KR102120080B1 - 슬라이딩 수지고정궤도구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도교에 장대레일을 설치할 때 슬라이딩 수지고정궤도구조를 이용하여 신축이음장치 없이 다경간 및 장경간 철도교의 장대레일 축력저감 및 레일좌굴방지를 위한 슬라이딩 수지고정궤도구조에 관한 것이다. 그 구성은; 콘크리트 슬래브의 양측 상부에 레일의 연장선을 따라 마련되는 단면이 "

"형태로 된 고정홈통; 상기 고정홈통 내부에 슬라이딩 가능하게 끼워져 설치되는 레일홈통; 상기 레일홈통의 바닥에 설치되는 레일; 상기 레일과 레일홈통 사이의 공간에 충전되어 상기 레일을 고정하는 수지체;를 포함함으로써; 열적변형율의 차이에 의해 상기 레일홈통, 레일 및 수지체가 상기 고정홈통의 연장방향을 따라 슬라이딩되면서 길이변형이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

슬라이딩 수지고정궤도구조{Sliding Resin Rail Fastening Track System with Shock Transmission Unit}

본 발명은 철도궤도 기술에 관한 것으로서, 철도교에 장대레일을 설치할 때 슬라이딩 수지고정궤도구조를 이용하여 신축이음장치 없이 다경간 및 장경간 철도교의 장대레일 축력저감 및 레일좌굴방지를 위한 슬라이딩 수지고정궤도구조에 관한 것이다.

철도교의 신축이음장치는 설치비용증가, 유지보수비용증가, 진동소음증가 및 선로안전성에 많은 장애가 되고 있는 시설물이다. 그래서 가능하면 신축이음장치가 없는 철도교의 건설이 바람직하다. 그러나 철도교가 장경간 혹은 다경간 됨에 따라 장대레일시공시 교량과 레일의 상호작용으로 레일에 지반에서와는 달리 교량의 거동에 의해 레일의 축응력이 증가하여 좌굴에 의한 파괴 등이 우려되며 열차운행 시 안전성에 심각한 위협을 초래하고 있다. 그래서 철도교 설계 시 반드시 교량-레일 상호작용 및 상향력에 대한 검토를 요구하고 있다. 이러한 설계과정에서 신축이음장치, ZLR, RLR 등의 레일좌굴방지 대책을 수립하고 있다.

도 1은 종래기술에 의한 신축이음매 철도교의 평면 구성도이다. 교량부(100)와 노반부(110)의 사이에 교대(120)가 설치된다. 레일(1)은 교량부(100)와 노반부에 걸쳐 연장 설치된다. 기존의 철도교는 경간이 길 경우 교대부(120) 또는 교량부(100) 내에 신축이음매(130, REJ), ZLR 및 RLR를 설치하여 레일(1)의 축력을 저감시킴으로써 제한적으로 장대레일을 설치하고 있다. 신축이음매(130) 부분은 빈번한 유지보수 및 안전사고의 요인으로 알려지고 있으며, 진동·소음도 크게 증가하는 곳으로서 가능하면 설치를 하지 않는 것이 바람직하다. ZLR 및 RLR 또한 장대레일을 설치하는데 제한적이어서 제한 없이 장대레일구축이 가능한 구조 및 시공법 개발이 시급하다고 볼 수 있다.

이에 따라 최근에는 도상 슬래브를 슬라이딩이 가능하도록 하여 하부구조물의 거동이 레일에 전달되지 않도록 하는 시공이 이루어지고 있으며, 이는 교량상에 설치되는 장대레일에 있어서 효과적인 대책이 수행되고 있다. 이는 하부의 거동에 의한 힘이 레일로 전달되는 것을 막아 레일의 좌굴을 방지하는 도상 슬래브 슬라이딩 방법이다. 그러나 이 방식은 육중한 슬래브를 이동시키는 구성이어서 여러 모로 채용이 어려우며 비용도 크게 소요된다.

대한민국 특허출원 제20-2003-0025621호 대한민국 특허출원 제10-2015-0158209호

위의 문제에 대한 본 발명의 목적은, 교량전체의 슬라이딩을 가능하게 하는 무신축이음장치를 구현할 수 있는 방법을 제공하는 것에 있다. 좀 더 구체적으로 본 발명은 도상 슬래브는 하부거더에 고정시키고, 레일부분을 슬라이딩이 가능하도록 하여 온도변화 등에 의한 하부구조의 힘전달을 차단하고, 차량의 시제동하중 등 충격하중에 대해서는 슬라이딩 레일을 구속시켜 레일의 움직임이 없도록 하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 콘크리트 슬래브의 양측 상부에 레일의 연장선을 따라 마련되는 단면이 "

"형태로 된 고정홈통; 상기 고정홈통 내부에 슬라이딩 가능하게 끼워져 설치되는 레일홈통; 상기 레일홈통의 바닥에 설치되는 레일; 상기 레일과 레일홈통 사이의 공간에 충전되어 상기 레일을 고정하는 수지체;를 포함함으로써;

열적변형율의 차이에 의해 상기 레일홈통, 레일 및 수지체가 상기 고정홈통의 연장방향을 따라 슬라이딩되면서 길이변형이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 수지고정궤도구조에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 고정홈통과 상기 레일홈통 사이에는 윤활수단이 더 개입될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 레일홈통의 상단은 외측으로 절곡되어 단면이 "

"의 형태로 되어 있음으로써, 상기 고정홈통의 상단을 가릴 수 있도록 되어 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 레일의 연장방향을 따라 일곳 이상에 마련되는 것으로서, 상기 레일의 갑작스러운 길이변동을 억제하기 위한 댐핑수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 고정홈통의 연장구간을 따라 1곳 또는 수곳의 바닥판에 마련되는 관통공; 상기 관통공이 마련되는 지점의 콘크리트 슬래브에 마련되는 안착홈; 상기 안착홈에 설치되는 것으로서 일단은 상기 레일홈통의 저면에 연결되고 타단은 상기 콘크리트 슬래브에 고정되는 댐퍼를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 댐퍼는 STU(Shock Transmission Unit)댐퍼일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 빗물이 상기 레일홈통으로 고이지 않도록 상기 레일홈통의 양측부위는 둔덕이 마련되며; 상기 레일홈통의 측판 상단에는 상기 둔덕 덮을 수 있도록 길게 연장된 루프가 마련되어 있을 수 있다.

본 발명에 따르면, 신축이음매가 없으므로 주행 안전성을 확보하며 유지보수 및 진동·소음을 획기적으로 줄일 수 있는 레일구조가 제공된다.

본 발명에 의하면, 레일 전체를 매립하여 좌우지지 및 인발저항이 가능한 수지고정궤도구조에 적용될 수 있는 시공구조가 제공된다.

본 발명에 의한 레일구조는 다경간 철도교는 물론이고 장경간 철도교의 레일좌굴을 방지할 수 있게 한다.

도 1은 종래기술에 의한 신축이음매 철도교의 평면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 무신축이음매 철도교의 평면 구성도이다.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 취한 단면 구성도이다.
도 4는 도 2의 B-B선을 따라 취한 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 STU(Shock Transmission Unit)댐퍼의 설치상태를 도시하는 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 STU(Shock Transmission Unit)댐퍼의 설치상태를 도시하는 측부 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 STU(Shock Transmission Unit)댐퍼의 작용설명을 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명으 실시예에 의한 STU(Shock Transmission Unit)댐퍼의 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다. 도 2 내지 도 4를 기본적으로 참조하겠으며, 필요시 다른 도면을 인용하기로 한다.

본 발명에 의하면, 교대(120) 상에 도 2에서와 같은 신축이음부(130)가 없다. 즉 목적하는 구간의 중간에 레일(1)의 절단부(또는 틈새)가 없는 것이다. 물론 레일(1)은 단위길이로 제공되어야 할 것이며 현장에서 용접으로 고정되어 일체를 이루게끔 하여야 할 것이다. 도 2에서 도면부호 100은 교량부를, 110은 노반부(110)를 의미한다.

레일(1)은 단면이 유(U)자 형태로 된 레일홈통(3)의 내부에 설치된다. 레일홈통은 레일과 같이 길게 연장되어 있다. 본 발명에 의하면 레일(1)은 신축이음부위가 없는 장대레일이다. 레일(1)은 레일홈통의 바닥판(5) 위에 패드(7)를 설치한 다음 그 위에 놓인다. 레일(1)을 가설치한 다음 수지(9)를 충전함으로써 레일(1)은 레일홈통(3) 내부에 고정 설치된다. 이하에서는 레일(1), 레일홈통(3), 바닥판(5) 및 수지(9)를 합쳐 수지레일복합체라 한다. 레일(1)에 전달되는 진동은 수지(9)와 레일홈통(3)을 통해 콘크리트 슬래브(11)와 지반에 전달된다.

본 발명에 의하면 레일홈통(3)을 에워싸는 형태로 그의 외부에 고정홈통(13)이 설치된다. 즉 레일홈통(3)은 고정홈통(13) 내부에 설치되는 것이다. 고정홈통(13)은 콘크리트 슬래브(11)의 타설시 거푸집과 같이 설치되는 것으로서 콘크리트 슬래브(11)와 일체를 이루게 된다. 고정홈통(13)의 단면은 레일의 인발력 및 횡방향력에 버틸 수 있도록 상부가 좁고 하부가 넓은 사다리꼴 구조형식을 취한다. 즉 고정홈통(13)의 단면은 "

"와 같이 되어 있으며 이는 레일홈통(3)과 유사하다. 따라서 레일홈통(3)은 고정홈통(13)에 끼워진 상태에서 레일의 길이방향을 따라 슬라이딩될 수 있게 된다. 단면구조상 콘크리트 슬래브(11)를 성형할 때 고정홈통(13)과 레일홈통(3)을 미리 끼워 결합시킬 수도 있을 것이다.

본 발명은 수지레일복합체가 고정홈통(13) 내부에서 레일(1)의 연장방향을 따라 슬라이딩되면서 온도에 따른 길이변화에 자체적으로 대응하도록 하는 것을 내용으로 한다. 슬라이딩이 원활하게 이루어질 수 있도록 고정홈통(13)과 상기 레일홈통(3) 사이에는 윤활수단이 더 개입될 수 있다. 윤활수단은 마찰계수가 적은 시트 등이 사용될 수도 있지만 윤활제 또는 윤활유가 더 바람직하다. 윤활제는 레일홈통(3)의 외면이나 고정홈통(13)의 내면에 도포되거나 이들 사이의 틈으로 주입됨으로써 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 레일홈통(3)의 상단은 외측으로 절곡되어 단면이 "

"의 형태로 되어 있음으로써, 고정홈통(13)의 상단을 가릴 수 있도록 되어 있다. 이에 의하면 레일홈통(3)과 고정홈통(13) 사이의 틈이 가려지게 된다. 이것은 레일홈통(3)과 고정홈통(13) 사이의 공간으로 빗물, 먼지 기타 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 의하면, 레일(1)의 갑작스러운 길이변동을 억제하기 위한 댐핑수단(12)이 레일의 연장방향을 따라 일곳 이상에 마련된다. 예를 들어, 열차가 급정지함으로써 레일(1)에 길이방향을 따라 큰 힘이 갑자기 주어질 때 생길 수 있는 문제를 저감시키기 위한 것이다. 레일(1)이 갑자기 슬라이딩되는 경우 급정지기능의 저하 등 예상치 못한 문제가 생길 수도 있기 때문이다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 댐핑수단은 STU(Shock Transmission Unit)댐퍼를 이용한 것일 수 있다. 이하 댐핑수단(12)의 설치구조를 도 5 내지 도 8을 더 인용하면서 설명한다.

고정홈통(13)의 연장구간을 따라 1곳 또는 수 곳의 바닥판(15)에 관통공(17)이 마련된다. 콘크리트 슬래브(11)에는 관통공(17)이 마련되는 지점에 그와 같은 면적을 갖는 안착홈(19)이 마련된다. 이 안착홈(19)에 댐퍼(21)가 설치된다. 댐퍼(21)는 일단(21a)은 레일홈통(3)의 저면에 연결되고 타단(21b)은 콘크리트 슬래브(11)에 앵커볼트로써 고정된다. 댐퍼(21)의 실린더의 연장방향은 레일의 연장방향과 같다. 언급한 것처럼 댐퍼(21)는 유압식으로서 STU(Shock Transmission Unit)댐퍼일 수 있다. 댐퍼(21)는 레일의 슬라이딩 운동속도를 제한하여 급속한 변형을 막도록 되어 있으며 레일(1)의 연장방향을 따라 필요한 개수와 간격으로 마련된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 열차의 시제동 하중에 레일의 이동을 방지하기 위한 댐퍼(21)는 대략 10~20m마다 설치될 수 있다. 도 7은 STU 댐퍼의 거동특성을 나타낸다.

댐퍼(21)가 설치되는 지점에는 도 4에 도시된 바와 같이 설치공간이 마련된다. 그리고 이 구간에는 수지(9)가 충전되지 않는데 이 역시 댐퍼의 설치를 용이하게 하기 위한 것이다. 도시되지는 않았지만 필요에 따라 이 공간, 즉 설치공간 및 수지가 충전되지 않은 레일의 옆의 공간에는 각각 우수가 유입되는 것을 방지하기 위한 배수로 또는 덮개가 마련될 수 있다.

댐퍼(21)의 양단에는 도 8에 도시된 바와 같이 각각 볼트로써 체결할 수 있는 플랜지가 마련되어 있다. 댐퍼(21)와 레일은 클램프(27)에 의해 보다 안정적이며 직접적으로 고정될 수 있다 클램프(27)는 일측은 레일에 타측은 댐퍼에 연결되어 양자의 체결을 매개한다. 클램프(27)는 레일의 웨브(1a)와 하부 플랜지(1b)에 밀착하게끔 "

"의 형태로 절곡된 후판이다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 빗물이 레일홈통(3)으로 고이지 않도록 상기 레일홈통(3)의 양측부위에 있는 콘크리트 슬래브(11)의 상면에는 둔덕(23)이 마련된다. 그리고 레일홈통(3)의 측판 상단에는 둔덕(23)을 덮을 수 있도록 길게 연장된 루프(25)가 마련되어 있을 수 있다.

본 발명의 내용을 간략히 정리하면 다음과 같다.

본 발명은 무신축이음매 철도교는 다경간 및 장경간 교량에 신축이음매를 사용하지 않고 레일을 전 구간 용접하여 연결하는 방법을 제안한다. 이를 위해서는 하부구조물에서 전달되는 온도하중 등의 변위로 인한 축력이 레일(1)로 전달되지 않도록 레일(1)을 슬라이딩 시키고, 상부 차량이동시 댐퍼(21)를 레일하부에 특별히 고안하여 설치함으로써 시제동하중에 대해 레일(1)의 이동을 멈추게 하여 구조적 안전을 확보 차량의 운행에 이상이 없도록 하고 있다.

본 발명에 의하면, 레일(1)의 종방향 슬라이딩은 교량 전체에 걸쳐 이루어지도록 할 수 있으며 온도하중 등 변형속도가 낮은 하중에 대해서는 저항하지 않고 슬라이딩이 이루어져 하부구조의 변형이 레일에 전달되지 않도록 하며, 시제종하중 등 변형속도가 큰 하중에 대해서는 일시적인 레일 이동을 방지하는 댐퍼(21)를 사용하고 있다.

댐퍼(21)의 거동 특성은 온도하중 등 레일의 낮은 종방향 속도에서는 레일의 이동을 가능하게 레일과 하부구조를 격리하여 레일에 추가적인 축력이 작용하지 않게 하며, 차량의 시제동하중처럼 레일(1)에 높은 종방향 속도가 발생할 때는 레일(1)의 급속한 이동을 저지하여 차량의 안전운행에 이상이 없도록 한다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

1: 레일 3 : 레일홈통
7 : 패드 9 : 수지
11 : 콘크리트 슬래브 13 : 고정홈통
17 : 관통공 19 : 안착홈
21: 댐퍼 23 : 둔덕
25 : 루프 27 : 클램프

Claims (7)

1. 콘크리트 슬래브(11)의 양측 상부에 레일(1)의 연장선을 따라 마련되고, 단면이 "

   

   "형태로써 상부가 좁고 하부가 넓은 사다리꼴 구조로 된 고정홈통(13);
   상기 고정홈통(13) 내부에 슬라이딩 가능하게 끼워져 설치되는 레일홈통(3);
   상기 레일홈통(3)의 바닥에 설치되는 레일(1);
   상기 레일(1)과 레일홈통(3) 사이의 공간에 충전되어 상기 레일(1)을 고정하는 수지(9); 및
   상기 레일(1)의 연장방향을 따라 1곳 이상에 마련되는 것으로서, 상기 레일(1)의 갑작스러운 길이변동을 억제하기 위한 댐핑수단(12);을 포함함으로써,
   열적변형율의 차이에 의해 상기 레일홈통(3), 레일(1) 및 수지(9)가 상기 고정홈통(13)의 연장방향을 따라 슬라이딩되면서 길이변형이 가능하도록 구성되고,
   상기 댐핑수단(12)은, 상기 고정홈통(13)의 연장구간을 따라 1곳 또는 수곳의 바닥판(15)에 마련되는 관통공(17), 상기 관통공(17)이 마련되는 지점의 콘크리트 슬래브(11)에 마련되는 안착홈(19), 그리고 상기 안착홈(19)에 설치되는 것으로서 일단은 상기 레일홈통(3)의 저면에 연결되고 타단은 상기 콘크리트 슬래브(11)에 고정되는 댐퍼(21)를 포함하되, 상기 댐퍼(21)는 이의 실린더의 연장방향이 상기 레일(1)의 연장방향과 같게 설치되며,
   빗물이 상기 레일홈통(3)으로 고이지 않도록 상기 레일홈통(3)의 양측부위에 있는 콘크리트 슬래브(11)의 상면에는 둔덕(23)이 마련되며,
   상기 레일홈통(3)의 측판 상단에는 상기 둔덕(23) 덮을 수 있도록 길게 연장된 루프(25)가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 수지고정궤도구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 고정홈통(13)과 상기 레일홈통(3)의 사이에는 윤활수단이 더 개입되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 수지고정궤도구조.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 댐퍼(21)는 STU(Shock Transmission Unit)댐퍼인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 수지고정궤도구조.
   
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