the outer circumference of the embedding to reinforce the lateral load and pull force transmitted before the purchase, and at the same time to increase the adhesion of the concrete before the purchase and concrete It provides a PC sleeper comprising a spring.

여기서, 상기 보강섬유는 강섬유, 폴리프로필렌계 섬유 또는 폴리올레핀계 섬유로 구성되는 것을 특징으로 한다.Here, the reinforcing fibers are characterized in that composed of steel fibers, polypropylene fibers or polyolefin fibers.

또한, 상기 보강섬유는 강섬유와, 폴리프로필렌계 섬유 또는 폴리올레핀계 섬유를 혼합한 것을 특징으로 한다.In addition, the reinforcing fibers are characterized in that the steel fibers, polypropylene fibers or polyolefin fibers are mixed.

또한, 상기 매입전은 체결볼트가 삽입되는 파이프와 상기 파이프의 상하단부 에 결합되고 파이프의 중공에 대응되는 구멍이 형성된 플레이트로 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, before the embedding is characterized in that the fastening bolt is inserted into the pipe and is coupled to the upper and lower ends of the pipe is formed of a plate formed with a hole corresponding to the hollow of the pipe.

본 발명에 따른 보강섬유로 보강된 PC 침목은 연성 확보, 응력의 효과적인 분배, 국부 균열제어를 통해 PC 침목의 충격하중 및 파괴하중에 대한 성능 향상을 이루어 장기적인 면에서 경제적인 효과가 있을 것으로 기대된다. 또한 강섬유 외에 합성섬유를 동시에 보강하는 하이브리드 섬유 보강 콘크리트 개념을 도입하여 PC 침목의 성능 극대화를 이룰 수 있을 것으로 기대된다.PC sleeper reinforced with reinforcing fiber according to the present invention is expected to have an economic effect in the long term by securing the ductility, effective distribution of stress, improved performance of impact load and fracture load of PC sleeper through local crack control . In addition, it is expected to maximize the performance of PC sleepers by introducing a hybrid fiber reinforced concrete concept that simultaneously reinforces synthetic fibers in addition to steel fibers.

또한, PC 침목의 상하부에 하니컴 코어를 매설함으로써 차륜으로부터 전달되는 충격 및 소음을 완화시킬 수 있을 것으로 기대된다.In addition, by embedding a honeycomb core in the upper and lower portions of the PC sleeper, it is expected that the impact and noise transmitted from the wheels can be alleviated.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 PC 침목을 나타낸 사시도이고, 도 2는 단면도이며, 도 3은 삽입장치를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing a PC sleeper according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view, Figure 3 is a perspective view showing an insertion device.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 PC 침목은 섬유보강 PC로 구성되는 몸체(10)와, 레일이 부설될 위치의 상기 몸체(10) 상면에 삽입 설치되는 상부 하니콤 코어(22)와, 상기 몸체(10) 하면의 전체면에 삽입 설치되는 하부 하니콤 코어(24)와, 상기 몸체(10)에 매입되어 레일과 몸체를 일체로 고정시키는 체결볼트가 삽입 결합되는 매입전(30)과, 상기 매입전(30)의 외주면에 결합되어 매입전에 전달되는 횡하중과 인발력을 보강함과 동시에 매입전과 콘크리트의 부착력을 증대시키는 코 일스프링(40)으로 구성된다.As shown, the PC sleeper according to the present invention includes a body 10 composed of a fiber reinforced PC, an upper honeycomb core 22 inserted into an upper surface of the body 10 at a position where a rail is to be installed, and the body. (10) the lower honeycomb core (24) inserted into the entire surface of the lower surface, and before the purchase (30) is inserted into the coupling bolt is embedded in the body 10 to secure the rail and the body integrally; It is composed of a coil spring 40 coupled to the outer circumferential surface of the embedding 30 to reinforce the lateral load and the pulling force delivered before the embedding, and at the same time increase the adhesion of the concrete before the embedding and the concrete.

본 발명에서는 몸체(10)를 종래기술과 같이 콘크리트에 미리 압축력을 도입한 PC(Prestressed concrete)로 구성하되 동적하중 하에서의 피로강도 증대, 균열 및 취성파괴를 방지할 목적으로 콘크리트에 보강섬유를 혼입한 섬유보강 프리스트레스트 콘크리트, 즉 섬유보강 PC로 구성하였다.In the present invention, the body 10 is composed of a PC (Prestressed concrete) in which the compressive force is introduced into the concrete in advance as in the prior art, but the reinforcing fiber is incorporated into the concrete for the purpose of preventing fatigue increase, cracking and brittle fracture under dynamic load. Fiber reinforced prestressed concrete, ie fiber reinforced PC.

이때, 보강섬유로는 강섬유, 폴리프로필렌계 섬유 또는 폴리올레핀계 섬유로 구성하거나, 강섬유와, 폴리프로필렌계 섬유 또는 폴리올레핀계 섬유를 혼합한 하이브리드 섬유가 선택적으로 사용될 수 있다.In this case, the reinforcing fibers may be composed of steel fibers, polypropylene fibers or polyolefin fibers, or hybrid fibers in which steel fibers and polypropylene fibers or polyolefin fibers are mixed.

강섬유보강 PC 침목의 피로강도에 대한 연구에 의하면 동적하중 하에서 강섬유는 PS 강재의 응력을 50%까지 줄여주는 것으로 알려져 있다. 또한 강섬유 보강을 하지 않은 PC 침목의 경우 피로파괴가 150,000 사이클에서 발생한데 비해 강섬유 보강 PC 침목은 3,000,000 사이클에서 피로파괴가 발생하였다. 이는 침목에 사용되는 PS 강연선의 소요 개수나 프리스트레싱량을 줄이는 등으로 인해 비용을 감소시킬 수 있는 방안이 될 것이다. 물론 내구수명의 증가로 인한 경제적 효과가 가장 월등할 것이다. 단순한 산술계산을 통해서도 20배 정도의 사용수명 증가를 기대할 수 있겠으며 PC 침목 생산 초기에 제작과정에서 소정의 추가 비용이 들더라도 장기적인 관점에서는 명백히 경제적인 이득을 보일 것으로 기대된다.A study on the fatigue strength of steel fiber reinforced PC sleepers has shown that steel fibers can reduce the stress of PS steel by 50% under dynamic load. In addition, fatigue failure occurred in 150,000 cycles of PC sleepers without steel fiber reinforcement, whereas fatigue failure occurred in 3,000,000 cycles of steel fiber reinforced PC sleepers. This will be a way to reduce costs due to the reduced number of PS strands used in the sleeper or the amount of prestressing. Of course, the economic effect of increasing the lifespan will be the greatest. It can be expected to increase the service life by 20 times even through simple arithmetic calculations, and even in the long run, even if a certain additional cost is produced during the initial production of PC sleepers, it is expected to show economic benefits.

섬유보강 콘크리트의 경우 연성의 증가로 인해 충격하중에 대한 성능 향상과 함께 피로하중, 균열저항성, 휨인성에 대해서도 그 성능이 크게 향상함을 알 수 있다. 그러나 강섬유 자체의 비중이 높고 수분이 다량 포함되어 있는 장소에서의 강 섬유 자체의 부식 부식에 대한 우려 등의 단점도 있기 때문에 이를 보완·해결하기 위해 구조용 합성섬유가 개발되었다. 비금속섬유 보강 콘크리트는 충격하중에 대해서 강섬유보강 콘크리트에 비해 월등한 성능향상을 보인다. 따라서 강섬유를 콘크리트 보강용 합성섬유로 균열제어에 탁월한 폴리프로필렌이나, 현재 구조용 합성섬유로 각광받고 있는 폴리올레핀계 섬유 등으로의 대체 또는 강섬유와 합성섬유를 동시에 사용하는 하이브리드 섬유보강 콘크리트를 사용함으로써 PC 침목의 성능을 극대화할 수 있을 것이다.In the case of fibre-reinforced concrete, due to the increase in ductility, the performance of impact loads, fatigue resistance, crack resistance, and flexural toughness are greatly improved. However, structural synthetic fibers have been developed to compensate for and solve the problems of corrosion of steel fibers themselves in places where the proportion of steel fibers themselves is high and moisture is contained. Nonmetallic fiber reinforced concrete shows better performance compared to steel fiber reinforced concrete in terms of impact load. Therefore, PC sleepers can be replaced with polypropylene, which is excellent for crack control as a synthetic fiber for concrete reinforcement, polyolefin-based fiber, which is currently in the spotlight as a structural synthetic fiber, or by using hybrid fiber-reinforced concrete that uses both steel and synthetic fibers simultaneously. You will be able to maximize your performance.

하니컴 코어는 샌드위치 패널의 심재로 널리 사용되는 것으로 알루미늄, 종이, 섬유강화플라스틱 등으로 제조될 수 있다. 본 발명에서는 레일이 부설될 위치의 상기 몸체 상면과 하면 전체면에 걸쳐 매입 설치하였다. 몸체 상면에 매설된 상부 하니컴 코어(22)는 균열을 억제하고 완충 및 소음저감을 위해 사용되며, 하면에 매설된 하부 하니컴 코어(24)는 레일로부터 전달되는 충격을 완충하고 소음을 저감시키는 방진패드로 기능하게 된다.Honeycomb core is widely used as a core material for sandwich panels, and may be made of aluminum, paper, fiber-reinforced plastics, and the like. In the present invention, the rail is installed over the entire upper surface and the lower surface of the position to be installed. The upper honeycomb core 22 embedded in the upper surface of the body is used for suppressing cracks and cushioning and noise reduction. The lower honeycomb core 24 embedded in the lower surface cushions shocks transmitted from the rail and reduces noise. Function as.

즉, PC 침목은 목침목에 비해 탄성계수가 작은 경질의 콘크리트로 이루어지기 때문에, 주행중인 열차에서 발생되는 충격·진동을 하부의 도상으로 대부분 전달하게 됨으로써 큰 소음이 발생되고 도상구조에 악영향을 끼치게 되며, 특히 자갈도상인 경우에는 자갈의 세립화를 발생시키므로 그 영향이 더욱 크다.In other words, since PC sleepers are made of hard concrete, which has a smaller modulus of elasticity than wood sleepers, most of the shocks and vibrations generated by running trains are transmitted to the lower phase, resulting in loud noises and adversely affecting the structure. Particularly, in the case of gravel islands, the effect of the gravel granules is more significant.

이에 따라, PC 침목은 그 하부에 탄성을 갖는 방진패드를 부설하여 침목의 기본적인 역할을 수행케 하면서 완충 및 소음저감이라는 추가적인 기능을 부여하고 있는데, 본 발명의 하부 금속 하니컴 코어는 이러한 방진패드의 역할을 수행하게 된다.Accordingly, the PC sleeper provides an additional function of cushioning and noise reduction while laying the dustproof pad having elasticity at the bottom thereof to perform the basic role of the sleeper, and the lower metal honeycomb core of the present invention serves as the dustproof pad. Will be performed.

상기 매입전(30)은 상기 몸체(10)에 매입되어 레일과 몸체(10)를 일체로 고정시키는 체결볼트와 결합되며, 체결볼트가 삽입되는 파이프(31)와 상기 파이프(31)의 상하단부에 결합되고 파이프의 중공에 대응되는 구멍이 형성된 플레이트(32)(33)로 구성된다. 상기 매입전(30)은 몸체(10)를 타설하기 전에 미리 형틀 속에 설치하여 타설한 콘크리트가 경화됨에 따라 콘크리트와 일체가 되어 결합되도록 하는 것이 바람직하다The pre-insertion 30 is embedded in the body 10 is coupled with a fastening bolt for fixing the rail and the body 10 integrally, the pipe 31 is inserted into the fastening bolt and the upper and lower ends of the pipe 31 It consists of plates 32, 33 which are coupled to and formed with holes corresponding to the hollows of the pipes. The embedding 30 is preferably installed in the mold in advance before placing the body 10, so that as the concrete is hardened, it is preferably integrated with the concrete to be combined.

상기 코일스프링(40)은 매입전(30)의 외주면에 결합되어 매입전(30)에 전달되는 횡하중과 인발력을 보강함과 동시에 매입전(30)과 콘크리트의 부착력을 증대시키게 된다.The coil spring 40 is coupled to the outer circumferential surface of the embedding 30 before reinforcing the lateral load and the pulling force transmitted to the embedding 30 and at the same time increasing the adhesion between the embedding 30 and the concrete.

상기와 같은 상태에서 철도차량을 운행하면 하중은 레일, PC 침목을 경유하여 콘크리트 도상에 전달되고 이 콘크리트 도상은 하중을 넓게 분포시켜 노반에 전달한다. 철도차량을 운행할 때 횡저항 및 인발력이 발생하면 이 횡저항 및 인발력을 코일스프링이 수용하고 PS 강연선은 전체적인 PC 침목의 강도와 내구성을 향상시키게 된다.When the railway vehicle is operated in the above state, the load is transmitted to the concrete road via the rail and the PC sleeper, and the concrete road distributes the load to the roadbed. If lateral resistance and pull force occur when operating a railroad car, the coil spring accommodates the lateral resistance and pull force, and the PS strand will improve the strength and durability of the overall PC sleeper.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 PC 침목은 몰드에 상하부 하니컴 코어, 매입전 및 코일스프링을 배치하고 PS 강연선을 긴장시킨 다음 보강섬유가 혼입된 콘크리트를 타설하여 양생한 후 PS 강연선의 긴장을 풀어 콘크리트에 긴장력을 도입되도록 한 후 탈형하면 된다.PC sleeper according to the present invention configured as described above is to place the upper and lower honeycomb core, pre-buying and coil spring in the mold and to strain the PS strands and then to pour concrete cured with reinforcing fibers to release the tension of the PS strands After the tension is introduced into the concrete, it can be demolded.

도 1은 본 발명에 따른 PC 침목의 사시도이다.1 is a perspective view of a PC sleeper according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 PC 침목의 횡단면도이다.2 is a cross-sectional view of a PC sleeper in accordance with the present invention.

도 3은 본 발명에 적용되는 매입전과 코일스프링의 결합상태를 보여주는 사시도이다.Figure 3 is a perspective view showing a coupling state of the coil spring before the embedding applied to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 본체10: main body

22 : 상부 금속 하니컴 코어22: upper metal honeycomb core

24 : 하부 금속 하니컴 코어24: lower metal honeycomb core

30 : 매입전30: Before purchase

40 : 코일스프링40: coil spring

Claims

A body composed of a fiber reinforced PC reinforced with steel fibers, polypropylene fibers, polyolefin fibers or fibers mixed with these fibers;

An upper honeycomb core inserted into and installed on an upper surface of the body at a position at which the rail is to be installed;

A lower honeycomb core inserted into the entire surface of the lower surface of the body;

A buried bolt which is embedded in the body and is inserted into and coupled to a fastening bolt to integrally fix the rail and the body; And

PC sleeper comprising a coil spring coupled to the outer circumferential surface prior to the embedding to reinforce the lateral load and the pulling force delivered before the embedding, and at the same time to increase the adhesion of the concrete before embedding and concrete.

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