KR101154489B1 - Apparatus for loading test of railroad bridge, method for calculating load carrying capacity of railroad bridge and method for measuring drooping of railroad bridge - Google Patents

Apparatus for loading test of railroad bridge, method for calculating load carrying capacity of railroad bridge and method for measuring drooping of railroad bridge Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 철도교의 재하실험 장치는, 철도교의 상부에 부설된 레일에 설치되어 실제 운행하는 열차에 의해 레일에 가해지는 윤중을 측정하기 위한 복수의 스트레인 게이지를 갖는 윤중측정 게이지 유닛, 레일에 가해지는 윤중에 의한 레일의 하중-변형률 관계식을 얻기 위한 윤중 측정기, 레일에 설치되어 실제 운행하는 열차에 의해 레일에 가해지는 횡력을 측정하기 위한 복수의 스트레인 게이지를 갖는 횡력측정 게이지 유닛, 레일에 가해지는 횡력에 의한 레일의 하중-변형률 관계식을 얻기 위한 횡력 측정기를 포함한다. 이러한 본 발명에 의한 철도교의 재하실험 장치를 이용하면, 실제 운행하는 열차에 의한 철도교의 실제적인 동적 거동을 파악할 수 있다.The loading test apparatus of the railway bridge according to the present invention is installed on a rail attached to an upper portion of a railway bridge, and applied to a rail measuring gauge unit and a rail having a plurality of strain gauges for measuring the wheel load applied to the rail by a train in operation. Load gauge to obtain the load-strain relationship of the rail due to rolling, lateral force measuring gauge unit installed on the rail and having a plurality of strain gauges for measuring the lateral force applied to the rail by a train in operation, and applied to the rail Lateral force meter to obtain the load-strain relationship of the rail by the lateral force. By using the loading test apparatus of the railway bridge according to the present invention, it is possible to grasp the actual dynamic behavior of the railway bridge by the train in operation.

Description

철도교의 재하실험 장치와 이를 이용한 철도교의 내하력 산출방법 및 철도교의 처짐 측정방법{APPARATUS FOR LOADING TEST OF RAILROAD BRIDGE, METHOD FOR CALCULATING LOAD CARRYING CAPACITY OF RAILROAD BRIDGE AND METHOD FOR MEASURING DROOPING OF RAILROAD BRIDGE}Apparatus for loading test of railway bridge, load capacity calculation method of railway bridge and deflection measurement method of railroad bridge using same

본 발명은 교량 위를 주행하는 철도차량의 윤중을 측정하여 철도교의 내하력을 산출하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교상 위를 주행하는 열차의 윤중을 실시간으로 측정하여 열차하중에 의한 교량의 실질적인 내하력을 산출할 수 있는 철도교의 재하실험 장치와 이를 이용한 철도교의 내하력 산출방법 및 철도교의 처짐 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calculating the load capacity of a railroad bridge by measuring the wheel load of a railroad car traveling on a bridge, and more particularly, by measuring the wheeled wheel speed of a train traveling on a bridge in real time. The present invention relates to a load test device for railway bridges capable of calculating load capacity, a method for calculating a load capacity of railroad bridges, and a method for measuring deflection of railway bridges.

재하실험은 교량 상부의 궤도에 열차를 주행시키면서 하부구조의 동적 거동(응답)을 측정하고 이를 이용하여 교량에 안전하게 통과될 수 있는 활하중의 크기를 결정하는 교량의 안전에 핵심적인 실험이다.The loading test is a key experiment for the safety of the bridge, which measures the dynamic behavior (response) of the undercarriage while driving the train on the track of the bridge and uses it to determine the magnitude of the live load that can pass safely through the bridge.

철도교의 재하실험은 크게 정적 재하실험과 동적 재하실험으로 나뉜다. 정적 재하실험은 특정위치 즉, 처짐이나 응력이 최대가 되는 지점에 열차 하중을 재하시키고 교량의 정적거동을 측정하는 방법이고, 동적 재하실험은 열차를 주행시켜 실시간으로 교량의 동적거동을 측정하는 방법이다.Loading test of railway bridge is divided into static loading test and dynamic loading test. Static load test is a method to load the train and measure the static behavior of the bridge at a specific location, that is, a point where the deflection or stress is maximum, and dynamic load test is to measure the dynamic behavior of the bridge in real time by driving the train. to be.

동적 재하실험은 기본적으로는 구조물의 동적 거동을 조사 및 측정하기 위한 것으로 대상교량의 실충격계수 및 공진 등의 동적 특성을 측정 및 기록하여 교량의 안전성을 검토하기 위한 기본자료를 구하기 위하여 실시한다. 동적 재하실험에서 주행차량은 정적 재하실험에서 사용한 재하 차량을 사용한다.The dynamic loading test is basically to investigate and measure the dynamic behavior of the structure, and to obtain basic data for examining the safety of the bridge by measuring and recording the dynamic characteristics such as the actual impact coefficient and resonance of the bridge. In the dynamic loading test, the running vehicle uses the loading vehicle used in the static loading test.

정적 재하실험은 재하 위치에 윤중을 정위치시키는데 많은 시간이 소요된다. 정적 재하실험으로 정적 거동 특성을 파악할 수 있으나, 이 실험이 없이도 정적 측정치가 필요하다면 동적 측정치로부터 수치해석(Filtering)적 방법을 통하여 얻을 수 있다. 따라서, 내하력을 산출하기 위해 정적 재하실험 없이 동적 재하실험만으로 충분한 데이터를 얻을 수 있다.Static load experiments take a lot of time to position the wheel in place. Static loading characteristics can be used to determine the characteristics of static behavior. However, if static measurements are required without these experiments, they can be obtained from dynamic measurements through filtering methods. Therefore, sufficient data can be obtained by the dynamic load test alone without the static load test to calculate the load capacity.

도 1은 종래 철도교의 재하실험 방법을 나타낸 것이다.1 shows a loading test method of a conventional railway bridge.

도 1을 참조하면, 교량은 복수의 상부구조(10)와 하부구조인 교각(11)들로 구성되고, 상부구조(10)와 교각(11) 사이에 교량받침(12)이 설치된다. 상부구조(10)는 열차하중에 의해 수직으로 처지거나 응력이 발생하기 때문에 이들을 측정하여 열차(30)와 교량의 상호 하중-변위 응답관계 즉, 거동을 측정할 수 있다.Referring to FIG. 1, a bridge is composed of a plurality of superstructures 10 and a bridge 11, which is a substructure, and a bridge support 12 is installed between the superstructure 10 and the bridges 11. Since the superstructure 10 is vertically sag or stress is generated by the train load, the superstructure 10 may measure the mutual load-displacement response relationship, that is, the behavior of the train 30 and the bridge.

측정은 휨응력 측정용 스트레인 게이지(20), 전단응력 측정용 스트레인 게이지(21), 가속도계(22) 및 처짐계(23)를 설치하고, 이들에서 발생되는 응답(전기신호)을 연결선을 통하여 데이터로거(Data logger)로 수집함으로써 이루어진다.The measurement is performed by installing a strain gage 20 for measuring bending stress, a strain gage 21 for measuring shear stress, an accelerometer 22, and a deflection meter 23, and using the data logger to connect the response (electric signal) generated therefrom. By collecting it with (Data logger).

재하실험 열차는 통상 기관차 1량 또는 2량의 열차가 사용되며, 주로 야간에 선로를 일정시간(약 2시간) 차단시킨 상태에서 실험이 이루어진다. 선로차단을 위해서는 감독기관에 재하실험 계획서를 제출하고, 해당 감독기관에서는 이를 검토하여 대량수송기간, 대상교량 주변의 선로차단작업 상황, 시험용 기관차량 및 기관사의 적정 수배시기, 운전, 안전, 영업, 전기, 신호, 건널목 등 약 15개의 관련 기관과 협의를 거쳐 선로차단 및 기관차량 수배 등의 사전 준비를 하게 된다. 이러한 사전 준비는 통상적으로 약 1개월 이상이 소요되는 등 많은 노력이 요구된다.Loading test trains usually use one or two locomotives, and the test is usually performed at night with the track blocked for a certain time (about 2 hours). To block the track, submit the loading test plan to the supervisory authority, and the supervisory authority reviews it, and checks the mass transportation period, the situation of the track blocking work around the target bridge, the appropriate timing of arranging the test vehicle and the engineer, operation, safety, sales, After consultation with about 15 related organizations such as electricity, signal, and crossings, they will prepare for the blockage and locomotive arrangement. This preparation requires a lot of effort, usually about one month or more.

상술한 것과 같이, 종래의 철도교 재하실험은 별도의 재하차량을 사용함으로써, 차량의 수배, 실험 전 열차의 시동, 기관사 및 조사의 대기, 고가의 열차 사용에 따른 비용 발생 등 많은 어려움을 갖고 있다. 특히, 선로의 차단은 다른 보수작업의 지연, 감독 등 관계자의 입회 등 많은 인원과 비용을 발생하게 된다.As described above, the conventional railway bridge loading experiment has a lot of difficulties, such as by using a separate loading vehicle, arrangement of the vehicle, starting of the train before the experiment, waiting for the engineer and survey, and incurring the cost of using expensive trains. In particular, the interruption of the track will incur a large number of personnel and costs, such as delays in other repairs and the presence of related personnel such as supervision.

또한, 종래의 철도교 재하실험은 열차의 윤중 측정 없이 열차설계에 따른 윤중을 그대로 사용하고, 이로부터 철도교의 내하력을 평가함으로써 열하중이나 축거의 변동에 의한 오차와 곡선 선형이나 캔트 등 궤도의 상태에 따른 특성을 표현할 수 없는 문제점이 있다.In addition, in the conventional railway bridge loading test, the wheel load according to the train design is used as it is without measurement of the train's wheel run, and the load capacity of the railway bridge is evaluated from this, and the error due to the change of the heat load or the wheelbase and the condition of the track such as the curve linear or cant There is a problem that can not express the characteristics.

또한, 종래의 철도교 재하실험에 사용되는 열차는 상황에 따라 하중과 축거가 다르게 나타날 수 있고 실질적인 윤중 계량이 어려우며, 열차의 설계에 따른 하중과 축거를 그대로 사용하고 있는 실정이므로, 재하실험이 원천적으로 오차를 지니고 있다. 특히, 곡선교의 경우 횡방향력은 사실상 모르는 상태에서 재하실험이 이루어지므로 실험 결과의 정확성이 떨어질 수밖에 없다.In addition, the trains used in the conventional railway bridge loading test may have different loads and wheelbases depending on the situation, and it is difficult to quantify the actual wheel load, and the loads and wheelbases according to the design of the trains are used as they are. It has an error. In particular, in the case of curved bridges, the loading test is carried out without actually knowing the lateral force, so the accuracy of the test results is inevitably deteriorated.

또한, 종래의 철도교 재하실험은 기관차 1량 또는 기관차 2량의 중련 편성으로 수행하게 되는데, 기관차 단기편성은 최고속도가 80km/h로 제한되고 있으므로, 실질적으로 150km/h로 주행하는 운행 열차와는 큰 차이가 있다. 더욱이, 열차의 운행 속도가 증가되고 있는 현재 추세를 고려할 때 종래 실험열차를 이용하는 재하실험은 교량의 실제적인 거동을 파악하는데 한계가 있다.In addition, the conventional railway bridge loading test is carried out in the middle train of one locomotive or two locomotives, but the short-term locomotive is limited to 80 km / h maximum speed, it is substantially different from the operating train traveling at 150 km / h There is a big difference. Moreover, considering the current trend of increasing train speeds, loading tests using conventional experimental trains have limitations in understanding the actual behavior of the bridge.

또한, 종래의 철도교 재하실험은 비교적 중량인 기관차량만을 이용하므로, 철도교가 연행하중에 의해 거동이 좌우된다는 특성을 반영하지 못하고 실질적인 내하력 산출에 한계가 있다.In addition, since the conventional railway bridge loading test uses only a relatively heavy locomotive vehicle, the railway bridge does not reflect the characteristics that the behavior depends on the continuous load, and there is a limit in the actual load capacity calculation.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실제 주행열차의 윤중을 실시간으로 측정하여 교량을 통과하는 각종 열차들에 대한 교량의 거동을 측정하고 이들 자료로부터 통계분석을 통하여 더욱 실질적이고 정확한 교량의 내하력을 산출할 수 있는 철도교의 재하실험 장치와 이를 이용한 철도교의 내하력 산출방법 및 철도교의 처짐 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art, by measuring the wheel run of the actual running train in real time to measure the behavior of the bridge for the various trains passing through the bridge and through these data statistical analysis more practical and accurate It is an object of the present invention to provide a loading test device for railway bridges that can calculate the load capacity of bridges, a method for calculating the load capacity of railway bridges, and a method for measuring the deflection of railway bridges.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 철도교의 재하실험 장치는, 철도교의 상부에 부설된 레일에 설치되어 실제 운행하는 열차에 의해 레일에 가해지는 윤중을 측정하기 위한 복수의 스트레인 게이지를 갖는 윤중측정 게이지 유닛, 레일에 가해지는 윤중에 의한 레일의 하중-변형률 관계식을 얻기 위한 윤중 측정기, 레일에 설치되어 실제 운행하는 열차에 의해 레일에 가해지는 횡력을 측정하기 위한 복수의 스트레인 게이지를 갖는 횡력측정 게이지 유닛, 레일에 가해지는 횡력에 의한 레일의 하중-변형률 관계식을 얻기 위한 횡력 측정기를 포함한다. 이러한 본 발명에 의한 철도교의 재하실험 장치를 이용하면, 실제 운행하는 열차에 의한 철도교의 실제적인 동적 거동을 파악할 수 있다.The railroad loading test apparatus according to the present invention for achieving the above object is a wheel weight measurement having a plurality of strain gauges for measuring the wheel load applied to the rail by a train running on the rail installed on the upper portion of the railway bridge Lateral force measuring gauge with gauge unit, wheel speed measuring instrument for obtaining load-strain relational expression of rail due to wheel loading on rail, and multiple strain gauges installed on rail to measure lateral force applied to rail by train in actual operation The unit includes a lateral force meter for obtaining a load-strain relationship of the rail due to the lateral force applied to the rail. By using the loading test apparatus of the railway bridge according to the present invention, it is possible to grasp the actual dynamic behavior of the railway bridge by the train in operation.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 철도교의 내하력 산출방법은, (a) 철도교에 배치되는 레일이 상기 레일을 따라 주행하는 열차의 윤중에 의해 변형될 때 상기 레일과 함께 변형될 수 있도록 상기 레일의 웨브 좌우에 복수의 윤중 측정용 스트레인 게이지를 배치하고, 상기 복수의 윤중 측정용 스트레인 게이지를 휘트스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 회로를 구성하도록 연결하는 단계, (b) 상기 레일에 일정한 수직하중을 가하고 상기 수직하중에 의한 상기 레일의 수직 방향 변형률을 측정하여 수직하중에 의한 상기 레일의 하중-변형률 관계식을 도출하는 단계, (c) 레일이 상기 레일을 따라 주행하는 열차의 횡력에 의해 변형될 때 상기 레일과 함께 변형될 수 있도록 상기 레일의 저부 좌우에 복수의 횡력 측정용 스트레인 게이지를 배치하고, 상기 복수의 횡력 측정용 스트레인 게이지를 휘트스톤 브리지 회로를 구성하도록 연결하는 단계, (d) 상기 레일에 일정한 횡하중을 가하고 상기 횡하중에 의한 상기 레일의 횡방향 변형률을 측정하여 횡하중에 의한 상기 레일의 하중-변형률 관계식을 도출하는 단계, (e) 상기 복수의 윤중 측정용 스트레인 게이지를 이용하여 상기 레일을 따라 실제로 주행하는 열차의 윤중을 측정하는 단계, (f) 상기 복수의 횡력 측정용 스트레인 게이지를 이용하여 상기 레일을 따라 실제로 주행하는 열차의 횡력을 측정하는 단계, (g) 상기 복수의 윤중 측정용 스트레인 게이지를 통해 측정한 윤중 및 상기 복수의 횡력 측정용 스트레인 게이지를 통해 측정한 횡력을 상기 철도교의 최대 변위가 발생하는 제위치에 재하시키는 구조해석을 실행하여 상기 철도교의 이론 처짐(ds)을 산출하는 단계, (h) 상기 철도교의 허용응력(fa)을 구하는 단계, (i) 상기 철도교의 사하중응력(fd)을 구하는 단계, (j) 상기 철도교의 실측 최대동적처짐(dymax)을 구하는 단계, (k) 상기 철도교의 활하중응력(fl)을 구하는 단계, (l) 상기 철도교의 설계 활하중(Pr)을 구하는 단계, (m) 상기 (g) 단계 ~ 상기 (l) 단계에서 구한 변수들을 다음 수식에 대입하여 공용내하력(P)을 산출하는 단계를 포함한다.Load bearing capacity calculation method of the railway bridge according to the present invention for achieving the above object, (a) when the rail disposed on the railway bridge is deformed by the rolling of the train running along the rail with the rail so that it can be deformed together Arranging a plurality of strain gauges for lubrication measurement on the left and right sides of the web, and connecting the plural strain gauges to form a Wheatstone Bridge circuit; (b) applying a constant vertical load to the rails; Deriving a load-strain relationship of the rail by vertical load by measuring a vertical strain of the rail by the vertical load, (c) when the rail is deformed by a lateral force of a train traveling along the rail Arrange a plurality of strain gauges for measuring the lateral force on the left and right sides of the bottom of the rail to be deformed with the rail, Connecting a strain gauge for lateral force measurement to form a Wheatstone bridge circuit, (d) applying a constant lateral load to the rail and measuring the transverse strain of the rail due to the lateral load to thereby determine the load of the rail under the lateral load- Deriving a strain relationship equation, (e) measuring the wheel run of a train actually running along the rail using the plurality of strain gauges for lubrication measurement, and (f) using the strain gauges for lateral force measurement Measuring the lateral force of the train actually running along the rail; (g) the maximum lateral force measured by the circumferential force measured by the plurality of lateral strain measurement strain gauges and the lateral force measuring strain gauges; executing the structural analysis of load in place of the displacement is generated by the theory of the cheoldogyo deflection (d s) Calculating, (h) allowable stress (f a) the obtaining step, (i) obtaining a dead load stress (f d) of the cheoldogyo, (j) measured maximum dynamic deflection (d ymax) of the cheoldogyo the cheoldogyo (K) obtaining a live load stress (f l ) of the railway bridge, (l) obtaining a design live load (P r ) of the railway bridge, (m) steps (g) to (l) And calculating the common load capacity (P) by substituting the variables obtained in the following equation.

Figure 112010046873092-pat00001
Figure 112010046873092-pat00001

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 철도교의 처짐 측정방법은, (a) 철도교의 거더에 와이어를 연결하는 단계, (b) 상기 와이어의 끝단에 스프링을 연결하고 상기 스프링으로 상기 와이어에 텐션을 가하는 단계, (c) 상기 스프링을 일정함 힘(P)으로 당겨 변형시키고, 상기 와이어의 변위(dp)와 상기 스프링의 변위(dr')를 측정하는 단계, (d) 상기 c단계에서 측정한 상기 와이어의 변위(dp)와 상기 스프링의 변위(dr')로부터 다음의 식과 같은 처짐 보정비를 구하는 단계, Method for measuring the deflection of the railway bridge according to the present invention for achieving the above object, (a) connecting the wire to the girder of the railway bridge, (b) connecting a spring to the end of the wire and the tension to the wire with the spring (C) pulling and deforming the spring with a constant force (P) and measuring the displacement (dp) of the wire and the displacement (d r ') of the spring, (d) the measurement in step c Obtaining the deflection correction ratio from the displacement of the wire d p and the displacement of the spring d r ',

Figure 112010046873092-pat00002
Figure 112010046873092-pat00002

(e) 열차가 상기 철도교를 통과하여 상기 거더가 변형될 때 변형되는 상기 스프링의 변위(dr)를 처짐 측정장치를 이용하여 측정하는 단계, (f) 상기 (d) 단계 및 상기 (e) 단계에서 구한 변수들을 다음 수식에 대입하여 거더처짐(do)을 산출하는 단계를 포함한다.(e) measuring a displacement (d r ) of the spring, which is deformed when the girder is deformed by the train passing through the railway bridge, using a deflection measuring device, (f) steps (d) and (e) the parameters obtained in step by applying the following formula: and a step of calculating a deflection girder (d o).

Figure 112010046873092-pat00003
Figure 112010046873092-pat00003

본 발명은 윤중측정 게이지 유닛과 횡력측정 게이지 유닛을 사용하여 주행 열차의 윤중 및 횡력을 측정하고 이를 이용하여 교량의 거동해석을 수행함으로써 열차하중 변동이나 선형 및 궤도의 상태를 반영한 실제 하중-변위관계를 획득할 수 있다. 따라서, 종래에 비해 더욱 정확하게 철도교의 내하력을 산출하고 안전성을 파악할 수 있다.According to the present invention, the actual load-displacement relationship reflecting train load fluctuations and linear and track states by measuring the wheel lubrication and lateral force of a traveling train using the lubrication gauge unit and the lateral force gauge unit and performing the analysis of the bridge behavior using the same Can be obtained. Therefore, the load capacity of the railway bridge can be calculated and the safety can be grasped more accurately than in the related art.

또한, 본 발명은 선로를 따라 실제로 주행하는 열차를 이용하여 재하실험을 수행함으로써, 종래와 같이 재하실험을 위한 선로의 차단, 재하실험 열차의 수배 및 운행에 따른 복잡한 행정절차와 비용을 줄일 수 있다.In addition, the present invention by performing the loading test using the train actually running along the track, it is possible to reduce the complicated administrative procedures and costs due to the blocking of the track for the loading test, arrangement and loading of the loading test train as in the prior art .

또한, 본 발명은 철도교의 처점을 측정함에 있어서 철도교의 거더에 연결된 와이어의 변형을 고려한 처짐 보정비를 적용함으로써 더욱 정확한 철도교의 처짐을 측정할 수 있다.In addition, the present invention can measure the deflection of the railway bridge more accurately by applying the deflection correction ratio in consideration of the deformation of the wire connected to the girder of the railway bridge in measuring the point of the railway bridge.

도 1은 종래 철도교의 재하실험 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 레일을 따라 주행하는 일반적인 열차를 나타낸 것이다.
도 3은 열차가 레일 위에 배치된 상태를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치의 윤중측정 게이지 유닛을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치의 윤중측정 게이지 유닛 및 횡력측정 게이지 유닛의 회로도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치의 윤중측정 게이지 유닛으로 레일에 가해지는 윤중을 측정하는 방법을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치의 횡력측정 게이지 유닛을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치의 횡력측정 게이지 유닛으로 레일에 가해지는 횡력을 측정하는 방법을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치의 윤중 측정기를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치의 윤중 측정기의 일부 구성을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치의 윤중 측정기의 고정장치를 나타낸 것이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치의 윤중 측정기로 하중-변형률 관계식을 도출하는 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치의 윤중 측정기로 레일에 하중을 가하는 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치의 횡력 측정기를 나타낸 것이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치의 횡력 측정기로 레일에 횡력을 가하는 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 18은 철도교의 처짐을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 19는 철도교의 처짐을 측정하기 위한 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 20은 철도교의 처짐을 보정하는 방법을 설명하기 위한 것이다.1 shows a loading test method of a conventional railway bridge.
2 shows a general train traveling along a rail.
3 shows a state in which a train is disposed on a rail.
Figure 4 shows the lubrication measurement gauge unit of the railway bridge loading test apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram of a wheel gauge gauge and a lateral force gauge unit of a railway bridge loading test apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows a method of measuring the wheel load applied to the rail with a wheel gauge gauge unit of the railway bridge loading test apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 shows a lateral force measurement gauge unit of the railway bridge loading test apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows a method of measuring the lateral force applied to the rail by the lateral force measurement gauge unit of the railway bridge loading test apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 shows the wheel speed meter of the railway bridge loading test apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 is a view illustrating a partial configuration of a wheel speed measuring device of a loading test apparatus of a railway bridge according to an embodiment of the present invention.
11 is a view illustrating a fixing device of a wheel speed meter of a railway bridge loading test apparatus according to an embodiment of the present invention.
12 and 13 are for explaining a method of deriving a load-strain relationship equation with a wheel speed meter of a railway bridge loading test apparatus according to an embodiment of the present invention.
14 is a view for explaining a method of applying a load to the rail with a lubrication measuring device of the railway bridge loading test apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 15 shows a lateral force measuring device of the railway bridge loading test apparatus according to an embodiment of the present invention.
16 and 17 are for explaining a method of applying the lateral force to the rail by the lateral force measuring device of the loading test apparatus of the railway bridge according to an embodiment of the present invention.
It is a graph which measured and showed the deflection of the railway bridge.
19 is for explaining a method for measuring the deflection of the railway bridge.
20 is for explaining a method of correcting the deflection of the railway bridge.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 철도교의 재하실험 장치와 이를 이용한 철도교의 내하력 산출방법 및 철도교의 처짐 측정방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail with respect to the loading test device of the railway bridge according to an embodiment of the present invention, the load capacity calculation method of the railway bridge and the method of measuring the deflection of the railway bridge.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.In describing the present invention, the sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated or simplified for clarity and convenience of explanation. In addition, terms that are specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may vary depending on the intention or custom of the user or operator. These terms are to be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the contents throughout the present specification.

도 2는 열차 운행에 따라 레일에 열차의 윤중이 작용하는 상태를 나타낸 것이고, 도 3은 열차 운행에 따라 레일에 횡력이 작용하는 상태를 나타낸 것이다.FIG. 2 illustrates a state in which the lubrication of the train acts on the rails according to the train operation, and FIG. 3 illustrates a state in which the lateral force acts on the rails according to the train operation.

도 2에 도시된 것과 같이, 열차(30)가 레일(40)을 따라 주행할 때 열차(30)의 하중이 열차바퀴(31)를 통해 레일(40)에 수직으로 작용한다. 그리고 도 3에 도시된 것과 같이, 열차(30)의 주행에 따른 열차의 횡력이 차축(32)에 전달될 때 횡력은 열차바퀴(31)를 통해 레일(40)의 횡방향으로 작용하게 된다.As shown in FIG. 2, when the train 30 travels along the rail 40, the load of the train 30 acts perpendicularly to the rail 40 through the train wheel 31. And, as shown in Figure 3, when the transverse force of the train according to the running of the train 30 is transmitted to the axle 32, the transverse force acts in the transverse direction of the rail 40 through the train wheel 31.

본 발명에 의한 철도교의 재하실험 장치는, 철도교의 상부에 부설된 레일(40)에 설치되어 실제 운행하는 열차(30)에 의해 레일(40)에 가해지는 윤중(F1)을 측정하기 위한 윤중측정 게이지 유닛(100), 레일(40)에 가해지는 윤중(F1)에 의한 레일(40)의 하중-변형률 관계식을 얻기 위한 윤중 측정기(200), 레일(40)에 설치되어 실제 운행하는 열차(30)에 의해 레일(40)에 가해지는 횡력(F2)을 측정하기 위한 횡력측정 게이지 유닛(300), 레일(40)에 가해지는 횡력(F2)에 의한 레일(40)의 하중-변형률 관계식을 얻기 위한 횡력 측정기(400)를 포함한다. 이러한 본 발명에 의한 철도교의 재하실험 장치를 이용함으로써, 실제 운행하는 열차(30)에 의한 철도교의 실제적인 동적 거동을 파악할 수 있다.The loading test apparatus of the railway bridge according to the present invention is a wheel weight measurement for measuring the wheel weight F1 applied to the rail 40 by the train 30 installed on the rail 40 attached to the upper portion of the railway bridge and actually operating. A train 30 installed in the lubrication meter 200 and the rail 40 to obtain a load-strain relational expression of the rail 40 due to the lubrication F1 applied to the gauge unit 100 and the rail 40, and actually operates. Lateral force measuring gauge unit 300 for measuring the lateral force (F2) applied to the rail 40 by using, and the load-strain relation equation of the rail 40 due to the lateral force (F2) applied to the rail 40 is obtained. And a lateral force meter 400 for. By using the loading test apparatus of the railway bridge according to the present invention, it is possible to grasp the actual dynamic behavior of the railway bridge by the train 30 actually running.

도 4는 레일(40)에 작용하는 윤중(F1)을 측정하기 위한 윤중측정 게이지 유닛(100)을 나타낸 것으로, 윤중측정 게이지 유닛(100)은 동일한 저항(예컨대, 120Ω)을 갖는 8개의 윤중 측정용 스트레인 게이지(111)(112)(113)(114)(115)(116)(117)(118)를 포함한다. 이들 스트레인 게이지(111)(112)(113)(114)(115)(116)(117)(118)는 레일(40)의 웨브(41)의 양쪽 측면에 배치되어 열차(30)의 열차바퀴(31)가 이곳을 통과할 때 레일(40)의 웨브(41)에 발생하는 전단응력을 측정할 수 있다. 도시된 것과 같이, 스트레인 게이지(111)(112)(113)(114)(115)(116)(117)(118)는 두 개씩 서로 교차하도록 쌍을 이루되, 레일(40)의 중심을 기준으로 레일(40)의 웨브(41) 좌우에 두 쌍씩 대칭적으로 배치된다.FIG. 4 shows a gravity gauge unit 100 for measuring the wheel weight F1 acting on the rail 40, in which the wheel gauge device 100 measures eight wheel weights having the same resistance (eg, 120Ω). Strain gauges 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118. These strain gauges 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 and 118 are arranged on both sides of the web 41 of the rail 40 to train wheels of the train 30. Shear stress generated in the web 41 of the rail 40 as 31 passes through it can be measured. As shown, the strain gauges 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118 are paired so as to intersect with each other, with reference to the center of the rail 40. Thus, two pairs are arranged symmetrically to the left and right of the web 41 of the rail 40.

도 5는 윤중측정 게이지 유닛(100)의 회로도를 나타낸 것이다. 제 1 스트레인 게이지(111)와 제 4 스트레인 게이지(114)를 결선한 제 1 입력선(121)과 제 6 스트레인 게이지(116)와 제 7 스트레인 게이지(117)를 결선한 제 2 입력선(122)에 전압을 가하면, 제 2 스트레인 게이지(112)와 제 8 스트레인 게이지(118)를 결선한 제 1 출력선(123)과 제 3 스트레인 게이지(113)와 제 5 스트레인 게이지(115)를 결선한 제 2 출력선(124)에는 휘트스톤 브리지(Wheatstone Bridge)원리에 의해 전압이 발생(출력)되지 않는 전압 ‘영’인 상태가 된다. 반면, 이들 8개의 스트레인 게이지(111)(112)(113)(114)(115)(116)(117)(118) 중 일부에 미소한 변형이 발생하면 전류는 평형을 상실하면서 제 1 출력선(123)과 제 2 출력선(124)에 전압이 발생한다. 이렇게 발생하는 전압을 증폭기를 통해 증폭시키면 미소한 변위를 정밀하게 측정할 수 있다.5 shows a circuit diagram of the gravity gauge unit 100. The first input line 121 connecting the first strain gauge 111 and the fourth strain gauge 114, and the second input line 122 connecting the sixth strain gauge 116 and the seventh strain gauge 117. ), The first output line 123 connecting the second strain gauge 112 and the eighth strain gauge 118, the third strain gauge 113, and the fifth strain gauge 115 are connected to each other. The second output line 124 is in a state in which the voltage 'zero' is not generated (output) due to the Wheatstone Bridge principle. On the other hand, if a slight deformation occurs in some of these eight strain gauges 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 and 118, the current will lose balance and the first output line Voltage is generated at 123 and the second output line 124. Amplifying this generated voltage through an amplifier allows precise measurement of small displacements.

이러한 윤중측정 게이지 유닛(100)을 이용하여 윤중(F1)을 측정하는 방법은 다음과 같다.The method of measuring the wheel weight F1 using the wheel gauge unit 100 is as follows.

열차(30)의 윤중(F1)이 윤중측정 게이지 유닛(100)의 외부에 있을 때, 윤중측정 게이지 유닛(100)이 위치하는 레일(40) 내부는 전단력의 차이가 없다. 이때, 복수의 스트레인 게이지(111)(112)(113)(114)(115)(116)(117)(118)는 동일한 압축 상태 또는 동일한 인장 상태에 있으므로 제 1 출력선(123) 및 제 2 출력선(124) 사이의 전압은 '영’이 된다.When the wheel F1 of the train 30 is outside the wheel gauge unit 100, the inside of the rail 40 where the wheel gauge unit 100 is located does not have a difference in shear force. In this case, since the plurality of strain gauges 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, and 118 are in the same compressed state or the same tension state, the first output line 123 and the second The voltage between the output lines 124 becomes 'zero'.

도 6에 도시된 것과 같이, 열차(30)가 접근하여 열차(30)의 윤중(F1)이 윤중측정 게이지 유닛(100) 안쪽에 위치하면, 제 1 스트레인 게이지(111), 제 2 스트레인 게이지(112), 제 5 스트레인 게이지(115) 및 제 6 스트레인 게이지(116)는 인장 상태가 되고, 나머지 제 3 스트레인 게이지(113), 제 4 스트레인 게이지(114), 제 7 스트레인 게이지(117) 및 제 8 스트레인 게이지(118)는 압축 상태가 된다. 따라서, 윤중(F1)이 윤중측정 게이지 유닛(100)의 외부에 있을 때의 평형은 상실되고 휘트스톤 브리지 원리에 의해 제 1 출력선(123)과 제 2 출력선(124) 사이에 전압이 발생한다.As shown in FIG. 6, when the train 30 approaches and the wheel F1 of the train 30 is located inside the wheel gauge unit 100, the first strain gauge 111 and the second strain gauge ( 112, the fifth strain gauge 115 and the sixth strain gauge 116 are in tension and the remaining third strain gauge 113, the fourth strain gauge 114, the seventh strain gauge 117, and the fifth strain gauge 116 are in tension. 8 strain gauge 118 is compressed. Therefore, the balance when the wheel F1 is outside the wheel gauge unit 100 is lost and a voltage is generated between the first output line 123 and the second output line 124 by the Wheatstone bridge principle. do.

윤중(F1)이 클수록 복수의 스트레인 게이지(111)(112)(113)(114)(115)(116)(117)(118) 중 인장되는 것들과 압축되는 것들의 변형률은 커지므로, 윤중(F1)이 클수록 출력되는 전압의 크기는 커진다. 이러한 원리를 이용함으로써 레일(40)을 통과하는 열차(30)에 의한 윤중(F1)의 상대적 크기를 측정할 수 있다.The larger the wheel speed F1, the greater the strain of the tensioned and compressed ones of the plurality of strain gauges 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 and 118. The larger F1), the larger the magnitude of the output voltage. By using this principle, it is possible to measure the relative size of the wheel load F1 by the train 30 passing through the rail 40.

이와 같이 윤중측정 게이지 유닛(100)을 이용하여 측정된 윤중(F1)의 상대적 크기는 도 9 및 도 10에 도시된 윤중 측정기(200)를 이용하여 실제 윤중으로 환산할 수 있다. 윤중 측정기(200)는 레일(40)에 수직력을 가하기 위한 복수의 유압 실린더(211)(212)(213), 복수의 유압 실린더(211)(212)(213)에 유압을 공급하기 위한 유압 펌프(220), 복수의 유압 실린더(211)(212)(213)를 지지하기 위한 지지대(230) 및 지지대(230)를 레일(40)에 고정하기 위한 복수의 고정장치(240)를 포함한다.As such, the relative size of the wheel weight F1 measured using the wheel gauge unit 100 may be converted into actual wheel weight using the wheel speed meter 200 illustrated in FIGS. 9 and 10. The hydrometer 200 is a hydraulic pump for supplying hydraulic pressure to a plurality of hydraulic cylinders 211, 212, 213 and a plurality of hydraulic cylinders 211, 212, 213 for applying a vertical force to the rail 40. 220, a support 230 for supporting the plurality of hydraulic cylinders 211, 212, 213, and a plurality of fixing devices 240 for fixing the support 230 to the rail 40.

고정장치(240)는 한 쌍의 고정부재(241)(242)를 포함한다. 이들 제 1 고정부재(241)와 제 2 고정부재(242)는 힌지 핀(243)에 의해 결합된다. 제 1 고정부재(241) 및 제 2 고정부재(242)는 각각 레일(40)의 두부(43)에 고정되는 레일 고정부(244)(245)와 지지대(230)에 결합되는 지지대 고정부(246)(247)를 갖는다. 도 10에 도시된 것과 같이, 제 1 고정부재(241) 및 제 2 고정부재(242)의 각 레일 고정부(244)(245)가 레일(40)의 두부(43)에 고정되고, 제 1 고정부재(241) 및 제 2 고정부재(242)의 각 지지대 고정부(246)(247)가 지지대(230)에 고정되면, 고정장치(240)는 지지대(230)를 레일(40)에 단단히 고정시키며, 고정장치(240)는 레일(40)에서 쉽게 분리되지 않는다.The fixing device 240 includes a pair of fixing members 241 and 242. The first fixing member 241 and the second fixing member 242 are coupled by a hinge pin 243. Each of the first fixing member 241 and the second fixing member 242 is a rail fixing part 244 and 245 fixed to the head 43 of the rail 40, and a support fixing part coupled to the support 230. 246 and 247. As shown in FIG. 10, each rail fixing portion 244, 245 of the first fixing member 241 and the second fixing member 242 is fixed to the head 43 of the rail 40, and the first fixing member 241 and the second fixing member 242 are fixed to the head 43 of the rail 40. When each support fixing part 246, 247 of the fixing member 241 and the second fixing member 242 is fixed to the support 230, the fixing device 240 securely supports the support 230 to the rail 40. The fixing device 240 is not easily separated from the rail 40.

반면, 도 11에 도시된 것과 같이, 지지대(230)를 레일(40)과 평행한 방향으로 이동시켜 지지대(230)의 끝단을 각 지지대 고정부(246)(247)에서 이탈시키면 두 고정부재(241)(242)가 힌지 핀(243)을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있다. 이때, 두 고정부재(241)(242)를 힌지 핀(243)으을 중심으로 회전시킴으로써 고정장치(240)를 레일(40)에서 쉽게 분리할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 11, by moving the support 230 in a direction parallel to the rail 40 to remove the end of the support 230 from each support fixing portion (246, 247) two fixing members ( 241 and 242 can freely rotate about hinge pin 243. In this case, by rotating the two fixing members 241 and 242 about the hinge pins 243, the fixing device 240 can be easily separated from the rail 40.

복수의 유압 실린더(211)(212)(213)를 윤중측정 게이지 유닛(100)의 안쪽 영역에 배치하고 유압 펌프(220)로 유압을 공급하면 열차(30)의 윤중(F1)과 같은 하중을 레일(40)에 인가할 수 있다. 이때, 유압 공급에 따른 레일(40)의 변형률을 윤중측정 게이지 유닛(100)으로 측정하면 하중-변형률 관계식을 얻을 수 있다. 이렇게 도출된 하중-변형률 관계식에 열차(30)의 주행에 따른 변형률을 대입하면 실제 열차(30)의 윤중(F1)을 얻을 수 있다.When the plurality of hydraulic cylinders 211, 212, 213 are disposed in the inner region of the lubrication gauge unit 100, and the hydraulic pressure is supplied to the hydraulic pump 220, a load equal to the lubrication weight F1 of the train 30 may be applied. It can be applied to the rail 40. At this time, if the strain of the rail 40 according to the hydraulic supply is measured by the lubrication measurement gauge unit 100 can obtain a load-strain relationship. By substituting the strain according to the driving of the train 30 into the load-strain relation thus derived, it is possible to obtain a wheel weight F1 of the actual train 30.

윤중 측정기(200)를 통해 하중-변형률 관계식을 도출하는 방법은 다음과 같다.The method of deriving the load-strain relationship through the wheel gauge 200 is as follows.

먼저, 복수의 유압 실린더(211)(212)(213)를 윤중측정 게이지 유닛(100)의 안쪽 영역에 배치하고 복수의 유압 실린더(211)(212)(213)를 통해 유압을 일정 크기씩 증가시키면서 윤중측정 게이지 유닛(100)으로 인가 하중에 따른 변형률을 측정한다. 예컨대, 인가 하중을 10kN에서 시작하여 10kN씩 증가시키면서 변형률을 측정할 수 있다. 유압 실린더(211)(212)(213)로 유압을 가하면서 10kN에 이르면 잠시 가압을 멈춘다. 이때의 변형률(ε)을 측정하여 하중-변형률 관계를 얻는다. 도 12 및 도 13에 도시된 것과 같이, 이러한 방법으로 하중을 10kN씩 증가시키면서 변형률을 측정하고 최소 자승법등으로 최종 하중-변형률 관계식을 얻을 수 있다. 이러한 하중-변형률 관계식은 일종의 스프링계수(k)로 나타낼 수 있다. 이렇게 얻은 하중-변형률 관계식에 윤중측정 게이지 유닛(100)을 통과하는 열차(30)의 열차바퀴(31)에 의해 발생하는 레일(40)의 변형률을 구할 수 있다. 동일한 방법으로 다른 쪽 레일(40)의 변형률도 구할 수 있다.First, the plurality of hydraulic cylinders 211, 212, 213 are disposed in the inner region of the lubrication gauge unit 100, and the hydraulic pressure is increased by a predetermined size through the plurality of hydraulic cylinders 211, 212, 213. While measuring the strain according to the applied load to the lubrication measurement gauge unit 100. For example, the strain can be measured starting at 10 kN and increasing by 10 kN. Pressurization is stopped briefly when 10 kN is reached while applying hydraulic pressure to the hydraulic cylinders 211, 212, 213. The strain (ε) at this time is measured to obtain the load-strain relationship. As shown in Figure 12 and 13, it is possible to measure the strain while increasing the load by 10kN in this way, and the final load-strain relation can be obtained by the least square method. This load-strain relationship can be expressed as a kind of spring coefficient k. In this way, the strain of the rail 40 generated by the train wheel 31 of the train 30 passing through the gravity gauge unit 100 can be obtained from the load-strain relationship. In the same manner, the strain of the other rail 40 can also be obtained.

하중-변형률 관계식을 도출함에 있어서, 도 14에 도시된 것과 같이, 복수의 유압 실린더(211)(212)(213)를 이용하여 각 유압 실린더(211)(212)(213)에 대응하는 위치(a, b, c)에 하중을 가하고 이에 따른 변형률을 측정함으로써, 더욱 정확한 비례계수 및 하중-변형률 관계식을 얻을 수 있다. 윤중측정 게이지 유닛(100)이 설치된 레일(40)에서의 변형률은 위치에 따라 차이가 있을 수 있다. 따라서, 윤중 측정기(200)에 의한 가압점이 윤중측정 게이지 유닛(100)의 정중앙에 위치하지 않으면 정확한 변형률을 얻지 못하게 된다. 따라서, 본 발명과 같이 복수의 유압 실린더(211)(212)(213)를 이용하여 3개의 지점을 가압하고 각 가압 지점에서의 하중-변형률 관계식을 구하면 최적곡선식을 얻을 수 있으며, 이 중에서 최대값을 구하면 더욱 정확한 하중-변형률 관계식을 얻을 수 있는 것이다.In deriving the load-strain relationship, as illustrated in FIG. 14, a position corresponding to each hydraulic cylinder 211, 212, 213 using a plurality of hydraulic cylinders 211, 212, 213 ( By applying a load to a, b, and c) and measuring the resulting strain, a more accurate proportionality factor and load-strain relation can be obtained. The strain in the rail 40 in which the lubrication gauge unit 100 is installed may vary depending on the position. Therefore, if the pressure point by the lubrication measuring device 200 is not located at the exact center of the lubrication measuring gauge unit 100, an accurate strain cannot be obtained. Therefore, by pressing the three points using a plurality of hydraulic cylinders (211, 212, 213) as in the present invention, and obtains the load-strain relationship at each pressing point, the optimum curve can be obtained, and the maximum value among them. The more accurate the load-strain relation can be obtained.

여기에서, 복수의 유압 실린더(211)(212)(213)와 유압 펌프(220)는 레일(40)에 수직방향 하중을 가할 수 있는 다른 수직하중 제공장치로 대체될 수 있다. 수직하중 제공장치로는 유압 이외의 유체, 또는 기구적인 방법으로 레일(40)에 하중을 제공할 수 있는 다양한 장치가 이용될 수 있다.Here, the plurality of hydraulic cylinders 211, 212, 213 and the hydraulic pump 220 may be replaced by another vertical load providing device capable of applying a vertical load to the rail 40. As the vertical load providing device, various devices capable of providing a load to the rail 40 by a fluid other than hydraulic pressure or mechanical methods may be used.

한편, 열차(30)는 주행하면서 궤도틀림이나 열차(30) 자체의 불균형 및 고유진동 등으로 좌우방향으로 횡력(F2)이 발생하게 되며, 이러한 운동을 사행동이라 한다. 이러한 열차(30)의 사행동은 실제 철도교의 거동에 크게 영향을 미치게 되며 철도교의 내하력에도 영향을 미치게 된다. 특히, 곡선교에서는 원심력에 의한 영향이 크게 작용하게 된다. 종래의 재하실험은 이러한 실제의 영향을 고려할 수가 없지만, 본 발명은 열차(30)의 주행에 따른 윤중(F1) 측정과 함께 횡력(F2)을 측정하여 횡력(F2)에 의한 철도교의 거동을 파악함으로써 철도교의 내하력을 더욱 정확하게 산출할 수 있다.On the other hand, while the train 30 is traveling, the lateral force (F2) is generated in the left and right directions due to the track distortion or the imbalance and natural vibration of the train 30 itself, this movement is called a meandering movement. The meandering behavior of these trains 30 greatly affects the behavior of the actual railway bridge and also affects the load capacity of the railway bridge. In particular, the effect of the centrifugal force on the curved bridge is large. Conventional loading experiments can not consider this actual effect, but the present invention measures the lateral force (F2) in addition to the measurement of the wheel rotation (F1) according to the running of the train 30 to grasp the behavior of the railway bridge by the lateral force (F2) By doing so, the load capacity of the railway bridge can be calculated more accurately.

도 7은 열차(30) 통과 시 레일(40)에 작용하는 횡력(F2)을 측정하기 위한 횡력측정 게이지 유닛(300)을 나타낸 것으로, 횡력측정 게이지 유닛(300)은 상술한 윤중측정 게이지 유닛(100)과 유사하다. 즉, 횡력측정 게이지 유닛(300)은 동일한 저항(예컨대, 120Ω)을 갖는 8개의 횡력 측정용 스트레인 게이지(111)(112)(113)(114)(115)(116)(117)(118)를 포함한다. 이들 스트레인 게이지(111)(112)(113)(114)(115)(116)(117)(118)는 레일(40)의 저부(42)에 일정한 간격으로 배치되며, 열차(30)의 열차바퀴(31)가 이곳을 통과할 때 발생하는 레일(40)의 횡방향 변형률을 측정할 수 있다. 도시된 것과 같이, 복수의 스트레인 게이지(111)(112)(113)(114)(115)(116)(117)(118)는 두 개씩 서로 교차하도록 쌍을 이루되, 레일(40)의 중심을 기준으로 레일(40)의 저부(42) 좌우에 두 쌍씩 대칭적으로 배치된다.FIG. 7 illustrates a lateral force measuring gauge unit 300 for measuring a lateral force F2 acting on the rail 40 when passing through the train 30, and the lateral force measuring gauge unit 300 includes the above-described gravity gauge unit ( Similar to 100). That is, the lateral force measuring gauge unit 300 includes eight strain gauges 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 and 118 for measuring the lateral force having the same resistance (for example, 120 Ω). It includes. These strain gauges 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 and 118 are arranged at regular intervals on the bottom 42 of the rail 40, and trains of the train 30 are provided. The transverse strain of the rail 40 generated when the wheel 31 passes therethrough can be measured. As shown, the plurality of strain gauges 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, and 118 are paired so as to intersect each other two by one, but in the center of the rail 40. 2 pairs are arranged symmetrically to the left and right of the bottom part 42 of the rail 40.

이러한 횡력측정 게이지 유닛(300)의 회로도는 도 5에 도시된 윤중측정 게이지 유닛(100)의 회로도와 같다. 레일(40)의 횡방향 변형이 없을 때, 제 1 스트레인 게이지(111)와 제 4 스트레인 게이지(114)를 결선한 제 1 입력선(121)과 제 6 스트레인 게이지(116)와 제 7 스트레인 게이지(117)를 결선한 제 2 입력선(122)에 전압을 가할 때, 제 2 스트레인 게이지(112)와 제 8 스트레인 게이지(118)를 결선한 제 1 출력선(123)과 제 3 스트레인 게이지(113)와 제 5 스트레인 게이지(115)를 결선한 제 2 출력선(124)에는 전압이 출력되지 않는 전압 ‘영’인 상태가 된다. 반면, 레일(40)에 횡방향 변형이 발생하여 이들 8개의 스트레인 게이지(111)(112)(113)(114)(115)(116)(117)(118) 중 일부에 미소한 변형이 발생하면 전류는 평형을 상실하면서 제 1 출력선(123)과 제 2 출력선(124)에 전압이 발생한다. 이렇게 발생하는 전압을 증폭기를 통해 증폭시키면 횡방향 변형률을 정밀하게 측정할 수 있다.The circuit diagram of the lateral force gauge unit 300 is the same as the circuit diagram of the wheel gauge unit 100 shown in FIG. 5. When there is no lateral deformation of the rail 40, the first input line 121, the sixth strain gauge 116, and the seventh strain gauge that connect the first strain gauge 111 and the fourth strain gauge 114. When a voltage is applied to the second input line 122 connecting the 117, the first output line 123 and the third strain gauge (which connect the second strain gauge 112 and the eighth strain gauge 118) The second output line 124 connecting 113 and the fifth strain gauge 115 is in a state of being 'zero' with no voltage output. On the other hand, a transverse strain occurs in the rail 40, and a slight strain occurs in some of these eight strain gauges 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 and 118. When the current loses balance, voltage is generated at the first output line 123 and the second output line 124. By amplifying this voltage through an amplifier, the lateral strain can be measured accurately.

이러한 횡력측정 게이지 유닛(300)을 이용하여 열차(30)의 주행에 따른 횡력(F2)을 측정하는 방법은 다음과 같다.The method of measuring the lateral force (F2) according to the running of the train 30 by using the lateral force measurement gauge unit 300 is as follows.

도 8에 도시된 것과 같이, 주행하는 열차(30)의 횡력(F2)이 횡력측정 게이지 유닛(300) 안쪽에 작용할 때, 제 1 스트레인 게이지(111), 제 2 스트레인 게이지(112), 제 5 스트레인 게이지(115) 및 제 6 스트레인 게이지(116)는 압축 상태가 되고, 나머지 제 3 스트레인 게이지(113), 제 4 스트레인 게이지(114), 제 7 스트레인 게이지(117) 및 제 8 스트레인 게이지(118)는 인장 상태가 된다. 따라서, 휘트스톤 브리지 원리에 의해 제 1 출력선(123)과 제 2 출력선(124) 사이에 전압이 발생한다.As shown in FIG. 8, when the lateral force F2 of the traveling train 30 acts inside the lateral force gauge unit 300, the first strain gauge 111, the second strain gauge 112, and the fifth The strain gauge 115 and the sixth strain gauge 116 are in a compressed state, and the remaining third strain gauge 113, the fourth strain gauge 114, the seventh strain gauge 117, and the eighth strain gauge 118. ) Becomes a tensile state. Accordingly, a voltage is generated between the first output line 123 and the second output line 124 by the Wheatstone bridge principle.

횡력(F2)이 클수록 복수의 스트레인 게이지(111)(112)(113)(114)(115)(116)(117)(118) 중 인장되는 것들과 압축되는 것들의 변형률은 커지므로, 횡력(F2)이 클수록 출력되는 전압의 크기는 커진다. 이러한 원리를 이용함으로써 레일(40)을 통과하는 열차(30)에 의한 횡력(F2)의 상대적 크기를 측정할 수 있다.As the lateral force F2 is larger, the strain of the plurality of strain gauges 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, and 118 being tensioned and compressed is greater, so the lateral force ( The larger the F2), the larger the magnitude of the output voltage. By using this principle, the relative magnitude of the lateral force F2 by the train 30 passing through the rail 40 can be measured.

이와 같이 횡력측정 게이지 유닛(300)을 이용하여 측정된 횡력(F2)의 상대적 크기는 도 15에 도시된 횡력 측정기(400)를 이용하여 실제 횡력으로 환산할 수 있다. 횡력 측정기(400)는 레일(40)에 횡방향 하중을 가하기 위한 유압 실린더(410), 유압 실린더(410)에 유압을 공급하기 위한 유압 펌프(420), 유압 실린더(410)를 지지하기 위한 지지대(430) 및 지지대(430)를 레일(40)에 고정하기 위한 한 쌍의 거치대(440)를 포함한다. 유압 실린더(410)는 지지대(430)의 일단에 설치되고, 지지대(430)의 타단에는 반력용 가압돌기(450)가 마련된다. 지지대(430)는 거치대(440)를 레일(40) 위에 올려놓음으로써 레일(40) 사이에 쉽게 설치할 수 있다. 여기에서, 유압 실린더(410)와 유압 펌프(420)는 레일(40)에 횡방향 하중을 가할 수 있는 다른 횡하중 제공장치로 대체될 수 있다. 횡하중 제공장치로는 유압 이외의 유체, 또는 기구적인 방법으로 레일(40)에 하중을 제공할 수 있는 다양한 장치가 이용될 수 있다.As described above, the relative magnitude of the lateral force F2 measured using the lateral force gauge unit 300 may be converted into actual lateral force using the lateral force meter 400 illustrated in FIG. 15. Lateral force measuring unit 400 is a hydraulic cylinder 410 for applying a lateral load to the rail 40, a hydraulic pump 420 for supplying hydraulic pressure to the hydraulic cylinder 410, a support for supporting the hydraulic cylinder 410 430 and a pair of holders 440 for fixing the support 430 to the rail 40. The hydraulic cylinder 410 is installed at one end of the support 430, the other end of the support 430 is provided with a reaction force pressing protrusion 450. The support 430 may be easily installed between the rails 40 by placing the holder 440 on the rails 40. Here, the hydraulic cylinder 410 and the hydraulic pump 420 may be replaced by another lateral load providing device capable of applying a lateral load to the rail 40. As the lateral load providing device, various devices capable of providing a load to the rail 40 by a fluid other than hydraulic pressure or mechanical methods may be used.

지지대(430)를 이동하여 유압 실린더(410)를 횡력측정 게이지 유닛(300)의 안쪽 영역에 배치하고 유압 펌프(420)로 유압을 공급하면 열차(30)의 주행에 따른 횡력(F2)과 같은 횡방향 하중을 레일(40)에 인가할 수 있다. 이때, 유압 공급에 따른 레일(40)의 횡방향 변형률을 횡력측정 게이지 유닛(300)으로 측정하면 하중-변형률 관계식을 얻을 수 있다. 이렇게 도출된 하중-변형률 관계식에 열차(30)의 주행에 따른 변형률을 대입하면 실제 열차(30)의 횡력(F2)을 얻을 수 있다.By moving the support 430 to place the hydraulic cylinder 410 in the inner region of the lateral force measuring gauge unit 300 and supply the hydraulic pressure to the hydraulic pump 420, such as the lateral force (F2) according to the running of the train 30 The lateral load can be applied to the rail 40. At this time, if the transverse strain of the rail 40 according to the hydraulic supply is measured by the lateral force measuring gauge unit 300 can obtain a load-strain relationship. The lateral force F2 of the actual train 30 can be obtained by substituting the strain according to the driving of the train 30 into the load-strain relation thus obtained.

이러한 횡력 측정기(400)는 설치 및 해체가 용이하고 한번 측정으로 양쪽 레일(40)을 일시에 측정할 수 있다. 또한, 유압 실린더(410)의 가압 위치를 비교적 정확히 할 수 있으며, 가압 위치의 이동이 용이하므로 더욱 정확한 하중-변형률 관계식을 얻을 수 있다.The lateral force measuring unit 400 is easy to install and dismantle, and can measure both rails 40 at once in a single measurement. In addition, the pressure position of the hydraulic cylinder 410 can be relatively accurate, and the movement of the pressure position is easy, so that a more accurate load-strain relationship can be obtained.

이러한 횡력 측정기(400)를 이용하여 하중 -변형률 관계식을 도출하는 방법은 다음과 같다.The method of deriving the load-strain relationship using the lateral force measuring device 400 is as follows.

먼저, 지지대(430)를 움직여 유압 실린더(410)를 횡력측정 게이지 유닛(300)의 중앙에 위치시키고 유압 실린더(410)를 통해 유압을 일정 크기씩 증가시키면서 횡력측정 게이지 유닛(300)으로 인가 하중에 따른 변형률을 측정한다.First, the support 430 is moved to position the hydraulic cylinder 410 at the center of the lateral force measuring gauge unit 300, and the load applied to the lateral force measuring gauge unit 300 while increasing the hydraulic pressure by a predetermined size through the hydraulic cylinder 410. Measure the strain according to.

이때, 유압 실린더(410)에 의한 가압 위치는 레일(40)의 상면으로부터 일정 거리(예컨대, 약13mm) 아래로 한다. 인가 하중에 따른 변형률을 측정한 다음, 선형 회귀분석을 이용하여 인가 하중과 측정된 변형률로부터 하중-변형률 관계식을 도출한다. 본 발명에 의한 횡력 측정기(400)는 레일(40) 상부에서 육안 확인이 가능하여 가압지점에 대한 위치 선정이 용이하다. 도 16 및 도 17에 도시된 것과 같이, 횡력측정 게이지 유닛(300)이 설치된 레일(40) 내에서 횡력 측정기(400)를 조금씩 이동시키면서 복수의 지점(a, b, c)에 대해 횡력을 가하고 변형률을 측정하면, 최적곡선식을 얻을 수 있으며, 이 중에서 최대값을 구하면 더욱 정확한 하중-변형률 관계식을 얻을 수 있다.At this time, the pressurized position by the hydraulic cylinder 410 is set below a predetermined distance (for example, about 13 mm) from the upper surface of the rail 40. After measuring the strain according to the applied load, a linear regression analysis is used to derive the load-strain relationship from the applied load and the measured strain. Lateral force measuring device 400 according to the present invention can be visually confirmed from the rail 40, it is easy to select the position for the pressure point. As shown in FIGS. 16 and 17, the lateral force is applied to a plurality of points a, b, and c while moving the lateral force gauge 400 little by little within the rail 40 in which the lateral force gauge unit 300 is installed. When the strain is measured, an optimal curve can be obtained, and the maximum value can be obtained to obtain a more accurate load-strain relationship.

이렇게 도출된 하중-변형률 관계식에 열차(30) 주행에 따른 레일(40)의 변형률을 대입하면 실제 열차(30)의 횡력(F2)을 얻을 수 있다. 그리고 철도교의 내하력 산출 시 횡력(F2)을 반영함으로써 철도교의 내하력을 더욱 정밀하게 산출할 수 있다.The lateral force F2 of the actual train 30 can be obtained by substituting the strain of the rail 40 according to the train 30 in the load-strain relation thus obtained. In addition, the load capacity of the railway bridge can be calculated more precisely by reflecting the lateral force (F2) when calculating the load capacity of the railway bridge.

이와 같이, 본 발명에 의한 철도교의 재하실험 장치는 종래와 같이 재하실험을 위한 별도의 열차를 사용하지 않고 실체 운행 중인 열차를 통해 재하실험을 수행할 수 있기 때문에, 종래에 비해 간편하고 경제적이며 안전하게 재하실험을 수행할 수 있다. 또한, 실제 운행하는 열차의 윤중을 측정함으로 정확도가 높으며 실제적인 교량의 내하력을 산정할 수 있다.As such, the loading test apparatus of the railway bridge according to the present invention can perform the loading test through the train in actual operation without using a separate train for loading test as in the prior art, it is simple, economical and safe compared to the conventional Loading experiments can be performed. In addition, it is possible to calculate the actual load capacity of the bridge with high accuracy by measuring the wheel run of the train in operation.

이하에서는 상술한 철도교의 재하실험 장치를 이용하여 획득한 데이터를 이용하여 철도교의 내하력을 산출하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method for calculating the load capacity of the railway bridge using the data obtained by using the above-described loading test apparatus of the railway bridge will be described.

내하력 산출을 위한 구조해석은 구조물 설계에 의한 설계 내하력 해석과 구조물의 응답 보정계수 산출을 위한 재하실험 하중에 의한 이론적 결과를 얻기 위한 구조해석과 실측 결과를 이용하는 것이다. 설계 내하력은 설계 당시 대상 구조물의 설계 당시 설계하중을 적용하여 해석하는 것이고, 재하실험 하중에 의한 구조해석은 하중만 다를 뿐 설계 내하력 해석과 동일한 것이다. Structural analysis for the calculation of the load capacity is to use the structural analysis and the measurement result to obtain the theoretical result by the load test load for the design load analysis analysis and the response correction coefficient of the structure. The design load capacity is analyzed by applying the design load at the time of design of the target structure at the time of design, and the structural analysis by the loading test load is the same as the design load capacity analysis except the load is different.

설계 내하율은 대상 구조물에 활하중이 통과될 수 있는 최대 통과하중을 얻고자하는 것으로서, 구조물이 저항할 수 있는 전체 하중(또는 응력, fa)에서 고정하중(또는 고정하중 응력, fd)을 제외한 나머지 하중(또는 응력), 즉 fa-fd를 설계활하중(또는 응력 fl)과 설계활하중에 충격계수(i)를 곱한 값을 합한 값으로 나누어 무차원 계수(Rf)로 나타낸다. 즉, 설계 내하율이 1보다 크면 설계에 만족하고 1보다 작으면 설계에 만족하지 못하게 된다는 뜻이다. 다음은 내하력 산정과정에 대하여 기술한다.The design load factor is to obtain the maximum passing load through which the live load can pass through the target structure. The design load ratio is obtained from the fixed load (or the fixed load stress, f d ) at the total load (or stress, f a ) that the structure can resist. The remaining load (or stress), i.e. f a -f d , is divided by the sum of the design live load (or stress f l ) and the design live load multiplied by the impact coefficient (i) and expressed as a dimensionless coefficient (R f ). In other words, if the design load factor is greater than 1, the design is satisfied. If the design load factor is less than 1, the design is not satisfied. The following describes the load capacity calculation process.

먼저, 충격계수를 산출하는 과정은 다음과 같다. 구조물의 안전진단에 있어서 충격계수(i)는 대부분 동하중에 의한 최대처짐(dymax)과 정하중에 의한 처짐(ds)의 비로 다음과 같은 식1 및 식2로 나타낼 수 있다.First, the process of calculating the impact coefficient is as follows. In the safety diagnosis of the structure, the impact coefficient (i) is mostly represented by the following equations (1) and (2) as a ratio of the maximum deflection due to dynamic load (d ymax ) and the deflection due to static load (d s ).

Figure 112010046873092-pat00004
...식1
Figure 112010046873092-pat00004
... Equation 1

Figure 112010046873092-pat00005
...식2
Figure 112010046873092-pat00005
... Equation 2

여기에서, dymax는 실측 최대동적처짐, dst는 실측 정적처짐, it는 실측 충격계수를 나타낸다. 도 18에 도시된 것과 같이, dymax는 처짐 측정장치(LVDT, 500; 도 19참조)를 이용한 실측을 통해 얻을 수 있고, dst는 실측된 처짐 측정값을 필터링하여 도출한 그래프에서 구할 수 있다.Here, d ymax is the measured maximum dynamic deflection, d st is the measured static deflection, and i t is the measured impact coefficient. As shown in FIG. 18, d ymax may be obtained through measurement using a deflection measuring device (LVDT, 500; see FIG. 19), and d st may be obtained from a graph obtained by filtering the measured deflection measurement value. .

통상적으로, 실측에 의한 충격계수를 산정하고 이를 내하력 평가에 사용하고 있으나, 상기 식2와 같이 충격계수는 실측 최대동적처짐으로 치환될 수 있으므로 실험 충격계수를 산정하여 수식을 복잡하게 할 필요가 없다.Normally, the impact coefficient by measurement is calculated and used for the evaluation of the load capacity. However, since the impact coefficient may be replaced with the actual maximum dynamic deflection as shown in Equation 2, it is not necessary to complicate the equation by calculating the experimental impact coefficient. .

구조물의 안전진단에서 철도교의 내하력 평가는 철도교 시방서 또는 도로교 시방서에 의해 교량의 안정성을 계산하고 교량에서 재하실험에 의해 얻어지는 응답보정계수를 사용하여 다음과 같이 내하력을 평가한다.To evaluate the load capacity of a railway bridge in the safety diagnosis of a structure, the stability of the bridge is calculated by the railway bridge specification or the road bridge specification, and the load capacity is evaluated by using the response correction coefficient obtained by the loading test on the bridge as follows.

Figure 112010046873092-pat00006
...식3
Figure 112010046873092-pat00006
... Equation 3

Figure 112010046873092-pat00007
...식4
Figure 112010046873092-pat00007
... Equation 4

Figure 112010046873092-pat00008
...식5
Figure 112010046873092-pat00008
... Equation 5

여기에서, fa는 허용응력, fd는 사하중응력, fl은 활하중응력, is는 이론 충격계수, it는 실측 충격계수, ds는 이론 처짐, dst는 실측 정적처짐, dymax는 실측 최대동적처짐을 나타내며, Pr은 설계활하중으로 활하중응력(fl)을 구할 때 사용되는 하중이다.Where f a is the allowable stress, f d is the dead load stress, f l is the live load stress, i s is the theoretical impact coefficient, i t is the measured impact coefficient, d s is the theoretical deflection, d st is the measured static deflection, d ymax Is the measured maximum dynamic deflection, and P r is the load used when calculating the live load stress (f 1 ) as the design live load.

결국 내하율은 식 5와 같이 실측을 하여 최대동적처짐으로부터 쉽게 계산할 수 있으며, 실측 충격계수나 응답보정계수를 구하는 과정이 필요 없게 되어 계산이 간명해진다. 상기 식에서 이론 처짐(ds)은 상술한 윤중측정 게이지 유닛(100) 및 횡력측정 게이지 유닛(300)을 통해 측정한 윤중(F1)과 횡력(F2)을 철도교 거더(13)의 최대 변위가 발생하는 제위치에 재하시키는 구조해석을 통해 구할 수 있다. 이러한 점은 횡력에 대한 재하 방법이 없는 종래의 재하실험에 비해 개선된 특징이다.As a result, the load capacity can be easily calculated from the maximum dynamic deflection by performing the measurement as shown in Equation 5, and the calculation is simplified since the process of finding the measured impact coefficient or the response correction coefficient is not necessary. The theoretical deflection (d s ) in the above formula is the maximum displacement of the railway bridge girders 13 in the lap (F1) and the lateral force (F2) measured by the above-described metric gauge unit 100 and the lateral force gauge unit 300 It can be obtained through structural analysis to load in place. This is an improvement over the conventional loading experiments where there is no loading method for the lateral force.

구조해석을 통한 이론 처짐(ds)의 도출 방법은 종래의 방법과 같은 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상술한 공용내하력(P) 산출식은 잘 알려진 것이고, 철도교의 허용응력(fa), 철도교의 사하중응력(fd), 철도교의 실측 최대동적처짐(dymax), 철도교의 활하중응력(fl), 상기 철도교의 설계 활하중(Pr) 등은 구조해석과 실측 결과를 이용하는 통상적으로 알려진 방법으로 구할 수 있는 것이므로, 이들의 도출 과정 등에 대한 설명은 생략한다.Since the method of deriving the theoretical deflection (d s ) through the structural analysis is the same as the conventional method, a detailed description thereof will be omitted. In addition, the above-mentioned formula for calculating the common load capacity (P) is well known, and the allowable stress (f a ) of the railway bridge, the dead load stress (f d ) of the railway bridge, the maximum dynamic deflection (d ymax ) of the railway bridge, and the live load stress (f) of the railway bridge l ), the design live load (P r ) of the railway bridge can be obtained by a commonly known method using structural analysis and measurement results, and thus descriptions of the derivation process and the like thereof will be omitted.

종래의 내하력 평가 방법에 있어서, 재하실험 열차를 이용하여 정적 재하실험과 동적 재하실험을 하는데, 이는 응답보정계수(Ks)를 구하기 위해 실하중에 의한 교량의 실제 처짐과 충격계수를 얻고자 수행하는 것이다. 동적 재하실험은 속도대별로 통상 10km/h에서 시작하여 20km/h, 30km/h 등으로 10km/h 씩 증속시키면서 최고속도까지 실험을 하게 된다. 실험열차는 길게 연행되지 않음으로 실제 공진의 효과를 얻기 어렵게 되고, 공진을 유발시키는 고유진동수는 열차통과 후 강제진동이 종료된 후 교량의 진동을 분석하여 산정할 수 있다. 철도교에서는 하중이 유사한 등간격으로 연행됨으로 교량의 공진 문제를 유발시킬 수 있으므로 이를 파악하기 위해서는 실험열차보다는 실제 운행되는 열차를 주행시켜서 이를 파악하는 것이 보다 정확한 거동을 파악할 수 있다.In the conventional load capacity evaluation method, a static load test and a dynamic load test are performed using a load test train, which is performed to obtain a real deflection and an impact coefficient of a bridge due to a real load to obtain a response correction coefficient (K s ). It is. The dynamic load test starts at 10km / h for each speed band and increases the speed to 20km / h and 30km / h by 10km / h, up to the maximum speed. Since the experimental train is not entrained for a long time, it is difficult to obtain the effect of the actual resonance, and the natural frequency causing the resonance can be estimated by analyzing the vibration of the bridge after the forced vibration is finished after the train passes. In railroad bridges, loads are carried at similar intervals, which can cause resonance problems in bridges.

본 발명은 윤중측정 게이지 유닛(100)을 이용하여 실제 운행되는 열차의 윤중(F1)을 측정하므로 종래보다 정확한 통과 하중을 측정할 수 있으며, 이로부터 일정 위치에 실제 통과되는 하중에 의한 철도교의 실제 처짐을 측정할 수 있는 것이다. 종래의 재하실험은 열차 설계 시 제원에 의한 하중을 구조해석이나 재하실험에 적용시킴으로써, 디젤기관차의 경우 연료량의 변화나 열차운행에 따른 윤중의 변화 등에 대한 검토 없이 수행하므로 정밀안전진단의 신뢰도를 떨어트리게 된다. 그러나 본 방법과 같이 운행 중인 열차(30)의 윤중(F1)을 실제 측정하게 되면 이러한 문제를 해소할 수 있고, 이를 구조해석에 적용시킴으로써 보다 신뢰성 높은 정밀안전진단 결과를 얻을 수 있다. 더욱이, 구조해석에서 윤중(F1)에 더해 횡력측정 게이지 유닛(300)을 통해 측정한 횡력(F2)을 대입함으로써 더욱 정확한 내하력 산출 및 안전진단이 가능하다.  Since the present invention measures the wheel run (F1) of the train actually running using the wheel gauge unit 100, it is possible to measure a more accurate passage load than the prior art, from which the actual of the railway bridge by the load actually passed in a certain position Deflection can be measured. The conventional loading test is applied to the structural analysis or loading test by applying the specifications in the train design, so that the diesel locomotives are carried out without examining the change of fuel amount or the change of the wheel run due to the train operation, thus reducing the reliability of the precision safety diagnosis. Trig. However, if the actual measurement of the wheel run (F1) of the train 30 in operation as in the present method can solve this problem, by applying this to the structural analysis can obtain a more accurate and accurate safety diagnosis results. In addition, in the structural analysis, the load capacity and safety diagnosis can be more accurate by substituting the lateral force F2 measured through the lateral force measurement gauge unit 300 in addition to the wheel load F1.

이하에서는 철도교의 처짐측정 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, the deflection measuring method of the railway bridge will be described.

도 19에 도시된 것과 같이, 철도교의 처짐측정은 처짐 측정장치(500)를 이용하여 철도교 거더(13)의 처짐을 측정함으로써 이루어진다. 거더(13)의 처짐을 측정하기 위해서는 거더(13)에 PC 강선 등의 와이어(510)를 연결하고 스프링(520)으로 와이어(510)에 텐션을 가하면서 와이어(510)와 스프링(520) 사이에 연결된 이동판(530)의 변위를 측정한다.As illustrated in FIG. 19, the deflection measurement of the railway bridge is performed by measuring the deflection of the railway bridge girder 13 using the deflection measuring apparatus 500. In order to measure the deflection of the girder 13, a wire 510 such as a PC steel wire is connected to the girder 13, and the wire 510 is tensioned with the spring 520, while the wire 510 and the spring 520 are connected to each other. Measure the displacement of the moving plate 530 connected to.

따라서, 실제 거더처짐(do)는 다음의 식 6으로 나타낼 수 있다.Therefore, the actual girder def (d o ) can be represented by the following expression (6).

Figure 112010046873092-pat00009
...식 6
Figure 112010046873092-pat00009
... Equation 6

여기에서, dp는 와이어(510)의 변위이고, dr는 스프링(520)의 변위이다.Where d p is the displacement of wire 510 and d r is the displacement of spring 520.

거더(13)에서 스프링(520)의 지지점 사이의 힘은 일정하므로, 와이어(510)와 스프링(520)에 작용하는 힘을 p라 하면 다음의 식 7을 도출할 수 있다.Since the force between the supporting points of the spring 520 in the girder 13 is constant, the force acting on the wire 510 and the spring 520 can be derived as the following equation (7).

Figure 112010046873092-pat00010
...식 7
Figure 112010046873092-pat00010
... Equation 7

여기에서, ko는 와이어(510)와 스프링(520)의 전체 스프링 계수이고, kp는 와이어(510)의 스프링 계수이며, kr는 스프링의 스프링 계수이다.Here, k o is the total spring coefficient of the wire 510 and the spring 520, k p is the spring coefficient of the wire 510, k r is the spring coefficient of the spring.

위의 식 7에서 와이어(510)의 변위는 다음과 같은 식 8로 나타낼 수 있고,In Equation 7, the displacement of the wire 510 may be represented by Equation 8,

Figure 112010046873092-pat00011
...식 8
Figure 112010046873092-pat00011
... Equation 8

실제 철도교의 처짐인 실제 거더처짐은 다음의 식 9로 나타낼 수 있다.The actual girder deflection, which is the deflection of the actual railway bridge, can be expressed by the following equation (9).

Figure 112010046873092-pat00012
...식 9
Figure 112010046873092-pat00012
... Equation 9

위의 식 9를 보면, 실제 거더처짐은 항시 측정치보다 kr/kp(이하, '처짐 보정비'라 한다) 만큼 크게 된다는 것을 알 수 있다. 여기에서 dr은 처짐 측정장치(500)로 읽게 되는 값이므로 처짐 보정비를 알 수 있으면 정확한 거더(13)의 처짐을 산출할 수 있다. 처점 보정비에서 교각(11)의 높이가 높아 와이어(510)의 길이가 길게 되면 와이어(510)의 스프링 계수(kp) 낮아져 처짐 보정비가 증가되어 처짐 측정장치(500)에서 측정되는 값과 실제 거더처짐 사이의 오차가 커지고, 상술한 응답보정계수 산출에 오차가 발생되어 공용내하력에도 오차가 발생하게 된다. Looking at Equation 9 above, it can be seen that the actual girder deflection is always larger than the measured value by k r / k p (hereinafter referred to as 'deflection correction ratio'). Here, d r is a value to be read by the deflection measuring device 500, so that the deflection of the girder 13 can be calculated if the deflection correction ratio is known. When the height of the pier 11 is high in the puncturing correction ratio, the length of the wire 510 is increased, the spring coefficient k p of the wire 510 is lowered, and the deflection correction ratio is increased, and the value measured by the deflection measuring apparatus 500 and the actual The error between the girder sag is increased, an error occurs in the above-described response correction coefficient calculation, and an error occurs in the common load capacity.

따라서, 와이어(510)의 실제 스프링 계수와 스프링(520)의 실제 스프링 계수를 알면 정확한 실제 거더처짐을 구할 수 있다. 통상적으로 현장에서 사용되는 와이어(510)는 직경이 작고(예컨대, 0.5mm), 교각(11)이 높은 경우 와이어(510)의 길이를 측정하는데 오차가 생길 수 있다. 본 발명에 의한 철도교의 처짐 측정방법은 간단한 방법으로 처짐 보정비를 직접 산출함으로써 철도교의 처짐을 더욱 정확하게 측정할 수 있다.Therefore, knowing the actual spring coefficient of the wire 510 and the actual spring coefficient of the spring 520 can obtain the exact actual girder sagging. Typically, the wire 510 used in the field has a small diameter (eg, 0.5 mm), and when the pier 11 is high, an error may occur in measuring the length of the wire 510. In the deflection measuring method of the railway bridge according to the present invention, the deflection of the railway bridge can be more accurately measured by directly calculating the deflection correction ratio.

본 발명에 의한 철도교의 처짐 측정방법에 있어서 처짐 보정비를 산출하는 방법은 다음과 같다. The method for calculating the deflection correction ratio in the deflection measurement method of a railway bridge according to the present invention is as follows.

도 20에 도시된 것과 같이, 스프링(520)에 외력(P)을 가해 스프링(520)을 임의의 길이(예컨대, 10mm, dr')만큼 인장시키면 처짐 측정장치(500)를 통해 와이어(510)의 변위(dp)를 측정할 수 있고, dr' 및 dp를 모두 알 수 있다. 따라서, 스프링(520)의 실제 변위는 다음의 식 10을 통해 구할 수 있다.As shown in FIG. 20, when an external force P is applied to the spring 520 to tension the spring 520 by an arbitrary length (eg, 10 mm, d r ′), the wire 510 is passed through the deflection measuring device 500. ) it is possible to measure the displacement (d p) of, it can be seen all of the r d 'and d p. Therefore, the actual displacement of the spring 520 can be obtained through the following equation (10).

Figure 112010046873092-pat00013
...식 10
Figure 112010046873092-pat00013
... Equation 10

여기에서, 이들 변위에 작용하는 힘(P)은 일정하므로 다음의 식 11 및 식 12를 얻을 수 있고,Here, since the force P acting on these displacements is constant, the following equations 11 and 12 can be obtained.

Figure 112010046873092-pat00014
...식 11
Figure 112010046873092-pat00014
... Equation 11

Figure 112010046873092-pat00015
...식 12
Figure 112010046873092-pat00015
... Equation 12

위의 식들로부터 처짐 보정비를 다음과 같은 식 13으로 나타낼 수 있다.From the above equations, the deflection correction ratio can be expressed by the following equation (13).

Figure 112010046873092-pat00016
...식 13
Figure 112010046873092-pat00016
... Equation 13

위의 식 13을 식 9에 대입하면 실제 거더처짐을 구하는 다음의 식 14를 얻을 수 있다.Substituting Equation 13 above into Equation 9 yields the following Equation 14 to obtain the actual girder deflection.

Figure 112010046873092-pat00017
...식 14
Figure 112010046873092-pat00017
... Equation 14

이와 같이, 본 발명에 의한 철도교의 처짐측정 방법은 와이어(510)의 탄성 변형을 고려한 정확한 실제 거더처짐을 구할 수 있다.As described above, in the method for measuring the deflection of the railway bridge according to the present invention, an accurate actual girder deflection in consideration of the elastic deformation of the wire 510 can be obtained.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.Embodiments of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and modify the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, these modifications and variations are intended to fall within the scope of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.

100 : 윤중측정 게이지 유닛 111~118 : 스트레인 게이지
200 : 윤중 측정기 300 : 횡력측정 게이지 유닛
400 : 횡력 측정기 500 : 처짐 측정장치
510 : 와이어 520 : 스프링100: lubrication measurement gauge unit 111 ~ 118: strain gauge
200: lubrication meter 300: lateral force gauge unit
400: Lateral force measuring instrument 500: Deflection measuring device
510: wire 520: spring

Claims (8)

철도교의 내하력을 측정하기 위한 철도교의 재하실험 장치에 있어서,
상기 철도교에 배치되는 레일이 상기 레일을 따라 주행하는 열차의 윤중에 의해 변형될 때 상기 레일과 함께 변형될 수 있도록 상기 레일의 웨브 좌우에 배치되는 복수의 윤중 측정용 스트레인 게이지를 구비하고, 상기 복수의 윤중 측정용 스트레인 게이지가 휘트스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 회로를 구성하도록 연결되어 상기 레일이 상기 열차의 윤중에 의해 변형될 때 전압을 출력하는 윤중측정 게이지 유닛;
상기 열차의 윤중에 의한 상기 레일의 하중-변형률 관계식을 얻기 위한 것으로, 상기 레일에 수직 방향으로 일정한 하중을 가하기 위한 수직하중 제공장치, 상기 수직하중 제공장치를 지지하기 위한 지지대 및 상기 지지대를 상기 레일에 고정하기 위한 고정장치를 구비하는 윤중 측정기;
상기 레일이 상기 열차의 횡력에 의해 변형될 때 상기 레일과 함께 변형될 수 있도록 상기 레일의 저부 좌우에 배치되는 복수의 횡력 측정용 스트레인 게이지를 구비하고, 상기 복수의 횡력 측정용 스트레인 게이지가 휘트스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 회로를 구성하도록 연결되어 상기 레일이 상기 열차에 의한 횡력에 의해 변형될 때 전압을 출력하는 횡력측정 게이지 유닛; 및
상기 열차의 횡력에 의한 상기 레일의 하중-변형률 관계식을 얻기 위한 것으로, 상기 레일에 횡방향으로 일정한 하중을 가하기 위한 횡하중 제공장치, 상기 횡하중 제공장치를 지지하기 위한 지지바 및 상기 지지바의 양쪽 끝단에 결합되고 상기 지지바를 상기 레일 사이에 위치시키기 위해 상기 레일의 상면에 얹히는 한 쌍의 거치대를 구비하는 횡력 측정기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도교의 재하실험 장치.In the loading test apparatus of the railway bridge for measuring the load capacity of the railway bridge,
And a plurality of strain gauges for lubrication measurement arranged on left and right of the web of the rail so that the rail disposed on the railroad bridge is deformed together with the rail when the rail is deformed by the lubrication of the train traveling along the rail. A strain gauge for lubrication measurement of the lubrication gauge unit for outputting a voltage when the rail is deformed by the wheel load of the train, the strain gauge being configured to constitute a Wheatstone Bridge circuit;
In order to obtain the load-strain relationship of the rail due to the rolling of the train, a vertical load providing device for applying a constant load in the vertical direction to the rail, a support for supporting the vertical load providing device and the support A rotametry measuring device having a fixing device for fixing thereto;
And a plurality of lateral force measuring strain gauges disposed on the left and right sides of the bottom of the rail so that the rails may be deformed together with the rails when the rail is deformed by the lateral force of the train, and the plurality of lateral force measuring strain gauges are Wheatstone. A lateral force measurement gauge unit connected to form a bridge bridge circuit and outputting a voltage when the rail is deformed by the lateral force by the train; And
In order to obtain a load-strain relationship of the rail by the lateral force of the train, a lateral load providing device for applying a constant load to the rail in the lateral direction, a support bar for supporting the lateral load providing device and both ends of the support bar And a lateral force meter coupled to the rail and having a pair of cradles mounted on an upper surface of the rail to position the support bar between the rails. 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 윤중 측정용 스트레인 게이지는 두 개씩 서로 교차하도록 쌍을 이루되, 상기 레일의 중심을 기준으로 상기 레일의 웨브 좌우에 두 쌍씩 대칭적으로 배치되고,
상기 복수의 횡력 측정용 스트레인 게이지는 두 개씩 서로 교차하도록 쌍을 이루되, 상기 레일의 중심을 기준으로 상기 레일의 저부 좌우에 두 쌍씩 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 철도교의 재하실험 장치.The method of claim 1,
The plurality of strain gauges for lubrication measurement are paired so as to cross each other, two pairs symmetrically arranged on the left and right web of the rail with respect to the center of the rail,
The plurality of strain gauges for measuring the lateral force is paired so as to cross each other, two pairs symmetrically arranged on the left and right sides of the bottom of the rail with respect to the center of the rail. 제 1 항에 있어서,
상기 수직하중 제공장치는 상기 레일에 수직력을 가하기 위한 복수의 유압 실린더 및 상기 복수의 유압 실린더에 유압을 공급하기 위한 유압 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도교의 재하실험 장치.The method of claim 1,
The vertical load providing apparatus includes a plurality of hydraulic cylinders for applying a vertical force to the rail and a hydraulic pump for supplying hydraulic pressure to the plurality of hydraulic cylinders. 제 1 항에 있어서,
상기 횡하중 제공장치는 상기 레일에 횡방향 하중을 가하기 위한 유압 실린더 및 상기 유압 실린더에 유압을 공급하기 위한 유압 펌프를 포함하는 것을 특징으로 철도교의 재하실험 장치.The method of claim 1,
The lateral load providing device includes a hydraulic cylinder for applying a lateral load to the rail and a hydraulic pump for supplying hydraulic pressure to the hydraulic cylinder. 제 1 항에 있어서,
상기 고정장치는 힌지 핀을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 제 1 고정부재 및 제 2 고정부재를 포함하고,
상기 제 1 고정부재 및 상기 제 2 고정부재는 각각 상기 레일의 두부에 고정되는 레일 고정부와 상기 지지대에 결합되는 지지대 고정부를 갖는 것을 특징으로 하는 철도교의 재하실험 장치.The method of claim 1,
The fixing device includes a first fixing member and a second fixing member rotatably coupled around the hinge pin,
And the first fixing member and the second fixing member each have a rail fixing portion fixed to the head of the rail and a support fixing portion coupled to the support. 철도교의 내하력을 산출하기 위한 철도교의 내하력 산출방법에 있어서,
(a) 상기 철도교에 배치되는 레일이 상기 레일을 따라 주행하는 열차의 윤중에 의해 변형될 때 상기 레일과 함께 변형될 수 있도록 상기 레일의 웨브 좌우에 복수의 윤중 측정용 스트레인 게이지를 배치하고, 상기 복수의 윤중 측정용 스트레인 게이지를 휘트스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 회로를 구성하도록 연결하는 단계;
(b) 상기 레일에 일정한 수직하중을 가하고 상기 수직하중에 의한 상기 레일의 수직 방향 변형률을 측정하여 수직하중에 의한 상기 레일의 하중-변형률 관계식을 도출하는 단계;
(c) 레일이 상기 레일을 따라 주행하는 열차의 횡력에 의해 변형될 때 상기 레일과 함께 변형될 수 있도록 상기 레일의 저부 좌우에 복수의 횡력 측정용 스트레인 게이지를 배치하고, 상기 복수의 횡력 측정용 스트레인 게이지를 휘트스톤 브리지 회로를 구성하도록 연결하는 단계;
(d) 상기 레일에 일정한 횡하중을 가하고 상기 횡하중에 의한 상기 레일의 횡방향 변형률을 측정하여 횡하중에 의한 상기 레일의 하중-변형률 관계식을 도출하는 단계;
(e) 상기 복수의 윤중 측정용 스트레인 게이지를 이용하여 상기 레일을 따라 실제로 주행하는 열차의 윤중을 측정하는 단계;
(f) 상기 복수의 횡력 측정용 스트레인 게이지를 이용하여 상기 레일을 따라 실제로 주행하는 열차의 횡력을 측정하는 단계;
(g) 상기 복수의 윤중 측정용 스트레인 게이지를 통해 측정한 윤중 및 상기 복수의 횡력 측정용 스트레인 게이지를 통해 측정한 횡력을 상기 철도교의 최대 변위가 발생하는 제위치에 재하시키는 구조해석을 실행하여 상기 철도교의 이론 처짐(ds)을 산출하는 단계;
(h) 상기 철도교의 허용응력(fa)을 구하는 단계;
(i) 상기 철도교의 사하중응력(fd)을 구하는 단계;
(j) 상기 철도교의 실측 최대동적처짐(dymax)을 구하는 단계;
(k) 상기 철도교의 활하중응력(fl)을 구하는 단계;
(l) 상기 철도교의 설계 활하중(Pr)을 구하는 단계; 및
(m) 상기 (g) 단계 ~ 상기 (l) 단계에서 구한 변수들을 다음 수식에 대입하여 공용내하력(P)을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도교의 내하력 산출방법.
Figure 112010046873092-pat00018
In the load capacity calculation method of the railway bridge for calculating the load capacity of the railway bridge,
(a) arranging a plurality of strain gauges for lubrication measurement on left and right of the web of the rail so that the rail disposed on the railway bridge is deformed together with the rail when the rail is deformed by the lubrication of the train traveling along the rail; Connecting a plurality of strain measurement strain gauges to form a Wheatstone Bridge circuit;
(b) applying a constant vertical load to the rail and measuring a vertical strain of the rail by the vertical load to derive a load-strain relationship of the rail by the vertical load;
(c) arranging a plurality of lateral force measuring strain gauges on the left and right of the bottom of the rail so that the rail can be deformed with the rail when the rail is deformed by the lateral force of the train traveling along the rail; Connecting a strain gauge to form a Wheatstone bridge circuit;
(d) applying a constant lateral load to the rail and measuring the transverse strain of the rail by the lateral load to derive a load-strain relationship of the rail by the lateral load;
(e) measuring the wheel run of the train actually running along the rail using the plurality of wheel run strain gauges;
(f) measuring the lateral force of the train actually traveling along the rail using the plurality of lateral force measuring strain gauges;
(g) conducting a structural analysis to load the lubrication measured by the plural strain measurement strain gauges and the lateral forces measured by the plurality of lateral force measurement strain gauges into position in which the maximum displacement of the railway bridge occurs. Calculating the theoretical deflection (d s ) of the railway bridge;
(h) obtaining an allowable stress f a of the railway bridge;
(i) obtaining the dead load stress (f d ) of the railway bridge;
(j) obtaining a measured maximum dynamic deflection (d ymax ) of the railway bridge;
(k) obtaining a live load stress f l of the railway bridge;
(l) obtaining a design live load (P r ) of the railway bridge; And
(m) calculating the common load capacity (P) by substituting the variables obtained in the steps (g) to (l) in the following equation.
Figure 112010046873092-pat00018
 제 6 항에 있어서,
상기 (a) 단계는 상기 복수의 윤중 측정용 스트레인 게이지를 두 개씩 서로 교차하도록 쌍으로 배치하되, 상기 레일의 중심을 기준으로 상기 레일의 웨브 좌우에 두 쌍씩 대칭적으로 배치하는 단계를 포함하고,
상기 (c) 단계는 상기 복수의 횡력 측정용 스트레인 게이지를 두 개씩 서로 교차하도록 쌍으로 배치하되, 상기 레일의 중심을 기준으로 상기 레일의 저부 좌우에 두 쌍씩 대칭적으로 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도교의 내하력 산출방법.The method according to claim 6,
The step (a) is arranged in pairs so as to intersect the plurality of strain gauges for lubrication each other, each of the pairs symmetrically arranged on the left and right of the web of the rail with respect to the center of the rail,
The step (c) is arranged in pairs so as to cross the plurality of strain gauges for measuring the lateral force by two each other, comprising the steps of symmetrically arranged two pairs on the left and right of the bottom of the rail with respect to the center of the rail A load bearing calculation method of a railway bridge characterized by the above-mentioned. 삭제delete
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