KR101673957B1 - 강콘크리트 합성 침목 및 이를 이용한 자갈궤도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강재 빔과 콘크리트 부재가 일체로 합성된 구조를 가짐으로써 궤도의 전체 높이를 줄일 수 있으며, 그에 따라 터널의 굴착 높이 감소, 교량의 하중 경감 등의 효과를 기대할 수 있는 강콘크리트 합성 침목과, 이를 이용하여 구축되는 자갈궤도에 관한 것이다.
본 발명에서는 강재 빔(20)과 콘크리트 빔(10)으로 이루어지며; 강재 빔(20)의 합성상부가 콘크리트 빔(10)의 내부에 매립됨으로써 강재 빔(20)과 콘크리트 빔(10)이 일체화되어 합성된 구성을 가지는 강콘크리트 합성 침목(1)이 제공되며, 더 나아가, 노반(200) 위에 형성된 자갈층(4)의 상면에 콘크리트 빔(10) 하면이 접하여 위치하게 되고, 콘크리트 빔(20)을 제외한 강재 빔(20)의 매립하부는 모두 자갈층(4)에 매립되어 있도록 강콘크리트 합성 침목(1)이 자갈층에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자갈궤도가 제공된다.

Description

강콘크리트 합성 침목 및 이를 이용한 자갈궤도{Steel-Concrete Composite Sleeper and Railway Ballasted Track using such Composite Sleeper}

본 발명은 열차의 레일 설치를 위한 침목과, 이를 이용하여 구축되는 철도 자갈궤도에 관한 것으로서, 구체적으로는 강재 빔과 콘크리트 부재가 일체로 합성된 구조를 가짐으로써 궤도의 전체 높이를 줄일 수 있으며, 그에 따라 터널의 굴착 높이 감소, 교량의 하중 경감 등의 효과를 기대할 수 있는 강콘크리트(steel-concrete) 합성 침목과, 이를 이용하여 구축되는 자갈궤도에 관한 것이다.

레일에 가해지는 열차의 하중을 노반으로 전달하는 침목으로는 일반적으로 콘크리트 침목이 사용된다. 대한민국 등록실용신안 제20-0235978호에는 종래의 일반적인 콘크리트 침목이 개시되어 있으며, 도 1에는 종래의 콘크리트 침목(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 종래의 콘크리트 침목(100)을 이용한 자갈궤도의 구성을 보여주는 종래의 자갈궤도의 개략적인 횡방향 단면도가 도시되어 있다. 편의상 본 명세서 전체에서는 열차가 주행하는 방향을 "종방향"이라고 표기하고, 평면상에서 이에 수직한 방향을 "횡방향"이라고 표기한다.

도 1에 도시된 것처럼, 종래의 콘크리트 침목(110)은 횡방향으로 길게 연장된 직사각형 부재로 구성되는데, 그 내부에는 필요에 따라 횡방향으로 프리스트레스를 도입하기 위한 긴장재(111)가 배치될 수 있다. 이러한 콘크리트 침목(110)을 이용한 종래의 자갈궤도는, 노반(200) 위에 자갈이 소정 두께로 포설되어 자갈층(4)이 형성되고, 자갈층(4) 위에 콘크리트 침목(110)의 하면이 놓이는 구성을 가지고 있다.

따라서 자갈궤도의 연직높이는, 자갈층(4)의 두께와 콘크리트 침목(110)의 연직두께와 레일(3)의 높이가 되는데, 종래의 콘크리트 침목(110)은 열차 하중으로 인한 휨모멘트에 저항하기 위하여 적어도 200mm 이상의 두께로 제작되어야 하므로, 그만큼 자갈궤도의 연직높이도 커지게 된다. 콘크리트 침목(110)에 긴장재를 이용하여 횡방향 프리스트레스를 도입하는 시도가 있지만, 프리스트레스의 도입에도 불구하고 종래의 콘크리트 침목(110)은 상당한 연직두께를 가질 수밖에 없으며, 그로 인하여 종래의 콘크리트 침목(110)을 이용한 자갈궤도는 여전히 연직높이가 매우 크다는 단점을 가지고 있다. 자갈궤도의 연직높이가 크게 되면, 예를 들어 터널 구간의 경우 터널의 연직 크기도 그만큼 커야 하며, 따라서 터널시공비의 증가 등이 발생하게 된다. 또한 철도 교량에서도, 자갈궤도의 연직높이가 클 경우, 교량 아래의 공간 즉 형하공간을 확보하는데 많은 어려움이 수반된다.

무엇보다도, 종래의 콘크리트 침목(110)은 약 200mm 이상의 큰 연직두께를 가지고 있으므로, 그만큼 큰 중량을 가지고 있고, 그에 따라 침목의 운반과 설치에 있어서 불리하며, 노반(200) 및 철도교량에 작용하는 사하중도 크다는 단점이 있다.

콘크리트 침목(110) 위에 설치된 레일(3)을 통해서 열차의 하중이 콘크리트 침목(110)으로 가해져서 노반(200)으로 전달되는 과정에서, 자갈층(4)의 자갈입자가 노반(200)에 박히는 현상이 발생함은 물론 자갈층(4)의 자갈입자가 마모되는 현상과, 자갈입자가 종방향으로 유동하면서 자갈입자의 재배열이 발생하게 된다. 이러한 자갈입자의 파쇄 및 마모, 유동에 의한 자갈입자의 재배열은 자갈층(4)의 연직두께에 변화를 가져와서 결국은 레일(3)의 침하현상을 유발하고, 궤도 틀림(track geometry degradation)을 가져오게 된다.

자갈궤도에서 발생하는 자갈입자의 파쇄 및 마모는 침목의 폭과 관련이 있다. 침목의 종방향 폭이 넓을수록 자갈층(4)의 자갈입자에 직접 작용하게 되는 압력이 경감되기 때문이다. 그러나 종래의 콘크리트 침목(110)의 경우, 종방향의 폭을 넓히게 되면, 중량이 과도하게 증가하게 되어, 운반 및 취급이 어려워질 뿐만 아니라, 전체적으로는 노반(200)에 작용하는 사하중이 커지게 되므로, 침목의 종방향 혹을 충분히 넓힐 수 없으며, 따라서 자갈입자의 파쇄 및 마모, 그리고 자갈입자의 재배열과 그에 따른 자갈층 연직두께 변화, 레일 침하, 궤도 틀림 등의 문제점이 발생할 가능성이 높다는 한계가 있다.

대한민국 등록실용신안공보 제20-0235978호(2001. 09. 28. 공고).

본 발명은 위와 같은 종래의 콘크리트 침목과 이를 이용한 종래의 자갈궤도가 가지는 문제점과 단점을 해소하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 자갈궤도의 연직높이에서 콘크리트 침목의 연직두께가 차지하고 있는 부분을 축소시킴으로써, 전체 자갈궤도의 연직높이의 축소 및 그에 따른 터널시공, 교량 구간 등에 있어서의 비용 절감 효과를 발휘하거나 또는 종래 기술의 자갈궤도와 동일한 연직높이를 가진다면 침목이 차지하는 연직높이가 줄어든 만큼 자갈층의 두께를 증가시킬 수 있도록 하여 노반에 가해지는 직접적인 하중을 줄일 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 침목의 종방향 폭을 증가시킬 수 있도록 함으로써, 자갈궤도의 자갈층을 이루는 자갈입자가 노반에 박히는 현상을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하며, 더 나아가 자갈입자가 마모되는 현상, 및 자갈입자의 종방향 유동 현상을 억제할 수 있는 구성을 가짐으로써, 자갈입자의 재배열 현상을 최소화하여 자갈층의 연직두께에 변화를 억제하며, 그에 따라 레일 침하 및 궤도 틀림을 예방할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 철도 열차차량이 주행하는 레일이 설치되는 침목으로서, 연직두께를 가지고 횡방향으로 연장된 콘크리트 부재로 제작되어 상면에 레일이 결합되는 콘크리트 빔과, 횡방향으로 연장된 강재 빔으로 이루어지며; 강재 빔은 연직방향으로 합성상부와 매립하부로 구분되며; 강재 빔의 합성상부가 콘크리트 빔의 내부에 매립됨으로써 강재 빔과 콘크리트 빔이 일체화되어 합성된 구성을 가지며, 자갈궤도에 사용될 때에 강재 빔의 매립하부는 자갈궤도에 매립되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 합성 침목이 제공된다.

또한 본 발명에서는 자갈궤도로서, 노반; 자갈입자가 노반 위에 포설되어 형성된 자갈층; 및 침목을 포함하여 구성되어 있되, 침목은 상기한 본 발명의 강콘크리트 합성 침목이고, 콘크리트 빔 하면은 자갈층의 상면에 접하여 위치하게 되고, 콘크리트 빔을 제외한 강재 빔의 매립하부는 모두 자갈층에 매립되어 있도록 강콘크리트 합성 침목이 자갈층에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자갈궤도가 제공된다.

이러한 본 발명의 강콘크리트 합성 침목 및 이를 이용한 자갈궤도에서, 강재 빔은 상부플랜지, 웨브 및 하부플랜지로 이루어진 I빔으로 이루어지며; 상부플랜지와 웨브의 상부가 콘크리트 빔에 매립되는 강재 빔의 합성상부에 해당하여, 웨브의 하부와 하부플랜지가 자갈궤도의 자갈층에 매립되는 매립하부에 해당하는 구성을 가질 수 있다.

또한 본 발명의 강콘크리트 합성 침목 및 이를 이용한 자갈궤도에서, 콘크리트 빔의 하면에는 자갈파쇄경감용 패드가 더 구비될 수 있다. 특히, 본 발명에서 강재 빔이 상부플랜지, 웨브 및 하부플랜지로 이루어진 I빔으로 이루어진 경우, 강재 빔의 하부플랜지 하면에도 자갈파쇄경감용 패드가 더 구비될 수 있고, 강재 빔의 측면에서 상부플랜지와 하부플랜지 사이에는 좌굴방지 보강판이 일체로 더 구비될 수도 있는데, 이 경우, 좌굴방지 보강판은 횡방향으로 복수개가 간격을 두고 구비될 수 있다.

본 발명의 강콘크리트 합성 침목 및 이를 이용한 자갈궤도에서, 콘크리트 빔은 고강도 콘크리트 제작될 수도 있다.

본 발명에 따른 강콘크리트 합성 침목에서는, 콘크리트 빔의 연직두께가 종래기술보다 크게 줄어들게 될 뿐만 아니라, 콘크리트 빔을 제외한 나머지 부분은 모두 자갈층에 매립되고, 단지 콘크리트 빔만이 자갈층 위에 존재하는 구성을 가지므로, 자갈궤도의 연직 높이가 종래 기술에 비하여 크게 축소된다. 따라서 자갈궤도의 연직높이가 줄어든 만큼 철도 시공시의 터널 직경을 줄일 수 있게 되어, 터널 시공의 경제성이 향상되어 철도구축비용을 절감할 수 있게 되며, 교량 상부구조의 높이를 줄일 수 있게 되어 교량의 형하공간을 확보에 유리하게 되는 효과가 발휘된다. 자갈궤도의 연직높이가 축소되는 경우, 그 만큼 자갈궤도로 인한 사하중도 줄어들게 되어 교량 하중 경감의 효과도 기대할 수 있게 된다.

만일 종래 기술의 자갈궤도와 동일한 연직높이를 가지도록 자갈궤도를 형성할 때, 본 발명을 이용하게 되면, 침목이 차지하는 연직높이가 줄어든 만큼 자갈층의 두께를 증가시킬 수 있게 되며, 자갈층의 두께가 증가하게 됨에 따라 노반에 가해지는 직접적인 하중을 줄일 수 있게 되어, 노반 시공에 소요되는 비용, 시간 등을 크게 절감하여 경제적인 철도 시공이 가능하게 되는 효과가 발휘된다.

또한 본 발명의 강콘크리트 합성 침목에서는, 콘크리트 빔의 아래에 위치하는 강재 빔 부분이 자갈층에 매립되므로, 자갈층에 매립된 강재 빔에 의해 자갈입자가 종방향으로 유동하는 현상을 크게 억제되며, 따라서 자갈입자의 유동 및 그에 따른 자갈입자의 재배열 현상을 최소화할 수 있게 되어, 자갈층의 연직두께에 변화를 억제할 수 있으며, 그 결과 레일의 침하를 효과적으로 예방할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

더 나아가, 본 발명에 의하면, 콘크리트 빔과 강재 빔의 합성에 의해, 전체 침목의 중량을 크게 줄일 수 있게 되고, 그만큼 침목의 종방향 폭을 증가시킬 수 있게 된다. 따라서 침목의 종방향 폭이 증가되는 만큼 자갈궤도의 자갈층을 이루는 자갈입자가 노반에 박히는 현상을 억제할 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 강콘크리트 합성 침목에서는, 필요에 따라 콘크리트 빔의 하면, 및 강재 빔의 하면부분에 패드가 설치될 수 있고, 이러한 패드가 설치되는 경우, 자갈입자가 지압에 의해 파쇄되거나 마모되는 것을 최소화할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 종래의 콘크리트 침목에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2는 종래의 콘크리트 침목을 이용한 자갈궤도의 구성을 보여주는 종래의 자갈궤도의 개략적인 횡방향 단면도이다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명에 따른 강콘크리트 합성 침목(1)을 바라보는 방향을 달리하여 도시한 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 3의 선 A-A에 따른 개략적인 횡방향 단면도이다.
도 6은 자갈파쇄경감용 패드가 강재 빔과 콘크리트 빔에 더 구비된 본 발명의 또다른 실시예에 따른 강콘크리트 합성 침목에 대한 도 4에 대응되는 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 6의 선 D-D에 따른 개략적인 횡방향 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 본 발명의 강콘크리트 합성 침목에 레일이 설치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 9은 도 6에 도시된 본 발명의 강콘크리트 합성 침목에 의해 본 발명의 자갈궤도가 형성된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 10은 도 9의 선 B-B에 따른 횡방향의 개략적인 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 3 및 도 4에는 각각 본 발명에 따른 강콘크리트 합성 침목(1)을 바라보는 방향을 달리하여 도시한 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 5에는 도 3의 선 A-A에 따른 개략적인 횡방향 단면도가 도시되어 있다. 도 6에는 자갈파쇄경감용 패드(30)가 강재 빔(20)과 콘크리트 빔(10)에 더 구비된 본 발명의 또다른 실시예에 따른 강콘크리트 합성 침목(1)에 대한 도 4에 대응되는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 선 D-D에 따른 개략적인 횡방향 단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 강콘크리트 합성 침목(1)은 횡방향으로 연장된 강재 빔(20)과 콘크리트 빔(10)이 일체화되어 합성된 구성을 가진다.

구체적으로 강재 빔(20)은 연직방향으로 콘크리트 빔(10) 내에 매립되는 "합성상부"와, 자갈층(4)에 매립되는 "매립하부"로 구분된다. 도면에서는 강재 빔(20)으로서, 상부플랜지(21), 웨브(22) 및 하부플랜지(23)를 가지는 I형 빔을 예시하고 있으나, 본 발명에서 강재 빔(20)은 이와 같은 I형 빔에 한정되지 아니하며, 기타 상부플랜지와 웨브만 구비한 T형 단면의 빔, 또는 사각형 단면의 빔, ㄷ자 형상의 단면을 가지는 절곡 빔 등 다양한 형태의 횡방향 단면을 가지는 빔으로 이루어질 수 있다. 위와 같이 강재 빔(20)이 상부플랜지(21), 웨브(22) 및 하부플랜지(23)를 가지는 I형 빔으로 이루어진 경우, 상부플랜지(21)와 웨브(22)의 상부가 콘크리트 빔(10)에 매립되는 "합성상부"에 해당하게 되고, 하부플랜지(23)와 웨브(22)의 하부가 자갈층(4)에 매립되는 "매립하부"에 해당하게 된다.

한편, 강재 빔(20)이 상부플랜지(21), 웨브(22) 및 하부플랜지(23)를 가지는 I형 빔으로 이루어진 경우, 강재 빔(20)의 측면에서 상부플랜지(21)와 하부플랜지(23) 사이에는 좌굴방지 보강판(24)이 일체로 더 구비될 수도 있다. 좌굴방지 보강판(24)이 더 구비되는 경우, 강재 빔(20)의 좌굴을 방지하게 되고 그만큼 강재 빔(20)에 의해 발휘되는 하중에 대한 저항력이 증가되는 효과가 발휘된다. 또한 부압력에 의해 침목이 부상하는 현상을 방지하게 되는 효과도 발휘된다. 좌굴방지 보강판(24)은 강콘크리트 합성 침목(1)이 연장된 방향 즉, 횡방향으로 복수개가 간격을 두고 구비될 수 있다.

본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)에는, 필요에 따라 자갈층(4)의 자갈입자에 대한 지압력을 경감하여 자갈입자의 마모, 파쇄 등을 최소화시키기 위하여, 강재(steel)보다 무른 재료 즉, 강재 빔(20) 보다 경도가 낮은 재료(예를 들면, 고무, 합성수지, 플라스틱 등)로 이루어진 자갈파쇄경감용 패드(30)가 더 구비될 수 있다. 강재 빔(20)이 상부플랜지(21), 웨브(22) 및 하부플랜지(23)를 가지는 I형 빔으로 이루어진 경우, 자갈파쇄경감용 패드(30)는 하부플랜지(23)의 하면에 구비될 수도 있다. 또한 후술하는 것처럼 자갈파쇄경감용 패드(30)는, 콘크리트 빔(10)의 하면 즉, 자갈층(4)의 상면과 직접 접촉하게 되는 콘크리트 빔(10)의 하면에 구비될 수도 있다.

콘크리트 빔(10) 역시 소정 두께를 가지고 횡방향으로 연장된 콘크리트 부재인데, 필요에 따라서는 그 내부에 횡방향으로 긴장재를 배치하여 프리스트레스를 도입한 형태로 제작할 수도 있다. 특히, 콘크리트 빔(10)은 고강도 콘크리트로 제작되는 것이 바람직한데, 고강도 콘크리트에 의해 콘크리트 빔(10)에 제작되면 마모 및 파손을 방지할 수 있으며, 강콘크리트 합성 침목(1)의 전체적인 연직 높이를 많이 줄일 수 있게 되어, 후술하는 것처럼 터널 공사시 터널 직경의 축소, 교량 공사에서의 형하공간 확보 등에서 매우 유리한 효과를 발휘할 수 있게 된다. 도면에서 부재번호 11은 콘크리트 빔(10) 내에 횡방향으로 배치된 보강철근(11)이다.

강재 빔(20)의 "합성상부"가 콘크리트 빔(10)의 내부에 매립됨으로써, 강재 빔(20)과 콘크리트 빔(10)이 일체화되어 본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)을 구성하게 된다. 도면에 예시된 것처럼, 강재 빔(20)이 상부플랜지(21), 웨브(22) 및 하부플랜지(23)를 가지는 I형 빔으로 이루어진 경우, 상부플랜지(21)와 웨브(22)의 상부가 콘크리트 빔(10)의 내부에 매립되도록 콘크리트 빔(10)을 제작하는 것이다. 물론 강재 빔(20)이 상부플랜지(21), 웨브(22) 및 하부플랜지(23)를 가지는 I형 빔으로 이루어진 경우에도, 상부플랜지(21)만이 콘크리트 빔(10)에 매립되어도 무방하다.

필요에 따라서는 강재 빔(20)에 프리플렉스(pre-flex) 방식으로 미리 강재 빔의 연직방향 하부(I빔의 경우에는 하부플랜지)에 프리스트레스 압축응력이 도입되도록 한 상태에서, 콘크리트 빔(10)을 위와 같이 일체가 되도록 타설 제작하여 합성함으로써, 강콘크리트 합성 침목(1)을 사용할 때, 침목 중앙부에서 부모멘트에 의해 콘크리트 빔(10)에 발생하는 인장응력을 상쇄시키는 응력이 발생되도록 하여, 침목의 파괴를 효과적으로 방지할 수도 있다.

본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)은 위와 같이 강재 빔(20)과 콘크리트 빔(10)이 일체로 합성된 구성을 가지고 있으므로, 자갈궤도에 사용되는 중에 강콘크리트 합성 침목(1)에 작용하게 되는 압축응력은 콘크리트 빔(10)이 주로 부담하게 되고 인장응력은 강재 빔(20)이 주로 부담하게 된다. 따라서 본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)에서는 콘크리트로 이루어진 부분 즉, 콘크리트 빔(10)의 연직 두께를 최소화할 수 있게 되고, 그에 따라 침목 자체의 연직 높이를, 종래의 콘크리트 부재로만 제작된 침목에 비하여 크게 줄일 수 있게 된다.

도 8에는 도 6에 도시된 본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)에 레일(3)이 설치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 9에는 본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)에 의해 본 발명의 자갈궤도가 형성된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 10에는 본 발명의 자갈궤도 구조를 보여주는 단면도로서, 도 9의 선 B-B에 따른 횡방향의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명의 자갈궤도는 앞서 설명한 강콘크리트 합성 침목(1)을 이용하여 구성되는데, 노반(200) 위에 자갈입자를 이용하여 소정 두께의 자갈층(4)이 형성되고, 복수개의 강콘크리트 합성 침목(1)이 종방향으로 간격을 두고 나란하게 자갈층(4)에 배치되고, 강콘크리트 합성 침목(1) 위에는 레일(3)이 설치된다.

본 발명의 자갈궤도에서는, 강콘크리트 합성 침목(1)이 자갈층(4)에 설치될 때, 종래의 콘크리트 침목과는 달리, 강재 빔(20)의 "매립하부"가 자갈층(4) 내에 완전히 매립된다. 강재 빔(20)이 상부플랜지(21), 웨브(22) 및 하부플랜지(23)를 가지는 I형 빔으로 이루어진 경우에는, 콘크리트 빔(10)의 하면 아래에 노출되어 있는 웨브(22)의 하부와 하부플랜지(23)가 자갈층(4)에 매립되는 것이다. 본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)에서는 "합성상부"(I빔의 경우, 상부플랜지(21)와 웨브(22)의 상부)가 콘크리트 빔(10)에 매립되므로, 강재 빔(20)의 나머지 부분에 해당하는 매립하부(I빔의 경우 웨브(22)의 하부 및 하부플랜지(23))는 외부에 노출되어 있는데, 강콘크리트 합성 침목(1)이 자갈층(4)에 설치될 때에는, 외부로 노출되어 있던 강재 빔(20)의 매립하부는 자갈층(4)의 자갈입자 속에 위치하게 된다. 따라서 강콘크리트 합성 침목(1)의 콘크리트 빔(10) 하면은 자갈층(4)의 상면에 접하여 위치하게 되고, 강콘크리트 합성 침목(1)의 콘크리트 빔(10)을 제외한 나머지 부분은 모두 자갈층(4)에 매립되어 있는 상태가 된다.

앞서 설명한 것처럼, 본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)은 강재 빔(20)과 콘크리트 빔(10)이 일체로 합성되어 있고, 하중으로 인한 응력을 각각 콘크리트 빔(10)과 강재 빔(20)이 나누어서 부담하므로, 콘크리트 빔(10)의 연직두께는 종래의 일반적인 콘크리트 침목에 비하여 매우 작다. 이와 같이, 본 발명에 따른 강콘크리트 합성 침목(1)은, 콘크리트로 이루어진 부분이 종래의 침목에 비하여 크게 줄어들게 되므로, 그만큼 전체 침목의 중량을 크게 줄일 수 있게 되고, 그만큼 침목의 종방향 폭을 증가시킬 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 의하면, 침목의 종방향 폭이 증가되는 만큼 자갈궤도의 자갈층(4)을 이루는 자갈입자가 노반에 박히는 현상을 억제할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

그 뿐만 아니라, 본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)은, 자갈궤도에 사용될 때 콘크리트 빔(10)을 제외한 강콘크리트 합성 침목(1)의 나머지 부분은 모두 자갈층(4)에 매립되고, 단지 콘크리트 빔(10)만이 자갈층(4) 위에 존재하게 된다. 그러므로 강콘크리트 합성 침목(1)을 이용하여 구축되는 본 발명의 자갈궤도는 그 연직높이가 종래 기술에 비하여 크게 축소된다. 자갈궤도의 연직높이가 작을수록 철도 건설시 터널 공사, 교량 공사 등에서 매우 유리한데, 자갈궤도의 연직높이가 작으면 그만큼 터널 직경을 줄일 수 있게 되어, 터널 시공시의 경제성이 좋아지게 되어 철도구축비용을 절감할 수 있게 되며, 교량의 경우에도 교량 상부구조의 높이를 줄일 수 있게 되어 교량 아래의 공간 즉 형하공간을 확보하는데 있어서 매우 유리하게 되는 것이다. 또한 자갈궤도의 연직 높이가 축소되는 만큼 자갈궤도로 인한 사하중도 줄어들게 되어 교량 하중 경감의 효과도 기대할 수 있게 된다.

만일 종래 기술의 자갈궤도와 동일한 연직높이를 가지도록 자갈궤도를 형성하되 본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)을 이용하게 되면, 침목이 차지하는 연직높이가 줄어든 만큼 자갈층의 두께를 증가시킬 수 있게 되며, 자갈층(4)의 두께가 증가하게 됨에 따라 노반(200)에 가해지는 직접적인 하중을 줄일 수 있게 되어, 노반 시공에 소요되는 비용, 시간 등을 크게 절감하여 경제적인 철도 시공이 가능하게 되는 효과가 발휘된다.

특히, 도 10에 도시된 것처럼, 강콘크리트 합성 침목(1)의 매립하부(I빔의 경우, 웨브 하부와 하부플랜지)가 자갈층(4)에 매립되어 있으므로, 매립하부로 인하여 자갈입자가 종방향으로 유동하는 현상을 크게 억제되며, 따라서 자갈입자의 유동 및 그에 따른 자갈입자의 재배열 현상을 최소화할 수 있게 되어, 자갈층의 연직두께에 변화를 억제할 수 있고, 그 결과 레일의 침하를 효과적으로 예방할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

한편, 앞서 언급한 것처럼, 본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)에서는 자갈츠(4)의 자갈입자에 대한 지압력을 경감하여 자갈입자가 마모, 파쇄되는 것을 최소화되도록 하는 자갈파쇄경감용 패드(30)가 더 구비될 수 있는데, 강재 빔(20)이 상부플랜지(21), 웨브(22) 및 하부플랜지(23)를 가지는 I형 빔으로 이루어진 경우, 자갈파쇄경감용 패드(30)는 하부플랜지(23)의 하면에 구비될 수도 있으며, 자갈층(4)의 상면과 직접 접촉하게 되는 콘크리트 빔(10)의 하면에도 자갈파쇄경감용 패드(30)가 구비될 수 있다.

본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)에서 위와 같이 자갈층(4)의 자갈입자를 직접 가압하는 면에 패드(30)가 구비된 경우에는, 본 발명의 강콘크리트 합성 침목(1)이 자갈층(4)에 설치되었을 때, 경도가 커서 단단한 표면을 가지는 콘크리트 빔(1)의 하면과 강재 빔의 하부플랜지(23) 하면이 직접 자갈입자에 접촉하는 것이 아니라, 경도가 상대적으로 낮아서 무른 재질로 이루어진 자갈파쇄경감용 패드(30)가 자갈입자에 접촉하게 된다. 강재 또는 콘크리트가 자갈입자에 직접적으로 접촉하여 자갈입자에 연직하중이 가해질 경우에는, 지압력으로 인한 자갈입자의 파쇄 및 마모가 발생할 가능성이 있지만, 자갈파쇄경감용 패드(30)가 자갈입자에 직접 접촉하게 되는 경우, 연직하중이 자갈층(4)으로 전달되는 과정에서 지압으로 인한 자갈입자의 파쇄 및 마모를 크게 경감할 수 있게 되며, 결과적으로는 자갈입자의 재배열 현상을 최소화할 수 있게 되어, 자갈층의 연직두께에 변화를 억제할 수 있으며, 그 결과 레일의 침하를 효과적으로 예방할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

1: 강콘크리트 합성 침목
3: 레일
4: 자갈층
10: 콘크리트 빔
20: 강재 빔

Claims (12)

1. 철도 열차차량이 주행하는 한 쌍의 레일(3)이 동시에 설치되며 자갈층(4)으로 이루어진 자갈궤도에 사용되는 침목(1)으로서,
   레일(3)이 연장되는 방향과 직교하는 방향인 횡방향으로 연장되며 연직두께를 가지는 콘크리트 부재로 제작되어 상면에 한 쌍의 레일이 동시에 결합되는 콘크리트 빔(10)과, 상기 콘크리트 빔(10)과 함께 횡방향으로 연장된 강재 빔(20)으로 이루어지며;
   강재 빔(20)은 연직방향으로 합성상부와 매립하부로 구분되며;
   강재 빔(20)의 합성상부가 콘크리트 빔의 내부에 매립됨으로써 강재 빔(20)과 콘크리트 빔(10)이 일체화되어 합성된 구성을 가지며, 자갈궤도에 사용될 때 강재 빔(20)의 매립하부는 자갈궤도의 자갈층(4)에 매립되어 강재 빔(20)의 매립하부는 자갈층(4)의 자갈입자 속에 위치하여 자갈층(4)의 자갈이 유동하는 것을 억제하고, 콘크리트 빔(10)은 그 하면이 자갈층(4)의 상면에 접한 상태로 자갈층(4) 위에 놓이게 되는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 합성 침목.
   
2. 제1항에 있어서,
   강재 빔(20)은 상부플랜지(21), 웨브(22) 및 하부플랜지(23)로 이루어진 I빔으로 이루어지며;
   상부플랜지(21)와 웨브(22)의 상부가 콘크리트 빔(10)에 매립되는 강재 빔(20)의 합성상부에 해당하여, 웨브(22)의 하부와 하부플랜지(23)가 자갈궤도의 자갈층에 매립되는 매립하부에 해당하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 합성 침목.
   
3. 제2항에 있어서,
   강재 빔(20)의 하부플랜지(23) 하면에는 자갈파쇄경감용 패드(30)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 합성 침목.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   강재 빔(20)의 측면에서 상부플랜지(21)와 하부플랜지(23) 사이에는 좌굴방지 보강판(24)이 일체로 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 합성 침목.
   
5. 제4항에 있어서,
   좌굴방지 보강판(24)은 횡방향으로 복수개가 간격을 두고 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 합성 침목.
   
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   콘크리트 빔(10)의 하면에는 자갈파쇄경감용 패드(30)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 강콘크리트 합성 침목.
   
7. 노반(200);
   노반(200) 위에 자갈입자가 포설되어 형성된 자갈층(4); 및
   철도 열차차량이 주행하는 한 쌍의 레일(3)을 동시에 지지하도록 자갈층(4)에 설치되는 침목을 포함하여 구성되며;
   침목은, 레일이 연장되는 방향과 직교하는 방향인 횡방향으로 연장되며 연직두께를 가지는 콘크리트 부재로 제작되어 상면에 레일(3)이 결합되는 콘크리트 빔(10), 및 상기 콘크리트 빔(10)과 함께 횡방향으로 연장된 강재 빔(20)으로 이루어진 강콘크리트 합성 침목(1)으로 구성되는데;
   강콘크리트 합성 침목(1)에서 강재 빔(20)은 연직방향으로 합성상부와 매립하부로 구분되며;
   강재 빔(20)의 합성상부가 콘크리트 빔(10)의 내부에 매립됨으로써 강재 빔(20)과 콘크리트 빔(10)이 일체화되어 합성되며;
   콘크리트 빔(10)의 하면은 자갈층(4)의 상면에 접하여 위치하게 되고, 콘크리트 빔(20)을 제외한 강재 빔(20)의 매립하부는 모두 자갈층(4)에 매립되어 자갈층(4)의 자갈입자 속에 위치하여 자갈층(4)의 자갈이 유동하는 것을 억제하도록 강콘크리트 합성 침목(1)이 자갈층에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자갈궤도.
   
8. 제7항에 있어서,
   강재 빔(20)은 상부플랜지(21), 웨브(22) 및 하부플랜지(23)로 이루어진 I빔으로 이루어지며;
   상부플랜지(21)와 웨브(22)의 상부가 콘크리트 빔(10)에 매립되는 강재 빔(20)의 합성상부에 해당하여, 웨브(22)의 하부와 하부플랜지(23)가 자갈궤도의 자갈층에 매립되는 매립하부에 해당하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 자갈궤도.
   
9. 제8항에 있어서,
   강재 빔(20)의 하부플랜지(23) 하면에는 자갈파쇄경감용 패드(30)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 자갈궤도.
   
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    강재 빔(20)의 측면에서 상부플랜지(21)와 하부플랜지(23) 사이에는 좌굴방지 보강판(24)이 일체로 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 자갈궤도.
    
11. 제10항에 있어서,
    좌굴방지 보강판(24)은 횡방향으로 복수개가 간격을 두고 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 자갈궤도.
    
12. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    콘크리트 빔(10)의 하면에는 자갈파쇄경감용 패드(30)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 자갈궤도.

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