KR102005490B1 - 콘크리트 침목 및 고형 차로 - Google Patents

콘크리트 침목 및 고형 차로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그것의 상부 섹션과 함께 콘크리트 침목(1) 내의 하면 리세스(9) 내로 삽입되고 탄성중합체로 제조되는 링(14)에 의해 탄력적으로 장착되며 그것의 하부 섹션과 함께 고형 차로(23)의 상단 층 내의 충전 가능한 간격(19) 내로 삽입될 수 있는, 앵커 블록(12)을 갖는, 고형 차로용 콘크리트 침목(1)에 관한 것으로서, 콘크리트 침목(1)의 하면 상에 탄성 재료의 베이스(7, 8)가 배치된다.

Description

콘크리트 침목 및 고형 차로{CONCRETE SLEEPER AND SOLID CARRIAGEWAY}
본 발명은 고형 차로용 콘크리트 침목에 관한 것으로서, 상부 섹션이 콘크리트 침목 내의 하면 리세스(underside recess) 내로 삽입되고, 탄성중합체로부터 생산되는 링에 의해 탄력적으로 장착되며, 하부 섹션이 고형 차로의 상단 층 내의 충전 가능한 간격 공간(clearance) 내로 삽입될 수 있는 앵커 블록(anchor block)을 갖는다.
독일실용신안 제 DE 202 13 667 U1호에서, 고형 차로용 콘크리트 침목가 제안된다. 고형 차로는 하부 지지 층(supporting layer), 제1 적용된 아스팔트층 및 상단 층으로서 적용되는, 제2 아스팔트층을 포함한다. 상단 층은 앵커 블록이 삽입되는, 간격들을 갖는데, 그 결과 앵커 블록의 하부 섹션은 간격 내에 배치되고 앵커블록의 상부 섹션은 콘크리트 침목 내의 하면 리세스 내에 배치된다. 콘크리트 침목은 광폭 침목(wide sleeper)로서 형성되는데, 즉 두 인접한 콘크리트 침목 사이에 단지 작은 거리가 제공된다,. 그러한 고형 차로는 Getrak(등록 상표)의 명칭으로 출원자에 의해 제공된다.
유사하게 구성된 고형 차로가 독일특허 제 DE 102 30 740 A1에서 설명된다. 콘크리트 침목 및 앵커 블록 사이에 배치되는 탄성 링이 그 외부 면 상에 원뿔 모양으로 형성되고, 이에 의해 삽입을 더 쉽게 만든다. 콘크리트 침목의 하면 상에 상단 층에 생길 수 있는 불균질성을 보완하기 위한 얇은 부직포(nonwoven)가 있다. 콘크리트 침목은, 이러한 시스템의 경우에 일반적으로 아스팔트로부터 생산되는, 단단한 지지층 때문에 단단하게 박혀 있기 때문에, 이는 레일 차량들이 그 위를 지나갈 때 하중들을 흡수할 수 있고 세로 방향으로 이를 분산시킬 수 있는, 고 탄성의 패스닝(fastening)으로 장착된다.
탄성 중간층들을 갖는 그러한 고형 차로들은, 미진(tremor)과 구조체-전파 음(structure-borne sound)이 인접한 표면적들, 빌딩들 및 구조들에 전달될 수 있는, 질량 탄성 시스템을 나타낸다. 이러한 파동들은 가청 주파수 범위 내의 소음들(이차 공기 전파 음)을 야기하고 지면 또는 빌딩의 진동들을 야기한다. 그러한 고형 차로를 디자인할 때, 따라서 발생되는 미진들 또는 음향이 어떠한 외란(disturbance)도 나타내지 않는 특정 주파수 범위들에 한정된 채로 남아있는 것과 같이, 생산되는 주파수 범위 및 진동들의 진폭을 고정하는 것이 시도된다.
따라서 본 발명은 미진들이 보다 적게 인접한 영역들에 전달되는 고형 차로용 콘크리트 침목을 제공하는 목적을 기초로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라 도입부에 언급된 콘크리트 침목의 경우에서 탄성 재료의 베이스(base)가 콘크리트 침목의 하면 상에 배치되는 것이 제공된다.
본 발명은 따라서 상당한 향상, 즉 가능한 한 부드러우면서도 선로와 잘 맞도록 선택되는 질량 탄성 시스템(mass-spring system)의 탄성 및 증가되는 탄성 위에 배치되는 질량에 의해 진동 배출의 감소가 달성될 수 있다는 발견을 기초로 한다.
종래의 고형 차로의 경우에, 고탄성 레일 패스닝만이 탄성 특성(resilient property)들을 갖는다. 300-1200 ㎏의 상당한 질량을 가질 수 있는, 콘크리트 침목은 그러나 종래의 고형 차로의 경우에 상단 층 상에 단단하게 장착된다.
본 발명에 따르면, 이와 대조적으로, 탄성 중합체의 베이스는 콘크리트 침목의 하면 상에 배치되고, 이에 의해 탄성체(베이스) 상에 장착된 질량(콘크리트 침목)이 종래의 고형 차로의 탄성으로만 장착된 레일과 비교하여 상당히 증가된다. 시험결과는 본 발명에 따른 콘크리트 침목의 결과로서, 미진들이 종래의 고형 차로와 비교하여 주위에 보다 적게 전달되는 것을 나타내었다.
본 발명에 따른 콘크리트 침목의 베이스는 탄성중합체로 제조될 수 있는데; 이 경우에 있어서 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체(ethylene-propylene-diene monomer, EPDM)가 특히 바람직하다. 베이스는 부착되지 않을 수 있거나 또는 콘크리트 침목에 연결, 예를 들면 접착하여 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 침목의 경우에, 베이스는 정적 및 동적 요구조건에 따라 디자인되는데; 특히, 베이스의 두께 및 강도는 레일 차량들이 그 위를 지나갈 때, 레일들의 안정성과 관련하여 적합하도록, 필요하거나 또는 바람직한 침하(settlement)가 달성되도록 설정된다. 베이스는 바람직하게는 6㎜ 및 20㎜ 사이의 두께를 갖는데; 8㎜ 및 14㎜ 사이의 베이스 두께가 특히 바람직하다. 그러한 베이스의 경우에, 침하는 1. 5㎜ 내지 4㎜에 도달할 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 침목의 베이스의 기계적 강도를 향상시키기 위하여, 베이스는 일 면 또는 양 면 상에 부직포가 제공될 수 있다.
본 발명은 앵커 블록을 위한 하면 리세스의 영역 내에 간격 공간을 갖는 것을 제공할 수 있다. 만일 적절하면, 간격 공간은 또한 침목의 단부들에 제공될 수 있다. 이러한 공간은 원형 또는 직사각형일 수 있고, 따라서 앵커 블록은 어떠한 문제도 없이 장착될 수 있다. 앵커 블록은 반드시 둥글거나 또는 실린더형일 필요는 없으며, 게다가 이는 또한 직사각형 또는 육각형일 수 있다. 대안으로서, 베이스는 제1 베이스 섹션이 하나의 침목 블록 아래에 배치되고 제2 베이스 섹션이 제2의, 반대편 침목 블록 아래에 배치되도록, 두 부분으로 형성될 수 있다. 각각의 디자인에 따라, 또한 베이스가 침목 블록 또는 레일 베드(rail bed) 아래에 그 완전한 표면 영역으로 형성되지 않도록 제공될 수 있고; 대신에, 이는 예를 들면 레일 베드보다 좁게 만들어지는 스트립(strip)으로서 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 침목의 앵커 블록이 아래쪽으로 증가되는 지름을 갖는 스텝(step)을 갖는 것이 또한 예상되고, 스텝의 외부 에지는 바람직하게는 둥글다. 둥근 스텝은 탄성중합체로 제조되는 링이, 작동 동안에 수백만 번이 넘게 발생하는 움직임에 의해, 손상되는 것을 방지한다.
종래 기술과 달리, 이러한 위치에 어떠한 날카로운 에지도 존재하지 않기 때문에, 탄성 중합체 링에 대한 손상이 방지된다.
앵커 블록의 스텝의 폭은 이 경우에 있어서 링이 앵커 블록의 스텝 상에 대략 그것의 반경 폭의 반에 위치하도록 설정된다.
링이 그의 상부 외부 모서리에 위치하는데 대해, 콘크리트 침목 내의 하면 리세스가, 주변(peripheral), 바람직하게는 둥근 스텝을 갖는 것이 또한 본 발명의 범위 내에 포함된다. 링은 바람직하게는, 콘크리트 침목의 스텝에 대하여, 대략 그 반경 폭의 반을 넘어 위치한다. 이는 직사각형 또는 대략 직사각형 단면을 갖는 링이, 두 개의 대각선으로 반대편의 모서리 지점과 접촉하도록 놓여지는 것을 의미하고, 따라서 하중의 대상이 될 때 이는 전단 변형(shearing deformation)을 겪고 평행 사변형에 유사한 방법으로 변형한다. 이러한 변형의 원인은 링이 한편으로는 콘크리트 침목의 스텝에 대하여, 그 상부의, 외부 모서리에 위치하고, 다른 한편으로는 앵커 블록의 스텝에 대하여 그 하부의 내부 모서리에 위치한다는 것이다. 만일 레일 차량들이 그 위를 지나갈 때 콘크리트 침목가 세로 하중의 대상이면, 우선 콘크리트 침목의 베이스 및 동시에 링은 세로 방향의 스프링 변위(spring deflection)을 겪고; 발생하는 수평력들은 앵커 블록을 통하여 지지층 내로 도입된다. 링은 바람직하게는 원형으로 형성되고; 또한 앵커 블록의 단면에 적용되는 다른 구성들이 가능한데, 예를 들면 링은 직사각형, 정사각형 또는 육각형 가장자리로서 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 침목의 경우에, 링은 그 결과 상단 및 하단에 고정되는데, 그 이유는 링이 콘크리트 침목 내의 간격의 스텝에 대해 또는 스텝 상의 상단에 위치하고 앵커 블록의 스텝에 대해 또는 스텝 상의 하단에 위치하기 때문이다. 여기서 필수적인 것은 링이 그 외부 면 상의 상단에 그리고 그 내부 면 상의 하단에 장착되거나 또는 지지된다는 사실이다. 이는 장착된 콘크리트 침목의 특정한 세로 이동을 허용하는, 이전에 설명된 평행 사변형(전단 변형 같은)을 야기한다. 이러한 전단 변형은 이에 의해 링이 단지 적당한 하중의 대상이 되고, 그 결과 긴 내구 수명이 기대될 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명은 게다가 상단 층 또는 지지층 내에 박혀 있는, 설명된 형태의 다수의 콘크리트 침목을 포함하는 고형 차로에 관한 것이며, 상단 층 또는 지지층은 그것의 상부 면 상에 주조 화합물(casting compound)로 채워지는, 앵커 블록들을 위한 공간을 갖는다.
본 발명의 또 다른 장점들과 상세내용이 도면들을 참조하여 바람직한 실시 예를 기초로 하여 아래에 설명된다. 도면들을 개략적인 표현들이다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 침목의 측면도를 도시한다.
도 2는 도 1로부터의 콘크리트 침목의 평면도를 도시한다.
도 3은 고형 차로 내에 박혀 있는 침목의 가로 방향으로 절단된 단면도를 도시한다.
도 4는 고형 차로 내에 박혀 있는 본 발명에 따른 콘크리트 침목의 종단면도를 도시한다.
측면도 및 정면도로 도 1과 2에 콘크리트 침목(1)가 광폭 침목로서 도시되고 레일 베드(4, 5)가 형성되는 상부 면 상에 두 개의 침목 블록(2, 3)을 포함한다. 두 개의 침목 블록(2, 3)은 침목 블록들(2, 3)보다 작은 폭을 갖는(도 2에서 알 수 있는 것과 같이), 중간 섹션(6)에 의해 서로 연결된다, 이러한 바람직한 실시 예에서 설명되는 광폭 침목은 이에 한정되는 것으로 이해하여서는 안 되는데, 그 이유는 콘크리트 침목은 또한 일부 다른 형태, 예를 들면 입방(cuboidal) 형태일 수 있기 때문이다. 레일 베드들(4, 5) 및 중간 섹션(6)과 함께, 침목 블록들(2, 3)은 통합된, 일체식 부품을 형성한다. 침목 블록들(2, 3) 아래에 각각 탄성 재료의 베이스(7, 8)가 배치된다. 대표되는 바람직한 실시 예에서, 베이스는 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체(EPDM)로 구성되고 14㎜의 두께를 갖는다. 그러나, 표시된 두께는 제한하는 것으로서 이해되어서는 안 되고, 오히려, 베이스의 두께는 일반적으로 6 및 20㎜ 사이일 수 있으며; 사용되는 베이스 두께는 콘크리트 침목의 강도 및 조정 주파수(tuning frequency)의 한계들 내에서 설정된다.
그것의 하면 상에, 콘크리트 침목(1)은 그것의 중간 섹션(6) 내에, 탄성 링을 갖는 앵커 블록이 삽입될 수 있는, 환상 리세스(9)를 갖는다. 장착된 상태에서, 콘크리트 침목(1)은 앵커 블록을 통하여 고형 차로의 지지층에 결합되고, 따라서 기초적인 지면 내로 수평력(horizontal force)들이 전달될 수 있다. 수직력들은 콘크리트 침목(1)로부터 베이스(7, 8)를 통하여 지지층 내로 도입된다. 고형 차로의 경우에, 적어도 매 두 개 또는 세 개의 콘크리트 침목마다 앵커 블록이 제공된다.
도 3은 고형 차로 내로 장착된 후에, 그것의 리세스의 영역에서 가로 방향으로 절단된 섹션의 콘크리트 침목(1)을 도시한다. 콘크리트 침목(1)은 인장되지 않거나 또는 초기 인장된(pretensioned), 다수의 보강 로드(reinforcing rod, 10, 11)를 갖는다. 콘크리트 침목(1) 아래에 장착 밴드(mounting band, 13)에 의해 고정되는, 앵커 블록(12)이 배치된다. 앵커 블록(12) 및 콘크리트 침목(1) 사이에 탄성중합체로부터 생산되는 탄성 링(14)이 존재한다. 도 3에서 앵커 블록(12)은 스텝(15)을 갖는 것을 알 수 있다. 앵커 블록(12)은 스텝(15) 위에서보다 스텝(15) 아래에 더 큰 지름을 갖는다. 링(14)의 모서리가 위치하는, 앵커 블록(15)에 의해 형성되는 외부 에지는 둥글다. 도 3에서 또한 링(14)은 둥근 스텝(15) 상에 대략 그것의 폭의 반에 위치하고; 링(14)의 외부 모서리는 리세스(9)의 측면과 접촉되는 것을 알 수 있다. 링(14)의 외부 모서리는 세로 방향으로 고정되지 않으며, 따라서 링(14)은 세로 방향으로 적어도 약간 이동할 수 있다. 앵커 블록(12)의 상부 면 및 리세스(9)의 하면 사이에 빈 공간이 형성된다.
콘크리트 침목(1) 내의 리세스(9)는 바깥쪽으로 증가되는 지름을 갖는, 주변 스텝(peripheral step, 17)을 갖고, 링(14)은 이러한 스텝(17)에 대하여 그것의 상부 외부 모서리에 위치한다. 스텝(15)과 같이, 스텝(17)은 둥글고, 이에 의해 스텝이 하중 하에서 변형을 겪을 때 링에 대한 손상을 방지한다. 도 3에서 링(14)이 콘크리트 침목(1) 내의 리세스(9)의 스텝(17)에 대하여 대략 그것의 반경 폭의 반 이상에 위치되는 것이 도시된다.
고형 차로의 생산에 있어서, 아스팔트 지지 층(18)에 앵커 블록들(12)을 위한 간격(19)이 제공된다. 간격(19)은 실린더 형태이고 앵커 블록(12)의 크기에 적응되며; 간격(19)의 깊이는, 빈 공간(20)이 콘크리트 침목과 함께 삽입되는 앵커 블록 아래에 존재하고 콘크리트 침목(1)의 위치결정 및 정렬 이후에 연이어 주조 화합물 또는 주조 모르타르(21)로 주조되도록 선택된다. 주조 화합물(21)이 도입되는 주조 슬릿(casting slit, 22)들이 간격(19)으로부터 측면으로 신장한다.
콘크리트 침목(1)은 종래의 고형 차로와 달리 고탄성의 레일 패스닝이 아닌, 레일 패스닝들을 갖는다. 사용되는 레일 패스닝들은 세로 및 측면 방향으로의 보상을 허용한다. 세로 보상은 다양한 두께의 심(shim)들에 의해 가능하고, 측면 보상은 다양한 폭의 각진 가이딩 플레이트(guiding plate)에 의해 가능하다. 게다가, 레일 및 콘크리트의 표면 사이에 배치되고 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA)로 구성되는, 단단한 중간층이 존재한다.
도 4는 레일 패스닝(25)에 의해 지지되는, 레일(24) 상에 장착되는, 콘크리트 침목(1)을 포함하는 고형 차로(23)를 도시한다. 콘크리트 침목(1)은, 앵커 블록(12)을 통하여, 아스팔트 지지 층(27) 위에 위치한 아스팔트 상단 층(26)에 연결된다. 다수의 층으로 이루어진 아스팔트 지지층은 서리 방지 층(28) 상에 장착된다. 고형 차로 위를 지나갈 때 발생하는 하중은 실질적으로 콘크리트 침목(1) 아래에 배치되는 베이스들(7, 8)을 통하여 아스팔트 상단 층(26)에 도입된다. 이에 의해 일반적으로 1.4-4 ㎜의 침하가 발생한다. 이는 콘크리트 침목(1)의 전체 중량이 탄력적으로 장착되고, 이에 의해 전달되는 진동의 조정 주파수가 낮아지는 장점을 갖는다. 다른 한편으로는, 탄성-질량 시스템의 탄성 기능을 갖는, 베이스(7, 8)의 스프링 강성은 유연한 디자인이고, 이는 유사하게 조정 주파수에 긍정적인 영향을 미친다.
레일 차량들이 그 위를 지나갈 때, 침목은 세로 방향으로 아래로 이동하고 그 뒤에 다시 위로 이동한다. 링(14)은 어떠한 마모도 없이 이러한 이동들을 흡수할 수 있는데, 그 이유는 링이 한편으로는 앵커 블록(12)에 대항하고 다른 한편으로는 콘크리트 침목(1) 내의 리세스(9)에 대항하여 적어도 두 개의 대각선으로 반대편 모서리에 위치하기 때문이다.
또 다른 구성의 경우에, 고형 차로는 콘크리트 형태의 구성으로 생산된다. 이러한 경우에 있어서, 콘크리트 침목들은 앵커 블록에 의해 콘크리트 지지층 상에 장착된다.
1 : 콘크리트 침목
2, 3 : 침목 블록
4, 5 : 레일 베드
6 : 중간 섹션
7, 8 : 베이스
9 : 리세스
10, 11 : 보강 로드
12 : 앵커 블록
13 : 장착 밴드
14 : 링
15 : 스텝
17 : 주변 스텝
19 : 간격
20 : 빈 공간
21 : 주조 화합물
22 : 주조 슬릿
23 : 고형 차로
24 : 레일
25 : 레일 패스닝
26 : 아스팔트 상단 층
27 : 아스팔트 지지층
28 : 서리 방지층

Claims (14)

  1. 상부 섹션이 콘크리트 침목(1) 내의 하면 리세스(9) 내로 삽입되고, 탄성중합체로부터 생산되는 링(14)에 의해 탄력적으로 장착되며, 하부 섹션이 고형 차로(23)의 상단 층 내의 충전 가능한 간격(19) 내로 삽입될 수 있는, 앵커 블록(12)을 갖는, 고형 차로용 콘크리트 침목(1)에 있어서,
    상기 콘크리트 침목(1)의 하면 상에 탄성 재료의 베이스(7, 8)가 배치되고, 상기 앵커 블록(12)은 아래쪽으로 증가되는 지름을 갖는 스텝(15)을 포함하고, 상기 스텝(15)의 외부 에지는 둥글고, 상기 콘크리트 침목(1) 내의 하면 리세스(9)는 상기 링(14)의 상부 외부 모서리가 대하여 놓이는 주변 스텝(17)을 가지는 것을 특징으로 하는 고형 차로용 콘크리트 침목.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이스(7, 8)는 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체(ethylene-propylene-diene monomer, EPDM)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고형 차로용 콘크리트 침목.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스(7, 8)는 6 내지 20㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 고형 차로용 콘크리트 침목.
  4. 제3항에 있어서, 상기 베이스(7, 8)는 8 내지 14㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 고형 차로용 콘크리트 침목.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스(7, 8)는 한 면 또는 두 면에 부직포가 제공되는 것을 특징으로 하는 고형 차로용 콘크리트 침목.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스(7, 8)는 상기 앵커 블록(12)을 위한 하면 리세스(9)의 영역 내에 간격을 갖거나 혹은 두 부분으로서 형성되고 침목 블록들(2, 3) 아래에만 또는 부분적으로 레일 베드 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 고형 차로용 콘크리트 침목.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링(14)의 반경 폭의 반 이하가 상기 앵커 블록(12)의 스텝(15) 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 고형 차로용 콘크리트 침목.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스텝(17)은 둥근 것을 특징으로 하는 고형 차로용 콘크리트 침목.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링(14)의 반경 폭의 반 이하가 상기 콘크리트 침목(1)의 스텝(17)에 대하여 놓여져 있는 것을 특징으로 하는 고형 차로용 콘크리트 침목.
  10. 상단 층 또는 지지층 내에 박혀 있고, 상기 상단 층 또는 상기 지지층은 주조 화합물(21)로 채워지는 앵커 블록(12)을 위한 간격(19)을 갖는, 제1항 또는 제2항의 콘크리트 침목을 다수 포함하는 고형 차로.
  11. 제10항에 있어서, 상기 상단 층 및 상기 지지층은 아스팔트로 제조되거나 또는 상기 지지층은 콘크리트로 제조되는 것을 특징으로 하는 고형 차로.
  12. 제10항에 있어서, 상기 콘크리트 침목은 세로 및 측면 보상을 위한 수단들 및/또는 에틸렌 비닐 아세테이트의 단단한 중간층을 갖는 레일 패스닝을 포함하는 것을 특징으로 하는 고형 차로.
  13. 제11항에 있어서, 상기 콘크리트 침목은 세로 및 측면 보상을 위한 수단들 및/또는 에틸렌 비닐 아세테이트의 단단한 중간층을 갖는 레일 패스닝을 포함하는 것을 특징으로 하는 고형 차로.
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