KR101639401B1 - 철도교량 단부의 전환부 궤도 구조체 및 그 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도교의 전환부 궤도 구조체 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 교대에 거치되는 상판의 일단부에서 상기 상판의 상면보다 낮은 높이로 형성된 거치부 및 상기 교대에 각각 단순 지지되고, 상기 상판으로부터 상기 교대 일측의 토공에 이르기까지 레일이 연속 형태로 형성되어 열차의 선로를 형성하는 데 사용되는 철도교의 전환부 궤도체로서, 강재로 이루어지고, 쌍 형태로 서로 이격 되게 상기 상판의 교축 방향을 따라 종배열되며, 상기 거치부와 상기 교대에 양단부가 단순 지지되는 종방향 지지보와; 서로 이격된 상기 종방향 지지보의 복부를 수평 방향으로 잇는 강재인 수평 플레이트와, 상기 수평 플레이트의 저면으로부터 하방 연장되고 서로 이격된 2개 이상의 강재의 수직 플레이트를 포함하고, 상기 종방향 지지보의 종방향을 따라 서로 이격되게 다수 배치되는 레일지지용 가로보와; 상기 수평 플레이트 상에 설치되어 상기 레일을 고정하는 레일 체결 장치를; 포함하여 구성되어, 상판의 단부 회전에 의한 영향이 최소화되어 레일의 변형 및 레일 지지점의 작용력을 안정적으로 유도하게 되어, 열차가 고속으로 상판 연결부를 통과하더라도 안전하게 운행할 수 있으며, 레일을 위치 고정하는 레일체결장치의 파손 문제를 해결하고, 레일을 지지하는 구조가 콘크리트가 배제되고 강재인 수평 플레이트와 강재인 수직 플레이트에 의하여 이루어짐으로써, 항상 일정한 거동 특성을 구현하여, 장기간 사용되더라도 충분한 내구 수명을 안정적으로 확보할 수 있는 철도교의 전환부 궤도 구조체를 제공한다.

Description

철도교량 단부의 전환부 궤도 구조체 및 그 시공 방법 {Transition track structure of railway bridge deck end and Construction method}

본 발명은 철도교량 단부에 설치되는 전환부 궤도 구조체 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자갈궤도나 콘크리트궤도가 부설된 철도교의 신축이음부에 설치되어, 콘크리트 궤도의 경우에는 단부 레일의 변형과 레일 지지점에서 발생하는 상향력 및 압축력을 저감시키고, 자갈 궤도의 경우에는 자갈도상의 이완 및 궤도의 틀어짐을 저감할 수 있는 철도교량 단부의 전환부 궤도 구조체 및 그 시공 방법에 관한 것이다.

철도교는 열차가 강이나 바다 또는 계곡을 통과하기 위해 시공되는 구조물로서, 열차가 통행하기 위한 레일이 철도교의 종방향으로 연속하여 설치된다는 점에 그 특징이 있다.

상대적으로 낮은 속도로 주행하는 저속 철도 및 일반 간선철도는 정척레일 혹은 장척레일이 연속적으로 배열되지 않고 일정 길이마다 레일 이음매를 이용하여 레일을 종방향으로 연결(체결)하여 위치를 고정시킨다. 이러한 이음매 레일은 일정간격으로 위치하는 이음매 틈새로 인해 계절 변화 및 일교차에 따른 레일의 열팽창을 수용하도록 구성된다. 그러나 최근 보편화된 고속철도의 선로는 열차가 고속으로 주행함에 따라 차량의 주행면의 불규칙성, 즉 요철을 없앰으로써 안정적인 열차주행과 이음매통과에 따른 충격을 방지 할 수 있도록 다수의 레일이 공장 혹은 현장에서 용접으로 접합되어 300m에 이르는 긴 길이만큼 연속하여 연결된 장대레일(51)로 이루어진다. 그리고 장대레일(51)은 콘크리트 궤도층(30) 상의 침목(52)에서 레일체결장치(53)에 의해 위치 고정된다.

토공-교량의 연결부(교대부)를 먼저 살펴보면, 도1에 도시된 바와 같이, 교대(21)의 교좌장치(10a) 상에 거치되는 교량의 상판(10)은 자중 및 주행 열차하중에 의해 하방으로 볼록한 휨 변위(α)가 발생되어, 상판(10)에 설치된 콘크리트 궤도층(30)에 레일체결장치(53)에 의해 위치 고정된 레일(51)은 인접한 교대(21)와의 연결부(51x)에서 레일(51)의 단차(d)가 크게 발생된다. 이와 같이, 상판(10)의 단부 회전에 의한 상향력 발생으로 인하여 레일(51)이 상측으로 당겨지는 힘에 의해 레일체결장치(53)가 파손되는 문제가 야기된다.

교량간의 상판(10) 연결부(교각부)에 대해서도, 도2에 도시된 바와 같이, 각 상판(10)은 자중 및 주행 열차하중에 의해 하방으로 볼록한 휨 변위(α)가 발생되어, 이에 따라, 상판(10)에 설치된 콘크리트 궤도층(30)에 레일체결장치(53)에 의해 위치 고정된 레일(51)은 인접한 상판(10)과의 연결부(51x')에서 레일(51)의 단차(d')가 크게 발생된다. 이와 같이, 상판(10)의 단부 회전에 의한 상향력 발생으로 인하여 레일체결장치(53)가 파손되는 문제가 야기된다.

이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 본 출원인은 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0005507호에 따른 철도교량 단부 횡단 궤도 구조 및 그 시공방법을 제안하였다. 이를 통해, 따라서, 상기와 같이 고속으로 주행하는 고속철도의 선로를 구성함에 있어서, 철도교의 상판(10)의 자중 및 열차하중에 의한 휨 변형에 따른 단부 궤도에 발생하는 상향력으로 레일의 굴곡 및 변형이 발생되는 것을 최소화하고, 교량상 장대레일의 부가 축력을 최소화하는 방안을 제안한 바 있다(도3 및 도4).

그러나, 교대와 상판의 사이에 설치되는 횡단 궤도 구조는 선로가 콘크리트 바닥판에 의해 지지되는 구조이어서, 바닥판을 형성하는 콘크리트의 합성 상태에 따라 부착이 달라지므로, 이에 따른 거동의 차이가 발생되고, 철도가 통행할 때마다 횡단 궤도 구조에 작용하는 반복 하중에 의하여 장기 내구성의 확보가 곤란해지는 문제가 있었다. 무엇보다도, 종래의 횡단 궤도 구조는 콘크리트 바닥판 상에 침목이 설치되고 침목 위에 장대 레일이 설치되는 구조인데, 침목 간의 최소 거리를 제한하고 있으므로, 교축 방향과 횡단하고자 하는 대상이 수직이 아닌 사교(skewed brdige)의 경우에, 횡단 궤도 구조에 설치되는 침목간의 최소 거리를 만족하기 위해서는 침목 간의 거리가 멀어져, 횡단 궤도 구조와 교대 또는 횡단 궤도 구조와 상판 사이의 연결부(또는 신축부)에서 레일을 확실히 고정하지 못하는 문제가 야기된다.

따라서, 철도교의 교대와 상판의 사이 또는 교각 상에서 2개의 상판이 교축 방향으로 연속하는 사이에 설치되는 횡단 궤도 구조가 보다 높은 강성으로 장시간 동안 지지하면서, 사교(skewed bridge)에 대해서도 레일을 확실하게 고정시킬 수 있는 방안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 철도교의 상판 연결부에서 상판의 단부 회전에 의한 단차 발생 및 상향력의 발생에 따라 레일의 휨 변위가 크게 발생하는 것을 억제하면서도, 콘크리트 합성 상태에 따른 거동의 차이 가 유발되는 것을 방지하는 철도교의 전환부 궤도 구조체 및 그 시공 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 전술한 목적을 실현하면서도 레일을 지지하는 거동이 명료해지고 장시간 동안 사용하더라도 높은 내구 수명을 구현하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 교축 방향과 침목이 수직으로 배열되지 않는 사교(skewed brdige)에서도 안정되게 선로를 지지하여 명확한 거동을 구현하는 것을 목적으로 한다.

무엇보다도, 본 발명은 레일을 통해 전환부 궤도 구조체에 전달되는 열차 하중 및 궤도 진동을 절연시시켜 직접적인 진동 하중을 분산시키거나 소멸시키는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 열차의 통행 시에 거동하는 상판과 교대 중 어느 하나 이상에 전환부 궤도 구조체를 정확한 자세로 설치하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 전환부 궤도 구조체의 시공 시간을 현장에서 단축하여 공기를 단축하고 시공비를 절감하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 교대에 거치되는 상판의 일단부에서 상기 상판의 상면보다 낮은 높이로 형성된 거치부 및 상기 교대에 각각 단순 지지되고, 상기 상판으로부터 상기 교대 일측의 토공에 이르기까지 레일이 연속 형태로 형성되어 열차의 선로를 형성하는 데 사용되는 철도교의 전환부 궤도 구조체로서, 강재로 이루어지고, 쌍 형태로 서로 이격 되게 상기 상판의 교축 방향을 따라 종배열되며, 상기 거치부와 상기 교대에 양단부가 단순 지지되는 종방향 지지보와; 서로 이격된 상기 종방향 지지보의 복부를 가로 방향으로 잇는 강재인 수평 플레이트와, 상기 수평 플레이트의 저면으로부터 하방 연장되고 서로 이격된 2개 이상의 강재의 수직 플레이트를 포함하고, 상기 종방향 지지보의 종방향을 따라 서로 이격되게 다수 배치되고 하부가 개방된 형태의 레일지지용 가로보와; 상기 수평 플레이트 상에 설치되어 상기 레일을 고정하는 레일 체결 장치를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교량 단부의 전환부 궤도 구조체를 제공한다.

또한, 본 발명은, 교각에 각각의 일단부가 거치되어 상호 종방향으로 배열되고 레일이 연속 형태로 형성되어 선로가 시공된 제1상판과 제2상판에 각각 상면보다 낮은 높이로 형성된 제1거치부와 제2거치부가 형성되어, 상기 제1거치부와 상기 제2거치부에 단순 지지되고, 상기 제1상판으로부터 상기 제2상판에 이르기까지 레일이 연속 형태로 형성되어 열차가 주행할 수 있는 선로를 형성하는 데 사용되는 철도교량 단부의 전환부 궤도체로서, 강재로 이루어지고, 쌍 형태로 서로 이격 되게 상기 상판의 교축 방향을 따라 종배열되며, 상기 제1거치부와 상기 제2거치부에 양단부가 단순 지지되는 종방향 지지보와; 서로 이격된 상기 종방향 지지보의 복부를 가로 방향으로 잇는 강재인 수평 플레이트와, 상기 수평 플레이트의 저면으로부터 하방 연장되고 서로 이격된 2개 이상의 강재인 수직 플레이트를 포함하고, 상기 종방향 지지보의 종방향을 따라 서로 이격되게 다수 배치되는 레일지지용 가로보와; 상기 수평 플레이트 상에 위치하여 상기 선로를 형성하는 레일들 중 하나의 레일을 고정하는 레일 체결 장치를; 포함하여 구성되어 콘크리트가 배제된 것을 특징으로 하는 철도교의 전환부 궤도 구조체를 제공한다.

이를 통해, 상판의 단부 회전에 의한 영향이 최소화되어 레일의 변형 및 레일 지지점의 작용력을 안정적으로 유도하게 되어, 열차가 고속으로 상판 연결부를 통과하더라도 안전하게 운행할 수 있으며, 레일을 위치 고정하는 레일체결장치의 파손 문제도 해결할 수 있고, 전환부 궤도 구조체에서 레일을 지지하는 구조가 콘크리트가 배제되고 강재인 수평 플레이트와 강재인 수직 플레이트에 의하여 이루어짐으로써, 항상 일정한 거동 특성을 구현하여, 장기간 사용되더라도 충분한 내구 수명을 안정적으로 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은, 전환부 궤도 구조체에서 레일을 지지하는 레일지지용 가로보가 수평 플레이트의 저면으로부터 2개 이상의 수직 플레이트가 서로 이격되어 하방 연장되어 하부가 개방된 'ㅠ'자 형태로 형성될 수 있다.

이 때, 전환부 궤도 구조체의 레일지지용 가로보를 통해 전달되는 진동이 주변으로 원활히 확산되면서 구조적으로 레일지지용 가로보를 안정되게 고정하기 위하여, 상기 종방향 지지보는 복부와 하부 플랜지를 포함하는 단면으로 형성되고, 레일지지용 가로보의 수직 플레이트의 저면은 상기 하부 플랜지의 상면에 접촉 지지되게 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명은 침목에 의하여 레일이 지지되지 않고 강재인 수평 플레이트에 의하여 레일이 지지됨에 따라, 철도교의 교축 방향과 수평 플레이트의 연장 방향이 수직을 이루지 않는 사교(skewed bridge)에서는, 종래 침목에 의하여 지지될 경우에는 침목 간의 최소 간격을 유지해야 하여 레일을 지지하는 침목의 수가 적었지만, 강재 가로보에 의하여 레일을 지지하도록 하는 본 발명은 레일을 지지하는 수평 플레이트를 보다 조밀한 간격으로 배치할 수 있게 되어, 사교에서도 레일을 견고하게 고정할 수 있게 되어 열차의 주행 안전성을 보장할 수 있으며 궤도 구조의 안전성을 증대할 수 있다. 또한 종래의 궤도는 레일을 지지하는 위치가 철도 하중 연직하부에 위치하게 되고 그 하부가 콘크리트 또는 침목에 의해 채워지는 구조로서 철도 하중이 레일을 지지하는 궤도부에 직접 전달되고 이러한 궤도하중이 교량 구조 및 노반 등과 같은 궤도지지구조물에 직접적인 충격, 진동하중으로 전달되는 구조이지만, 본 발명은 하부가 개방된 (예를 들어, 'ㅠ' 자형) 형식의 레일 지지를 위한 가로보를 적용함으로써 레일 지지점에 발생되는 충격, 진동 하중을 종방향 지지보를 통해 분산시키고 개방된 하부 공간으로 소멸시키는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 콘크리트 궤도 뿐만 아니라 자갈 궤도가 부설된 철도교량의 신축 이음부에 적용될 수 있으며, 콘크리트 궤도의 경우에는 단부 레일의 변형 및 레일 지지점에 발생되는 상향력(들림)과 압축력을 저감시키며, 자갈 궤도의 경우에는 자갈 도상의 이완이나 궤도의 틀어짐을 저감할 수 있게 된다. 즉, 자갈 궤도가 부설된 교량 신축부에 대하여 도상 자갈이 이완되면서 궤도가 불규칙적으로 침하하거나 궤도의 틀림이 발생되어 빈번한 유지보수가 투입되어야 했던 것을 고속 열차 주행에 대해서도 강재로 이루어진 전환부 궤도 구조체에 의하여 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 자갈 궤도가 부설된 교량 신축부에 적용되어, 교량 단부의 신축 이음 장치를 경량 단순화하면서 성능을 개선할 수 있으며, 각각의 레일이 별개로 지지되어 그 사이 틈새로 우수를 배수할 수 있으므로 교량 신축 이음부의 궤도 배수 유도 조건이 개선되는 효과도 얻어진다. 이 뿐만 아니라, 자갈 궤도가 부설된 교량 신축부(교대와 상판의 연결부, 종방향으로 연속하는 상판의 연속부를 지칭함)에 전환부 궤도 구조체를 적용함으로써, 종래에 반드시 설치해야 했던 교량 신축부 상면 자갈이 포설되는 위치에 자갈 덮개판을 설치할 필요가 없게 되어, 강재 또는 특수코팅된 신축이음부 자갈덮개판의 손상 및 파괴를 방지하여, 오물 및 우수 등이 교량 받침부로의 유입을 방지할 수 있게 된다. 또한, 토공과 교량의 접속부 궤도와 같은 궤도 강성 천이 구간에 대한 부등 침하를 최소화하여, 동적 윤중 변동 및 충격 효과를 최소화하고 교량 단부 신축이음부의 자갈 궤도의 틀림이 저감되어 궤도 유지 관리보수 비용을 절감할 수 있다.

한편, 열차가 통행하는 선로는 2열의 레일로 이루어지는데, 상기와 같이 구성된 본 발명은 1열의 레일마다 상기 종방향 지지보들이 양측에 배치된다. 이에 따라, 선로마다 4열의 종방향 지지보들이 종배열되며, 각각 2열씩의 종방향 지지보들에 의하여 하나씩의 레일이 지지된다. 이 때, 선로마다 종배열되는 4개의 종방향 지지보들 중에 내측에 위치하는 2개의 내측 종방향 지지보들은 이음 부재에 의하여 서로 절연되게 횡방향으로 연결된다.

이 때, 상기 이음 부재는 상기 내측 종방향 지지보들로부터 각각 연장된 연장 부재와, 상기 연장 부재 중 어느 하나 이상에 구비된 전기 절연층과, 상기 연장 부재들을 오른 나사와 왼나사의 체결 방향으로 잇는 연결 볼트를; 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 종방향 지지보가 지지되는 지지면에는 종방향 지지보가 정해진 높이를 초과하여 들리는 것을 방지하는 부상 제한 부재가 설치될 수 있다. 예를 들어, 부상 제한 부재는 'ㄱ'자 형태의 단면을 구비하여, 지지면으로부터 종방향 지지보가 정해진 높이만큼 이격되면 종방향 지지보의 하부 플랜지나 받침부에 간섭되어, 전환부 궤도 구조체의 부상 높이를 제한할 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 전환부 궤도 구조체가 종래의 콘크리트 바닥면을 구비한 횡단 궤도 구조에 비하여 중량이 감소되더라도 부상에 관한 우려를 물리적으로 해소하여 궤도 구조의 안전성을 증대시킬 수 있다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 상면의 높이가 더 낮은 거치부가 단부에 형성된 상판을 교량의 하부 구조에 거치시키는 단계와; 서로 이격되게 상기 상판의 교축 방향을 따라 종배열된 강재인 종방향 지지보와, 상기 종방향 지지보의 종방향을 따라 서로 이격되게 배치되는 강재인 레일지지용 가로보와, 상기 레일지지용 가로보의 상면에 레일을 고정하는 레일 체결 장치가 구비된 전환부 궤도 구조체를 제작하는 단계와; 상기 교대와 상기 상판이 상호 종방향으로 배열되는 연결부에서는, 상기 전환부 궤도 구조체가 설치되는 지지면에 미리 방석 철근을 배근하는 방석철근 배근단계와; 상기 전환부 궤도 구조체를 상기 지지면의 상기 방석 철근에 연결하여 상기 전환부 궤도 구조체를 상기 교대와 상기 상판의 상기 지지면에 단순 지지되게 설치하는 전환궤도체 설치단계와; 상기 상판과 상기 전환부 궤도 구조체에 레일을 연속 형태로 설치하는 레일 설치 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교량 단부의 전환궤도체의 시공 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상면의 높이가 더 낮은 거치부가 단부에 형성된 상판을 교량의 하부 구조에 거치시키는 단계와; 서로 이격되게 상기 상판의 교축 방향을 따라 종배열된 강재인 종방향 지지보와, 상기 종방향 지지보의 종방향을 따라 서로 이격되게 배치되는 강재인 레일지지용 가로보와, 상기 레일지지용 가로보의 상면에 레일을 고정하는 레일 체결 장치가 구비된 전환부 궤도 구조체를 제작하는 전환궤도체 제작단계와; 교각에 각각의 일단부가 거치되어 상호 종방향으로 배열되는 제1상판과 제2상판의 연결부에서는, 상기 전환부 궤도 구조체가 설치되는 교대와 상기 상판의 연결부의 지지면에 미리 방석 철근을 배근하는 방석철근 배근단계와; 상기 전환부 궤도 구조체의 각 단부가 상기 제1상판의 제1거치부와 상기 제2상판의 제2거치부의 상기 지지면에 단순 지지되게 설치하는 전환부 궤도 구조체 설치단계와; 상기 제1상판과 상기 전환부 궤도 구조체 및 상기 제2상판에 레일을 연속 형태로 콘크리트 궤도층 상에 설치하는 레일 설치 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교량 단부의 전환궤도체의 시공 방법을 제공한다.

여기서, '방석 철근'은 전환부 궤도 구조체를 교량상판 또는 노반면에 고정시키기 위하여 전환부 궤도 구조체의 받침부가 안착되는 이들의 받침 지지면에 미리 설치해놓은 철근을 지칭하며, 배근 형태는 다양하게 형성될 수 있다.

이와 같이, 종방향 지지보의 종방향을 따라 레일지지용 가로보를 이격 배치하는 전환부 궤도 구조체를 강재로 제작하여, 선로가 설치되는 연속하는 교량 상판이나 교량 상판 및 교대 상면(노반면)에 마련된 받침 지지면에 방석 철근을 배근한 후, 전환부 궤도 구조체와 연결된 받침부의 하부 플레이트를 별도의 앵커 볼트와 슬리브로 구성된 고정장치에 의해 방석 철근에 고정 설치하는 것에 의하여, 상판의 단부 회전에 의한 영향이 최소화되어 레일의 변형 및 레일 지지점의 작용력을 안정적으로 유도하게 되어, 열차가 고속으로 상판 연결부를 통과하더라도 안전하게 운행할 수 있으며, 레일을 위치 고정하는 레일체결장치의 파손 문제도 해결할 수 있으며, 전환부 궤도 구조체에서 레일을 지지하는 구조가 콘크리트가 배제되고 강재인 수평 플레이트와 강재인 수직 플레이트에 의하여 이루어짐으로써, 항상 일정한 거동 특성을 구현하여, 장기간 사용되더라도 충분한 내구 수명을 안정적으로 확보할 수 있다.

또한, 상기와 같이 전환부 궤도 구조체를 미리 공장에서 미리 제작하여 철도교의 시공 현장으로 운반하여, 전환부 궤도 구조체가 안착되는 교대나 상판의 지지면에 미리 마련된 방석 철근에 고정시키도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 전환궤도체 제작단계는, 철도의 선로를 이루는 2열의 레일 중 1열의 레일마다 상기 종방향 지지보들이 양측에 배치되어, 상기 선로마다 4열의 종방향 지지보들이 종배열되고, 상기 4개의 종방향 지지보들 중에 내측에 위치하는 2개의 내측 종방향 지지보들을 서로 절연되게 횡방향으로 잇는 이음 부재를 설치하는 공정을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 전환궤도체 제작단계는 상기 종방향 지지보의 저면에 상기 지지면에 결합되는 받침부를 미리 결합하여 두고, 상기 전환궤도체 설치단계는 상기 전환부 궤도 구조체를 상기 지지면에 거치시킨 상태에서, 상기 전환부 궤도 구조체의 자세를 유압잭으로 조정하고, 상기 전환부 궤도 구조체의 지지면과 상기 방석 철근을 충전재로 일체화하는 것을 포함하여, 전환부 궤도 구조체를 지지면에 고정시킬 수 있다.

본 명세서 및 특허청구범위 전반에 걸쳐 '토공'은 철도교와 연결되는 교대의 일측에 위치한 토양부(토공노반구간) 및 접속슬래브(어프로치 블록)를 의미한다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위 전반에 걸쳐 '연속 형태'의 레일 또는 이와 유사한 용어는 레일이 용접에 의해 장대레일화 되어 레일 이음매위치가 없는 레일을 의미한다. 예를 들어, "상기 전환부 궤도 구조체와 상기 상판 및 상기 교대의 일측 토공에는 레일이 연속 형태로 설치"라는 기재는 '레일이 상판과 교대 일측의 토공 사이에 위치한 전환부 궤도 구조체를 통과하는 영역 및 그 전후 영역에 대하여 분리되지 않은 하나의 장대 레일로 설치된다'는 것을 의미한다.

그리고, 본 명세서 및 특허청구범위에 걸쳐 사용된 '교대측'이라는 용어는 '교대'에만 국한되는 것이 아니라, 상판으로부터 토공 노반을 향하는 영역을 통칭한 것이다. 따라서, '교대측'은 교대를 포함하는 토공 및 접속슬래브(어프로치 블록)을 함께 지칭하는 것일 수도 있고, 교대를 포함하지 않는 토공만을 지칭하는 것을 모두 포함한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 교대와 상판의 단부 사이 및 종방향으로 연속하는 제1상판과 제2상판에 단순 지지되는 전환부 궤도 구조체를 개재시킴으로써, 자중에 의하여 상판이 하방으로 볼록한 휨 변형이 발생되어 상판 단부에서 단부 회전에 의한 단차 및 상향력이 발생되더라도, 단순 지지된 전환부 궤도 구조체에 의하여 상판 단부의 단차를 상쇄시킴으로써, 교대와 상판에 연속 형태로 배열되는 레일의 휨 변형량을 최소화하여, 철도교의 상판 연결부에서 레일의 급격한 휨 변위가 발생하지 않음에 따라, 상판의 단부 회전에 의한 영향이 최소화되어 레일의 변형 및 레일 지지점의 작용력을 안정적으로 유도하게 되어, 열차가 고속으로 상판 연결부를 통과하더라도 안전하게 운행할 수 있으며, 레일을 위치 고정하는 레일체결장치의 파손 문제도 해결할 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.

이 뿐만 아니라, 본 발명은 전환부 궤도 구조체에서 레일을 지지하는 구조가 콘크리트가 배제되고 강재인 수평 플레이트와 강재인 수직 플레이트에 의하여 이루어짐으로써, 항상 일정한 거동 특성을 구현하여, 장기간 사용되더라도 충분한 내구 수명을 안정적으로 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은, 전환부 궤도 구조체에서 레일을 지지하는 레일지지용 가로보가 수평 플레이트의 저면으로부터 2개 이상의 수직 플레이트가 서로 이격되어 하방 연장되어 하부가 개방된 'ㅠ'자 형태로 형성됨에 따라, 교량, 교대, 교각 및 토공 노반 등의 구조물에 전달되는 열차 하중 및 궤도 진동을 강재로 이루어진 전환부 궤도 구조체에서 상쇄시켜 직접적으로 진동 하중을 분산하여 소멸시키는 작용을 하여, 교량 구조물에 작용하는 충격 및 진동이 저감되어 보다 안정적인 구조계를 구현할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 레일지지용 가로보의 수직 플레이트를 상기 레일체결장치의 양측에 대칭되게 배열하여, 열차의 선로를 형성하는 레일을 통해 전달되는 진동이 레일체결장치를 거쳐 수직 플레이트에 골고루 분산됨으로써, 진동을 효과적으로 소산시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 침목에 의하여 레일이 지지되지 않고 강재인 수평 플레이트에 의하여 레일이 지지됨에 따라, 철도교의 교축 방향과 수평 플레이트의 연장 방향이 수직을 이루지 않는 사교(skewed brdige)에서는, 종래 침목에 의하여 지지될 경우에는 침목 간의 최소 간격을 유지해야 하여 레일을 지지하는 침목의 수가 적었지만, 강재 레일지지용 가로보에 의하여 레일을 지지하는 본 발명은 레일을 지지하는 수평 플레이트를 보다 조밀한 간격으로 배치할 수 있게 되어, 사교에서도 레일을 견고하게 고정할 수 있게 되어 열차의 주행 안전성을 보장할 수 있으며 궤도 구조의 안전성을 증대할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이 뿐만 아니라, 본 발명은 콘크리트 궤도 뿐만 아니라 자갈 궤도가 부설된 신축 이음부에 적용될 수 있으며, 콘크리트 궤도가 부설된 교량 단부의 경우에는 단부 레일의 변형 및 레일 지지점에 발생되는 상향력(들림)과 압축력을 저감시키며, 자갈 궤도가 부설된 교량 단부의 경우에는 자갈 도상의 이완이나 궤도의 틀어짐을 저감시킴으로써 궤도 유지 관리 및 유지 보수 비용을 크게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 자갈 궤도가 부설된 교량 신축부에 적용되어, 교량 단부의 신축 이음 장치를 경량 단순화하면서 성능을 개선할 수 있으며, 각각의 레일이 별개로 지지되어 그 사이 틈새로 우수를 배수할 수 있으므로 교량 신축 이음부의 궤도 배수 유도 조건이 개선되는 효과도 얻어진다.

그리고, 본 발명은, 자갈 궤도가 부설된 교량 신축부(교대와 상판의 연결부, 종방향으로 연속하는 상판의 연속부를 지칭함)에 전환부 궤도 구조체를 적용함으로써, 교량 신축부 상면에 자갈 덮개판을 필요로 하지 않게 되어, 오물 및 우수 등이 교량 받침부로의 유입을 방지할 수 있게 된다. 또한, 토공과 교량의 접속부 궤도와 같은 궤도 강성 천이 구간에 대한 부등 침하를 최소화하여, 동적 윤중 변동 및 충격 효과를 최소화하고 교량의 자갈 궤도의 틀림이 저감되어 궤도 유지 관리보수 비용을 절감할 수 있다.

그리고, 본 발명은, 좌우 레일에 작용하는 진동과 충격을 지지하는 구조를 분리시켜 거동하게 구성하면서도, 이음 부재에 의하여 전혀 별개로 거동하지 않도록 유도함으로써, 하중 지지 및 분산 형태를 안정화시키고 거동 특성을 명확하게 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 이음 부재에 전기 절연층이 구비되고 연장 부재들을 오른 나사와 왼나사의 체결 방향으로 잇는 연결 볼트를 포함하여 구성되어, 선로를 형성하는 2열의 레일이 서로 전기적으로 통전되는 것을 방지하여 전기적 신호에 오류가 발생되는 것을 근본적으로 방지하면서도, 독립된 좌우 레일의 지지 구조가 연결 볼트에 의하여 궤간 조절이 가능해져 시공이 보다 간편하면서도 정확한 지지 구조를 구현할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명은, 종방향 지지보가 지지되는 지지면에는 종방향 지지보가 열차 하중 또는 기타 부상되는 힘에 의하여 정해진 높이를 초과하여 들리는 것을 방지하는 부상 제한 부재가 설치되어, 전환부 궤도 구조체가 종래의 콘크리트 바닥면을 구비한 횡단 궤도 구조에 비하여 중량이 감소되더라도 부상에 관한 우려를 물리적으로 해소하여 궤도 구조의 안전성을 증대시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 전환부 궤도 구조체를 공장에서 미리 제작하여 철도교의 시공 현장으로 운반하여, 전환부 궤도 구조체가 안착되는 교대나 상판의 지지면에 미리 마련된 방석 철근에 고정시킴으로써, 현장 시공을 간소화하고 공기를 단축시킴으로써 공사비를 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도1는 종래 철도교의 교대와 상판의 연결부를 도시한 개략도
도2는 종래 철도교의 상판 간의 연결부를 도시한 개략도
도3은 철도교의 교대와 상판 간의 전환부 궤도 구조체의 구성을 도시한 도면,
도4는 철도교의 상판 간의 전환부 궤도 구조체의 구성을 도시한 도면,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전환부 궤도 구조체의 구성을 도시한 사시도,
도6은 도5의 평면도,
도7은 도6의 절단선 Ⅶ-Ⅶ에 따른 도면,
도8은 도5의 절단선 Ⅷ-Ⅷ에 따른 도면,
도9a 내지 도9e는 도3 및 도4의 철도교의 전환부 궤도 구조체가 적용된 철도교를 시공 순서에 따른 구성을 도시한 개략도
도10a 내지 도10d는 기존의 철도교의 교대측 상판 연결부에 철도교의 전환부 궤도 구조체를 교체 시공하는 구성을 시공 순서에 따라 도시한 개략도
도11a 내지 도11e는 철도교의 지지면에 미리 공장에서 제작된 전환부 궤도 구조체를 시공하는 구성을 도시한 개략도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 철도교의 교대부에서의 전환부 궤도 구조체(100)가 설치된 철도교 구조(8, 9)는 도3 및 도4에 도시된 형태로 배치된다. 먼저, 도3에 도시된 구성을 살펴보면, 교대(21')에 거치되는 상판(10)의 일단부에 상판(10)의 상면보다 낮은 높이의 거치부(15)가 절취된 형태로 형성되고, 상판(10)의 거치부(15)와 교대(21')에 전환부 궤도 구조체(100)가 단순 거치되어, 전환부 궤도 구조체(100)와 상판(10) 및 교대 일측의 토공(40) 상을 장대 레일(131)이 연속하는 형태로 설치된다.

상기 상판(10)에는 콘크리트이나 자갈로 이루어진 궤도층(30)이 시공되고, 궤도층 상에 침목(52)이 미리 정해진 간격으로 설치된 후, 레일(131)이 침목(52) 상에 설치된다.

상기 교대(21')는 토공(40)의 끝단부에 설치되어 철도교의 상판(10)을 교좌장치(10a)로 지지한다. 이 때, 교대(21')의 상단은 전환부 궤도 구조체(100)가 차지하는 높이(H)만큼 더 낮게 위치한다.

상기 전환부 궤도 구조체(100)는 상판(10)의 거치부(15)의 지지면(15s)에 일측이 거치되고, 교대(21')의 지지면에 타측이 거치되어, 양단 단순 지지 상태로 된다. 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 전환부 궤도 구조체(100)는 레일(131)마다 지지하는 한 쌍의 종방향 지지보(110)와, 한 쌍의 종방향 지지보(110)에 종방향을 따라 서로 이격되게 다수 배치되는 레일지지용 가로보(120)와, 레일지지용 가로보(120)의 상면에 설치되어 레일(131)을 고정하는 레일체결장치(133)로 구성된다.

여기서, 종방향 지지보(110)는 복부(110a)와 상,하부 플랜지(110b, 110c)로 이루어진 I자형 강재로 이루어진다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면 종방향 지지보(110)는 단면이 사각 폐단면이나 H단면 등 공지된 다양한 단면의 보로 이루어질 수 있다. 종방향 지지보(110)는 강재로 이루어지며, 하나의 레일(131)마다 양측에 한 쌍씩 종방향으로 배열된다. 그리고, 종방향 지지보(110)의 양단부의 하측에는 받침부(111, 112)가 고정 설치된다. 여기서 받침부(111, 112)는 일반 철도 교량용 포트 받침을 사용하더라도 무방하며, 공지된 레일 체결 장치를 사용하더라도 레일체결장치의 성능 및 특성에 영향을 받지 않고 안정적인 거동 특성을 구현할 수 있다. 다시 말하면, 공지된 레일체결장치라도 별도의 콘크리트 침목을 사용하지 않아도 되는 직결식 탄성레일체결장치(direct fixation rail fastening system)라면 모두 적용할 수 있다.

종방향 지지보(110)에는 다수의 리브(115)가 용접으로 결합될 수 있다.

상기 레일지지용 가로보(120)는 한 쌍의 종방향 지지보(110)의 사이를 강재인 수평 플레이트(121)로 연결하고, 수평 플레이트(121)의 저면으로부터 강재인 수직 플레이트(122)가 하방으로 수직 연장되게 형성되며, 종방향 지지보(110)의 종방향을 따라 다수 이격 배치되어, 레일지지용 가로보(120)마다 레일(131)을 고정하는 레일 체결 장치(133)가 설치된다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도면에 도시되지 않았지만 레일지지용 가로보(120)는 종방향 지지보(110)를 잇는 하나의 플레이트로 이루어지고, 레일 체결 장치(133)가 정해진 간격으로 설치될 수도 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 레일지지용 가로보(120)의 일부에만 레일 체결 장치(133)가 설치될 수도 있다.

즉, 레일지지용 가로보(120)는 강재로 형성되어 종래의 침목을 대신하여 레일(131)을 고정하고, 열차가 통행하는 동안에 레일(131)로 전달되는 힘과 진동을 지지하고 상쇄시키는 역할을 한다. 여기서, 레일지지용 가로보(120)의 수직 플레이트(122)는 레일 체결 장치(133)의 폭(w')과 일치하거나 약간 초과하는 폭(w)으로 배치되고, 레일 체결 장치의 중심을 기준으로 대칭되게 배열함으로써, 레일(131)을 통해 전달되는 진동 및 에너지를 수직 플레이트(122)로 균형있게 전달할 수 있다. 그리고, 수직 플레이트(122)의 하단은 종방향 지지보(110)의 하부 플랜지(110b)의 상면에 접촉하게 설치됨으로써, 열차의 선로를 형성하는 레일(131)을 통해 전달되는 진동이 레일체결장치를 거쳐 수직 플레이트(122)를 통해 골고루 분산됨으로써, 진동을 효과적으로 소산시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 레일지지용 가로보(120)가 수평 플레이트(121)의 저면으로부터 2개 이상의 수직 플레이트(122)가 서로 이격되어 하방 연장되어, 하부가 개방된 'ㅠ'자 형태로 대칭 배열 형성됨에 따라, 교량, 교대, 교각 및 토공 노반 등의 구조물에 전달되는 열차 하중 및 궤도 진동을 강재로 이루어진 전환부 궤도 구조체에서 상쇄시켜 직접적으로 진동 하중을 분산하여 소멸시키는 작용을 하여, 교량 구조물에 작용하는 충격 및 진동이 저감되어 보다 안정적인 구조계를 구현할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

상기 이음 부재(140)는 각 레일(131)을 지지하는 한 쌍의 종방향 지지보(110)들 중 내측 종방향 지지보(110i)를 상호 연결한다. 즉, 도5 및 도6에 도시된 바와 같이 열차가 통행하는 선로는 2열의 레일(131)로 이루어지는데, 1열의 레일(131)마다 상기 종방향 지지보(110)들이 양측에 배치된다. 다시 말하면, 선로(130)마다 4열의 종방향 지지보(110i, 110e; 110)들이 종배열되며, 4열의 종방향 지지보(110)들 중 내측에 위치하는 2개의 내측 종방향 지지보(110i)들은 이음 부재(140)에 의하여 서로 절연되게 횡방향으로 연결된다.

이 때, 이음 부재(140)는 레일 체결 장치(133)가 위치한 지점을 상호 연결하여, 열차가 선로(130)를 통과할 때에 레일(131)과 레일 체결 장치(133)를 통해 전달되는 하중 및 진동을 주변으로 분산시킨다.

이를 위하여, 도7 및 도8에 도시된 바와 같이 종방향 지지보(110)의 리브(115)에는 연결 철판(148)이 용접으로 결합되고, 내측 종방향 지지보(110i)들의 연결 철판(148)으로부터 제1연장 부재(141) 및 제2연장부재(142)가 각각 연장되고, 이들의 연장 부재(141, 142)에는 연결 볼트(143)가 각각 체결되어 내측 종방향 지지보(110i)를 상호 잇는다. 여기서, 각 연장 부재(141, 142)에 양 단부가 결합되는 연결 볼트(143)의 양단부에는 각각 오른 나사, 왼나사 형태의 나사산이 형성되어, 연결 볼트(143)를 일방향으로 회전시키는 것에 의하여 연장 부재(141, 142)를 상호 가깝게 하거나 멀어지게 하여, 종방향 지지보(110) 사이의 간격(즉, 궤도 간격)을 원활히 조절할 수 있다. 이음 부재(140)에 의하여 거리가 조절된 상태에서는, 각각 왼나사산과 오른 나사산의 볼트(1431, 1432)로 체결하여 간격을 고정시킨다.

그리고, 제1연장 부재(141)에는 고무나 플라스틱 등의 절연 재질로 이루어져 전류를 차단하는 전기 절연층(145)이 끼워지며 절연층의 두께는 변동 가능하다. 이를 위하여, 제1연장부재(141)는 2개의 부재가 상호 플랜지 형태로 볼트 체결되어 결합되며, 그 사이에 전기 절연층(145)이 끼워진다. 이에 따라, (도8을 기준으로) 각 쌍의 종방향 지지보(110)에 설치되는 좌, 우측의 레일(131)로부터 상호 전류가 통전되는 것이 차단되어, 전환부 궤도 구조체(100)를 강재로 형성하면서도, 열차의 운행 중에 선로(130)를 형성하는 각 레일(131)이 전기적으로 통전되어 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 독립된 좌우 레일이 이음 부재(140)의 연결 볼트(143)에 의하여 궤간 조절이 가능해져 시공이 보다 간편하면서도 정확한 지지 구조를 구현할 수 있게 된다.

특히, 도5 및 도6에 도시된 바와 같이 이음 부재(140)는 레일(131)을 고정하는 레일체결장치(133)의 위치마다 내측 종방향 지지보(110i)를 상호 연결하도록 구성됨으로써, 좌우 레일(131)에 작용하는 진동과 충격을 지지하는 구조가 분리된 상태로 거동하면서도, 이음 부재(140)에 의하여 진동이 전달되는 통로를 마련해둠으로써, 진동과 충격이 상호 전달되어 균형있게 소산시킬 수 있게 유도하여 하중 지지 형태를 안정화시키고 거동 특성을 명확하게 하는 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같이 구성된 전환부 궤도 구조체(100)의 폭은 상판(10)의 폭과 동일한 폭으로 형성될 수 있으며, 상판(10)의 폭보다 더 작게 형성될 수도 있다. 그리고, 전환부 궤도 구조체(100)의 길이(L)는 1.5m 내지 5m의 길이로 정해진다. 상판의 길이가 50m 이상으로 긴 경우에는 4m 내지 5m정도로 정해지며, 상판의 길이가 20m 정도로 매우 짧은 경우에는 1.5m정도로 정해진다. 이는, 전환부 궤도 구조체(100)의 길이가 1.5m보다 작은 경우에는 철도교의 상판(10)의 길이를 고려할 때 상판 단부의 단차를 상쇄시키는 효과를 충분히 얻을 수 없고, 전환부 궤도 구조체(10)의 길이가 5m보다 길게 제작되면 상판의 단부 회전에 의한 단차가 작은 영역까지 연장되므로 전환부 궤도 구조체(10)의 설치 효율이 저하되기 때문이다.

상기 레일(131)은 상판(10)의 상측과 전환부 궤도 구조체(100)의 상측 및 토공(40)에 이르기까지 하나의 몸체인 장대 레일로 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명은 장대 레일(131) 이외의 다른 레일로 이루어질 수 있으나, 전환부 궤도 구조체(100)의 전후 종방향을 연속 형태로 연결된 레일로 사용된다. 이와 같이, 레일(131)이 연속한 형태로 전환부 궤도 구조체(100)를 가로질러 상판(10)과 토공(40)을 연결하도록 구성되더라도, 전환부 궤도 구조체(100)가 제1상판(10)과 제2상판(10')에 단순 거치되는 형태로 개재됨에 따라, 전환부 궤도 구조체(100)가 상판(10)의 단부 회전에 의한 단차 및 상향력을 상쇄시킴으로써, 상판(10)과 교대(21')의 연결부(131x)에서 레일(131)의 휨 변형이 크게 발생하지 않게 된다.

이에 따라, 상판(10)으로부터 전환부 궤도 구조체(100)를 가로질러 토공(40)에 이르기까지 하나의 레일(131)로 설치되더라도, 열차가 철도교를 고속으로 통과하더라도 승차감을 저해하지 않을 뿐만 아니라, 안전 운행을 보다 확실하게 보장할수 있게 된다.

즉, 교대(21')와 상판(10)의 단부 사이 및 종방향으로 연속하는 제1상판(10)과 제2상판(10')에 단순 지지되는 전환부 궤도 구조체(100)를 개재시킴으로써, 자중에 의하여 상판이 하방으로 볼록한 휨 변형이 발생되어 상판 단부에서 단부 회전에 의한 단차 및 상향력이 발생되더라도, 단순 지지된 전환부 궤도 구조체(100)에 의하여 상판(10) 단부의 단차를 상쇄시킴으로써, 교대와 상판에 연속 형태로 배열되는 레일의 휨 변형량을 최소화할 수 있게 되어, 열차가 고속으로 상판 연결부를 통과하더라도 안전하게 운행할 수 있으며, 레일을 위치 고정하는 레일체결장치의 파손 문제도 해결할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 철도교의 교대부에서의 전환부 궤도 구조체(100)는 도4에 도시된 형태로 설치될 수도 있다. 즉, 교각(22)에 거치되는 제1상판(10)의 일단부에 선로(130)가 시공된 제1상판(10)의 상면보다 낮은 높이로 제1거치부(15)가 구비되고; 교각(22) 상에 제1상판(10)과 종방향으로 인접하게 거치된 제2상판(10')의 일단부에도 제2상판(10')의 상면보다 낮은 높이로 제2거치부(15')가 구비되며, 제1거치부(15)와 제2거치부(15')의 지지면(15s)에 전환부 궤도 구조체(100)가 양단 단순 지지되어 설치된다. 그리고, 전환부 궤도 구조체(100)를 가로질러 제1상판(10)과 제2상판(10')의 상면에는 장대 레일(131)이 연속 형태로 설치되어 열차가 통행하는 선로(130)를 형성하도록 구성된다.

상기 제1상판(10) 및 제2상판(10')은 교각(22)의 교좌장치(10a) 상에 거치된다. 상기 제1상판(10) 및 제2상판(10')에는 콘크리트 또는 자갈로 이루어진 궤도층(30)이 시공되고, 궤도층(30) 상에 침목(52)이 미리 정해진 간격으로 설치된 후, 레일(131)이 침목(52) 상에 설치된다.

전환부 궤도 구조체(100)는 제1상판(10)의 거치부(15)의 지지면(15s)에 일측이 거치되고, 제2상판(10')의 거치부(15')의 지지면(15s)에 타측이 거치되어, 양단 단순 지지 상태로 된다. 교대부에서의 철도교 전환부 궤도 구조체(100)와 마찬가지로 전환부 궤도 구조체(100)는 도5 내지 도8에 도시된 형태로 적용될 수 있다.

상기 레일(131)은 제1상판(10)의 상측과 전환부 궤도 구조체(100)의 상측 및 제2상판(10')의 상측에 이르기까지 하나의 몸체로 형성된다. 이와 같이, 레일(131)이 연속한 형태로 전환부 궤도 구조체(100)를 가로질러 제1상판(10)과 제2상판(10')을 연결하도록 구성되더라도, 전환부 궤도 구조체(100)가 제1상판(10)과 제2상판(10')에 단순 거치되는 형태로 개재됨에 따라, 상판(10)의 단부 회전에 의한 단차 및 상향력을 상쇄시킴으로써, 도2에 도시된 종래의 철도교 전환부 궤도 구조체와 달리, 제1상판(10)과 제2상판(10')의 연결부(131x')에서 레일(131)의 휨 변형이 크게 발생하지 않게 된다. 따라서, 하나의 몸체로 길게 형성된 장대레일로 교각(22)의 상측을 지나도록 연속 형태로 설치되더라도, 열차가 철도교를 고속으로 통과하는 동안에 덜컹거리는 진동을 크게 저감시킬 수 있으며 보다 안전한 운행도 가능해지는 이점이 얻어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 철도교의 전환부 궤도 구조체(100)는 레일 지지 구조에 콘크리트 바닥판이 배제되고 강재인 수평 플레이트(121)와 강재인 수직 플레이트(122)에 의하여 이루어져 침목을 대체함으로써, 항상 일정한 거동 특성을 구현하여, 장기간 사용되더라도 충분한 내구 수명을 안정적으로 확보할 수 있는 잇점이 얻어진다.

또한, 상기와 같이 구성된 전환부 궤도 구조체(100)는 침목에 의하여 레일(131)이 지지되지 않고 강재인 수평 플레이트(121)에 의하여 레일(131)이 지지됨에 따라, 철도교의 교축 방향과 수평 플레이트(121)의 연장 방향이 수직을 이루지 않는 사교(skewed bridge)에서도, 종래 침목에 의하여 지지될 경우에는 침목 간의 최소 간격을 유지해야 하여 레일을 지지하는 침목의 수가 적어 불안정하게 지지할 수 밖에 없었던 문제가 있었지만, 강재 레일지지용 가로보(120)에 의하여 레일(131)을 지지함에 따라 레일 체결 장치(133)를 보다 조밀한 간격으로 배치할 수 있게 되어, 사교에 적용되는 전환부 궤도 구조체(100)에서 레일을 견고하게 고정할 수 있게 되어 열차의 주행 안전성을 보장할 수 있으며 궤도 구조의 안전성을 증대할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이 뿐만 아니라, 상기와 같이 구성된 전환부 궤도 구조체(100)는 선로(130)가 콘크리트 궤도 뿐만 아니라 자갈 궤도가 부설된 신축 이음부(전환부 궤도 구조체가 설치되는 부분)에 적용될 수 있다. 보다 구체적으로는, 콘크리트 궤도의 경우에는 단부 레일의 변형 및 레일 지지점에 발생되는 상향력(들림)과 압축력을 저감시키며, 자갈 궤도의 경우에는 자갈 도상의 이완이나 궤도의 틀어짐을 저감할 수 있다. 특히, 자갈 궤도의 경우에는, 교량 단부의 신축 이음 장치를 경량 단순화하면서 성능을 개선할 수 있고, 각각의 레일(131)이 별개로 지지되어 그 사이 틈새로 우수를 배수할 수 있으므로 배수 유도 조건이 개선되는 효과도 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 전환부 궤도 구조체(100)는 2열의 선로(130)에 대하여 8개의 독립된 받침부(111, 112)를 단부에 적용하여 교량 상판과 레일 및 레일을 지지하는 궤도를 구조적으로 분리시킴으로써, 교각 및 교대부 고정단 받침측에 누정되는 교량상 장대레일 부가축 응력을 저감할 수 있다. 즉, 교량의 신축 거동과 장대레일의 신축 거동의 경합에 의해 발생되는 부가적인 축 응력을 해소할 수 있는 효과가 있다. 교량 상판이 온도에 따른 신축에 따라 레일이 범용 받침부에 의해 지지되는 것이 가능해진다. 즉, 본 출원인이 출원한 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0005507호에 따른 철도교량 단부 횡단 궤도 구조 및 그 시공방법과 달리, 받침부(111, 112)의 구조가 전단 변위 및 압축 변위가 동시에 허용되지 않더라도, 공지된 다양한 받침부(111, 112)를 적용할 수 있다.

이 때, 전환부 궤도 구조체(100)에 의해 상판 연결부에서의 레일(131)의 휨 변형량이 크게 작아지므로, 레일체결장치(133)에 작용하는 힘이 종래에 비해 크게 줄어들어, 레일체결장치(133)의 수명을 보다 연장하면서 교량단부 궤도레일 및 레일체결장치의 유지 보수 및 관리에 소요되는 인력과 비용의 부담도 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 철도교의 전환부 궤도 구조체는 다음과 같은 공정에 의해 시공된다.

단계 1: 먼저 도9a에 도시된 바와 같이, 철도교의 하부 구조인 교각(22)과 교대(21')를 시공한다. 이 때, 교대(21')에 인접한 토공(40)에 설치될 궤도층(30)의 높이와 설치 예정인 전환부 궤도 구조체(100)의 레일지지용 가로보(120)의 높이가 일치되도록, 교대(21') 상단면의 높이는 콘크리트 궤도층(30)의 높이보다 H로 표시된 만큼 낮게 시공된다.

단계 2: 그리고 나서, 교대(21')와 교각(22)상에 철도교의 상판(10)을 시공한다. 상판(10)은 강재거더와 콘크리트 바닥판으로 이루어질 수도 있고, 콘크리트 박스 거더로 시공될 수도 있으며, 공지된 다양한 형태의 단면을 갖도록 구성될 수 있으며, 교대(21')와 교각(22) 상의 교좌장치(10a)에 거치된다. 다만, 도9b에 도시된 바와 같이 상판(10, 10')은 종방향으로의 연결부에는 전환부 궤도 구조체(100)를 위치시킬 낮은 지지면(15s)이 구비되는 거치부(15)가 형성되도록 한다.

이 때, 도11b에 도시된 바와 같이 교대(21')와 상판(10)이 상호 종방향으로 배열되는 신축 이음부의 지지면(15s)에는 도11b에 도시된 바와 같이 방석 철근(18)을 배근하고, 전환부 궤도 구조체(100)의 받침부(111, 112)가 안착되는 위치에 절개부(15x)를 미리 형성해두어 방석 철근(18)이 노출된 상태로 된다. 그리고, 받침부(111, 112)의 저면이 안착될 수 있으면서, 받침부(111, 112)의 저면에 돌출된 돌출부(111a, 112a)가 삽입될 수 있게 거푸집(16)이 틀 형태로 미리 제작된다. 즉, 거푸집(16)에 의하여 방석 철근(18)이 노출된 상태가 된다.

단계 3: 그리고 나서, 도9c에 도시된 바와 같이, 상판(10, 10')의 거치부(15)에 전환부 궤도 구조체(100)를 위치(100d)시킨다. 전환부 궤도 구조체(100)는 전단 변위 및 압축 변위가 모두 허용되는 받침부(111, 112)로 단순 거치되되, 교대부에서는 일단부가 교대(21')에 거치되고 타단부가 상판(10, 10')의 거치부(15)에 거치시키며, 교각부에서는 일단부가 상판(10)의 거치부(15)에 거치되고 타단부가 종방향으로 인접한 다른 상판(10')의 거치부(15)에 거치된다.

이를 위하여, 도5 내지 도8에 도시된 전환부 궤도 구조체(100)를 공장에서 미리 제작하여 시공 현장으로 운반한다. 이 때, 도11a에 도시된 바와 같이, 전환부 궤도 구조체(100)의 종방향 지지보(110i, 110e; 110)는 위치 고정될 받침부(111, 112)의 사이 공간(X)에 받침부 용접을 위한 프레임(66)을 설치한 후, 종방향 지지보(110)의 양단부 저면에 받침부(111, 112)를 전환부 궤도 구조체(100)에 용접 결합된 상태로 공장에서 제작된다.

그리고, 공장에서 제작된 전환부 궤도 구조체(100)는 철도교의 시공 현장으로 운반되어, 도11c에 도시된 바와 같이 전환부 궤도 구조체(100)의 받침부(111, 112)가 교대나 상판의 지지면(15s)에 미리 마련된 방석 철근(18) 상에 안착되게 거치(100d)시킨다. 이에 의하여, 받침부(111, 112)의 저면은 거푸집(16)에 의하여 지지되며, 받침부(111, 112)의 저면 돌출부(111a, 112a)는 거푸집(16) 내부로 삽입되면서 방석 철근(18)을 관통하는 위치로 된다. 경우에 따라서는 받침부(111, 112)의 저면 돌출부(111a, 112a)와 방석 철근(18)이 상호 간섭되게 엮는 공정을 부가할 수도 있다.

그 다음, 전환부 궤도 구조체(100)의 종방향 지지보(110)를 양측에 유압잭(55)을 배치하여, 전환부 궤도 구조체(100)의 레일지지용 가로보(120)의 상면이 상판(10, 10')과 토공(40)에 시공되는 궤도층(30)의 높이와 일치되도록, 유압잭(55)으로 종방향 지지보(110)의 높이를 정교하게 조절한다. 그리고 나서, 거푸집(16) 내에 무수축 몰탈 등의 충전제(119)를 주입하여, 받침부(111, 112)가 방석 철근(18)에 의하여 일체화한다. 이 때, 충전제(119)의 주입 이전이나 이후에 각 레일(131)을 지지하는 내측 종방향 지지보(110i)의 사이를 이음 부재(140)로 연결한다.

이를 통해, 전환부 궤도 구조체(100)를 지지면(15s)에 위치 고정시킨다. 이와 같이, 전환부 궤도 구조체(100)를 공장에서 미리 제작하여 철도교의 시공 현장으로 운반하여, 전환부 궤도 구조체가 안착되는 교대(21')나 상판(10, 10')의 지지면(15s)에 미리 마련된 방석 철근에 고정시킴으로써, 현장 시공을 간소화하고 공기를 단축시킴으로써 공사비를 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 거푸집(16)에 충전제(119)를 주입하여 받침부(111, 112)를 위치 고정하는 때에, 지지면(15s)의 거푸집(16) 내부에 단면이 'ㄱ'자 형태로 형성되어 받침부(111, 112)가 정해진 높이를 초과하여 들리는 것을 방지하는 부상 제한 부재(118)가 고정 설치된다. 이에 의하여, 전환부 궤도 구조체(100)에 콘크리트의 사용을 배제하거나 최소화하여 종래의 콘크리트 바닥면을 구비한 횡단 궤도 구조에 비하여 중량이 감소되더라도, 들림에 관한 우려를 부상 제한 부재(118)에 의하여 물리적으로 해소하여 궤도 구조의 안전성을 증대시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

단계 4: 도9d에 도시된 바와 같이 상판(10, 10')의 상면에는 열차가 운행하는 레일을 지지하는 궤도층(30)이 시공된다. 상판(10, 10')의 궤도층은 궤도층(30)의 토공(40)의 콘크리트 궤도층(30)과 상면의 높이가 일치하도록 시공되며, 전환부 궤도 구조체(100)의 레일지지용 가로보(120)의 상면 높이와도 일치시키는 것이 바람직하다.

단계 4는 단계 3을 마친 후에 행해질 수도 있고, 단계 2가 행해지기 이전에 행해질 수도 있으며, 단계 2와 단계 3의 중간에 행해질 수도 있다.

단계 5: 그리고 나서, 도9e에 도시된 바와 같이, 상판(10, 10')과 전환부 궤도 구조체(100)와 토공(40)을 가로지르는 레일(131)을 설치하고, 레일체결장치(133)로 위치 고정시킨다. 이 때, 레일(131)은 교량 전체에 걸쳐 하나로 연결된 레일로 설치될 수도 있지만, 경우에 따라 레일의 규격 등에 의해 다수로 연결될 수 있다. 다만, 레일이 다수로 배열되더라도 상판(10, 10')의 단부 회전에 단차로 고속 운행을 저해할 수 있으므로, 전환부 궤도 구조체(100)를 가로질러 인접한 상판(10, 10')과 토공(40) 및 전환부 궤도 구조체(100)를 가로질러 인접한 상판(10, 10')을 지나는 레일은 하나의 몸체로 형성된다.

한편, 이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 철도교의 전환부 궤도 구조체는 기존의 철도교에서도 교체 시공하는 것이 가능하다. 교대측 상판 연결부의 단부궤도에 전환부 궤도 구조체를 교체 시공하는 공정을 예를 들어 살펴보면 다음과 같다.

단계 1: 먼저 도10a에 도시된 종래의 교대측 철도교는 교대(21) 상에 상판(10)의 단부가 거치된다. 상판(10)에는 콘크리트나 자갈로 이루어진 궤도층(30)이 형성되고, 그 위에 일정 간격으로 배열된 침목(52) 상에 레일(51)이 레일체결장치에 의해 위치 고정된다. 그러나, 상판(10)의 종방향 신축거동을 수용하기 위해 불가피하게 필요한 상판의 가동범위 확보를 위한 교대(21)사이의 간극에 의해 교대(21)의 최외측 침목과 상판(10)의 최외측 침목은 다른 침목들 간격에 비해 큰 거리(L2')만큼 이격된 상태가 된다.

단계 2: 이와 같은 상태에서, 도10b에 도시된 바와 같이, 교대(21)와 상판(10)의 사이에 설치되는 전환부 궤도 구조체(100)의 길이(L)에 대응하는 미리 정해진 영역 내의 상판(10) 및 교대(21)의 콘크리트 궤도층(30), 침목(52) 및 레일(51)을 제거한다. 이를 통해, 상판(10)에는 제1거치부(16)가 형성되고, 교대(21)에는 제2거치부(16')가 형성된다.

필요에 따라, 상판(10) 및 교대(21)를 보다 더 깊게 제거하여, 전환부 궤도 구조체(100)의 높이가 콘크리트 궤도층(30)보다 더 크게 형성된 경우에도 수용할 수 있도록 할 수 있다.

단계 3: 그리고 나서, 도10c에 도시된 바와 같이, 미리 제작된 전환부 궤도 구조체(100, 도11b)를 크레인으로 인상하여 100d로 표시된 방향으로 이동시켜, 전환부 궤도 구조체(100)의 일단부 받침부(111)를 제2거치부(16')의 지지면에 거치시키고 전환부 궤도 구조체(100)의 타단부 받침부(112)를 제1거치부(16)의 지지면에 거치시킨다.

단계 4: 그리고 나서, 도10d에 도시된 바와 같이, 전환부 궤도 구조체(100)의 레일지지용 가로보(120)에 설치되어 있는 레일체결장치에 의하여 레일(131)을 설치하고, 레일(131)의 양단을 교대측 및 상판(10)의 레일(51)과 용접(131z)으로 연결 고정한다. 한편, 전환부 궤도 구조체(100)의 레일(131)은 전환부 궤도 구조체(100)를 인상하여 설치하는 단계 3에서 미리 시공된 상태일 수도 있으며, 이 레일(131)의 양단을 인접한 레일(51)과 연결하는 것에 의해 단계 4를 행할 수도 있다.

상기와 유사한 방법으로 교각측 상판 연결부의 단부궤도를 전환부 궤도 구조체(100)로 교체 시공할 수 있다.

상기와 같은 전환부 궤도 구조체(100)의 시공 방법에 의하여, 이미 시공되어 사용 중인 철도교에 대해서도 교대 및 교각에서의 상판 연결부에 전환부 궤도 구조체(100)를 설치하여, 같이 고속으로 주행하는 고속철도의 선로를 구성함에 있어서, 철도교의 상판(10)의 자중 및 열차하중에 의한 휨 변형에 따른 단부 궤도에 발생하는 상향력으로 레일의 굴곡 및 변형이 발생되는 것을 최소화하고, 받침부 및 탄성을 갖는 텐션 체결구를 갖는 레일체결장치를 이용하여 레일(131)을 위치고정함에 따라 교량상 장대레일의 부가 축력을 최소화할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 이를 통해, 열차의 안전 운행을 보다 확실하게 보장할 수 있으며, 유지보수에 소요되는 비용과 인력을 절감하는 것이 가능해진다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 다시 말하면, 본 발명의 실시예에서는 2경간 철도교를 예로 설명하였지만, 위 실시 예를 참조하여 이를 1경간 또는 3경간 이상의 교량에 적용하는 것은 해당 기술 분야의 당업자에게는 너무도 자명하다. 뿐만 아니라, 본 발명은 실시예에서 예로든 단순교에 적용할 수 있으며 종방향으로 인접한 상판이 상호 연결되는 다경간 연속교에도 적용이 가능하다는 것을 당업자가 명확히 이해할 수 있으며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 당연히 본 발명의 범주에 속하는 것이다.

10, 10': 상판 21': 교대
22: 교각 30: 궤도층
52: 침목 100: 전환부 궤도 구조체
110: 종방향 지지보 111, 112: 받침부
120: 레일지지용 가로보 121: 수평 플레이트
122: 수직 플레이트 131: 레일
133: 레일체결장치 100: 전환부 궤도 구조체

Claims (13)

1. 교대에 거치되는 상판의 일단부에서 상기 상판의 상면보다 낮은 높이로 형성된 거치부 및 상기 교대에 각각 단순 지지되고, 상기 상판으로부터 상기 교대 일측의 토공에 이르기까지 레일이 연속 형태로 형성되어 열차의 선로를 형성하는 데 사용되는 철도교의 전환부 궤도체로서,
   복부와 하부플랜지를 포함하는 형상으로 강재로 형성되고, 1열의 레일마다 양측에 쌍 형태로 서로 이격되게 상기 상판의 교축 방향을 따라 종배열되어, 2열의 레일이 이루는 하나의 선로에 4열로 종배열되며, 상기 거치부와 상기 교대에 양단부가 단순 지지되는 종방향 지지보와;
   서로 이격된 상기 종방향 지지보를 수평 방향으로 잇되 상기 종방향 지지보의 종방향을 따라 다수 이격 배치되는 강재인 수평 플레이트와, 상기 수평 플레이트의 저면으로부터 수직 방향으로 하방 연장되고 상기 종방향 지지보의 상기 하부 플랜지의 상면에 접촉 지지되는 형태로 상기 종방향 지지보를 횡방향으로 연결하는 강재인 수직 플레이트를 포함하여, 상기 종방향 지지보의 종방향을 따라 배치되는 레일지지용 가로보와;
   상기 수평 플레이트 상에 직접 설치되어 상기 레일을 고정하는 레일 체결 장치를;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교의 전환부 궤도 구조체.
   
2. 교각에 각각의 일단부가 거치되어 상호 종방향으로 배열되고 레일이 연속 형태로 형성되어 열차의 선로가 시공된 제1상판과 제2상판에 각각 상면보다 낮은 높이로 형성된 제1거치부와 제2거치부가 형성되어, 상기 제1거치부와 상기 제2거치부에 단순 지지되고, 상기 제1상판으로부터 상기 제2상판에 이르기까지 레일이 연속 형태로 형성되어 열차의 선로를 형성하는 데 사용되는 철도교의 전환부 궤도체로서,
   복부와 하부플랜지를 포함하는 형상으로 강재로 형성되고, 1열의 레일마다 양측에 쌍 형태로 서로 이격되게 상기 상판의 교축 방향을 따라 종배열되어, 2열의 레일이 이루는 하나의 선로에 4열로 종배열되며, 상기 제1거치부와 상기 제2거치부에 양단부가 단순 지지되는 종방향 지지보와;
   서로 이격된 상기 종방향 지지보를 수평 방향으로 잇되 상기 종방향 지지보의 종방향을 따라 다수 이격 배치되는 강재인 수평 플레이트와, 상기 수평 플레이트의 저면으로부터 수직 방향으로 하방 연장되고 상기 종방향 지지보의 상기 하부 플랜지의 상면에 접촉 지지되는 형태로 상기 종방향 지지보를 횡방향으로 연결하는 강재인 수직 플레이트를 포함하여, 상기 종방향 지지보의 종방향을 따라 배치되는 레일지지용 가로보와;
   상기 수평 플레이트 상에 직접 위치하여 상기 선로를 형성하는 레일들 중 하나의 레일을 고정하는 레일 체결 장치를;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교의 전환부 궤도 구조체.
   
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 수직 플레이트는 상기 레일체결장치의 양측에 대칭되게 배열된 것을 특징으로 하는 철도교의 전환부 궤도 구조체.
   
4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 4열의 종방향 지지보들 중에 내측에 위치하는 2개의 내측 종방향 지지보들을 서로 횡방향으로 잇되, 상기 레일체결장치의 위치마다 상기 내측 종방향 지지보들을 서로 횡방향으로 연결하는 이음 부재를;
   더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교의 전환부 궤도 구조체.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 이음 부재는,
   상기 내측 종방향 지지보들로부터 각각 연장된 연장 부재와,
   상기 연장 부재 중 어느 하나 이상에 구비된 절연층과,
   상기 연장 부재들을 오른 나사와 왼나사의 체결 방향으로 잇는 연결 볼트를;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교의 전환부 궤도 구조체.
   
6. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 종방향 지지보가 지지되는 지지면에 설치되어, 상기 지지면으로부터 상기 종방향 지지보가 정해진 높이만큼 이격되면 상기 종방향 지지보와 간섭하여, 상기 종방향 지지보의 부상을 제한하는 부상 제한 부재를;
   더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교의 전환부 궤도 구조체.
   
7. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 철도교는 사교(skewed bridge)인 것을 특징으로 하는 철도교의 전환부 궤도 구조체.
   
8. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 전환부 궤도 구조체는 상기 상판의 궤도가 자갈 궤도인 것에 설치되는 것을 특징으로 하는 철도교의 전환부 궤도 구조체.
   
9. 상면의 높이가 더 낮은 거치부가 단부에 형성된 상판을 교량의 하부 구조에 거치시키는 단계와;
   제1항 또는 제2항에 따른 전환부 궤도 구조체를 제작하는 단계와;
   교대와 상기 상판이 상호 종방향으로 배열되는 연결부에서는, 상기 전환부 궤도 구조체가 설치되는 상기 거치부의 지지면에 미리 방석 철근을 배근하는 방석철근 배근단계와;
   상기 전환부 궤도 구조체를 상기 지지면의 상기 방석 철근에 연결하여 상기 전환부 궤도 구조체를 상기 교대와 상기 상판의 상기 지지면에 단순 지지되게 설치하는 전환궤도체 설치단계와;
   상기 상판과 상기 전환부 궤도 구조체에 레일을 연속 형태로 설치하는 레일 설치 단계를;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교의 전환궤도체의 시공 방법.
   
10. 상면의 높이가 더 낮은 거치부가 단부에 형성된 상판을 교량의 하부 구조에 거치시키는 단계와;
    제1항 또는 제2항에 따른 전환부 궤도 구조체를 제작하는 단계와;
    교각에 각각의 일단부가 거치되어 상호 종방향으로 배열되는 제1상판과 제2상판의 연결부에서는, 상기 전환부 궤도 구조체가 설치되는 교대와 상기 상판의 상기 거치부의 지지면에 미리 방석 철근을 배근하는 방석철근 배근단계와;
    상기 전환부 궤도 구조체의 각 단부가 상기 제1상판의 제1거치부와 상기 제2상판의 제2거치부의 상기 지지면에 단순 지지되게 설치하는 전환부 궤도 구조체 설치단계와;
    상기 제1상판과 상기 전환부 궤도 구조체 및 상기 제2상판에 레일을 연속 형태로 콘크리트 궤도층 상에 설치하는 레일 설치 단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교의 전환궤도체의 시공 방법.
    
11. 제 9항에 있어서,
    상기 전환궤도체 제작단계는 상기 종방향 지지보의 저면에 상기 지지면에 결합되는 받침부를 미리 결합하여 두고,
    상기 전환궤도체 설치단계는 상기 전환부 궤도 구조체를 상기 지지면에 거치시킨 상태에서, 상기 전환부 궤도 구조체의 자세를 유압잭으로 조정하고, 상기 전환부 궤도 구조체의 지지면과 상기 방석 철근을 충전재로 일체화하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도교의 전환궤도체의 시공 방법.
12. 삭제
13. 삭제

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