KR20180086961A - 슬라이드층을 이용한 종방향 변위 분리에 의한 교량 상호작용 저감형 슬라이딩 콘크리트 궤도 및 이러한 슬라이딩 콘크리트 궤도가 부설된 철도 교량 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종방향으로 콘크리트 궤도가 세그먼트 형태로 분할되어 교량 상부구조물에 설치되어 있는 철도교량에 있어서, 교량 상부구조물과 콘크리트 궤도 간의 종방향 변위 영향이 강하게 전달됨으로 인하여 레일에 최대의 부가 축력(附加軸力)이 가해지게 되는 지점부에 설치되어, 콘크리트 궤도와 교량 상부구조물 간의 종방향 거동을 서로 분리시킴으로써, 레일에 가해지는 부가 축력을 최소화할 수 있는 슬라이딩 콘크리트 궤도와, 이러한 슬라이딩 콘크리트 궤도가 부설되어 있는 철도 교량에 관한 것이다.

Description

슬라이드층을 이용한 종방향 변위 분리에 의한 교량 상호작용 저감형 슬라이딩 콘크리트 궤도 및 이러한 슬라이딩 콘크리트 궤도가 부설된 철도 교량{Rail bridge with slab track reducing rail-structure interaction}

본 발명은 철도 차량이 주행하는 레일이 설치되는 콘크리트 궤도와, 이러한 콘크리트 궤도가 교량 상부구조물에 부설되어 있는 철도 교량에 관한 것으로서, 구체적으로는, 종방향(교축방향 및 철도 차량이 주행하는 방향에 해당함)으로 콘크리트 궤도가 세그먼트 형태로 분할되어 교량 상부구조물에 설치되어 있는 철도 교량에 있어서, 교량 상부구조물과 콘크리트 궤도 간의 종방향 변위 영향이 강하게 전달됨으로 인하여 레일에 최대의 부가 축력(附加軸力)이 가해지게 되는 지점부에 설치되어, 콘크리트 궤도와 교량 상부구조물 간의 종방향 거동을 서로 분리시킴으로써, 레일에 가해지는 부가 축력을 최소화할 수 있는 슬라이딩 콘크리트 궤도와, 이러한 슬라이딩 콘크리트 궤도가 부설되어 있는 철도 교량에 관한 것이다.

철도 차량이 주행하게 되는 콘크리트 궤도("슬래브 궤도"라고도 칭함)는 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0124101호에 그 일예가 개시되어 있다.

일반적으로 콘크리트 궤도는 현장타설 콘크리트 또는 프리캐스트 콘크리트로 제작될 수 있는데, 자갈궤도에 비해 안정적인 선로선형을 제공하며, 이에 따른 유지보수의 절감과 내구수명의 증가의 장점이 있다. 특히, 콘크리트 궤도는 자갈궤도에 비해 상대적으로 레일 좌굴과 자갈 비산의 문제가 없으며, 선로 선형의 제약이 적고 선로의 높이가 낮은 장점과 자중이 적은 이점을 가지고 있기 때문에 터널이나 교량의 구조물 설계에 유리하다.

한편, 장대화된 레일("장대 레일")은 최소 200m에서 수 km에 연속적으로 부설되며, 장대 레일을 통하여 열차의 진동감소에 따른 승차감 개선 및 레일 유지보수 주기의 연장과 같은 장점을 지니고 있다. 그러나 연속적으로 장대 레일은 기존 레일에 비하여 상재하고 있는 높은 응력을 고려해야 한다. 장대 레일이, 철도 교량 위에 설치된 콘크리트 궤도 구간을 포함하는 경우, 거더나 바닥판과 같은 교량 상부구조물의 온도하중에 따른 신축으로 인하여 레일에 부가적인 압축력과 인장력이라는 부가 축력을 유발하게 된다.

도 10에는 종래 기술에 의한 철도교량의 일예로서 장대 레일이 설치된 철도 교량의 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼 종래 기술에 의한 철도 교량의 경우, 종방향으로 분절된 세그먼트 형태의 직결식 콘크리트 궤도(100A)가 교량 상부구조물(200)에 놓이고, 길게 연장된 레일(11)이 직결식 콘크리트 궤도(100A) 위에 설치된다. 이 때, 직결식 콘크리트 궤도(100A)와 교량 상부구조물(200)은, 캠플레이트 등과 같은 일체결속부재(209)에 의해 "직결(직접 결합/直接結合)"되어 있으며, 그에 따라 직결식 콘크리트 궤도(100A)와 교량 상부구조물(200)은 종방향으로의 상대이동을 허용하지 않는 형태로 결합되어 있다. 따라서 교량 상부구조물이 온도변화에 의해 신축하게 되면, 그 위에 직결되어 있는 직결식 콘크리트 궤도(100A)는 교량 상부구조물의 신축량과 동일하게 종방향 변위되면서 레일에 매우 큰 부가 축력을 발생시킨다. 즉, 종래 기술에서는 콘크리트 궤도와 교량 상부구조물 간의 상호 작용으로 인하여 레일에 부가 축력이 발생하는 것이다. 이러한 부가 축력은 교량의 경간장 또는 교량에서의 고정지점간 거리가 증가될수록 함께 증가되므로, 현재는 레일에 대하 과도한 축력 발생을 방지하기 위해서 교량의 경간장 또는 최대 고정점간 거리를 소정 정도 이하로 제한하고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2006-0124101호(2006.12.05.공개)

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 종방향으로 분절된 세그먼트 형태의 콘크리트 궤도가 교량 상부구조물에 놓이고, 길게 연장된 레일이 콘크리트 궤도 위에 설치되어 있는 철도 교량에서, 교량 상부구조물과 콘크리트 궤도 간의 종방향 변위 영향이 강하게 전달됨으로 인하여 레일에 최대의 부가 축력(附加軸力)이 가해지게 되는 지점부에 대해서는 콘크리트 궤도와 교량 상부구조물 간의 종방향 거동을 서로 분리시킬 수 있는 구성을 적용함으로써, 콘크리트 궤도와 교량 상부구조물 간의 상호작용으로 인한 부가 축력 발생을 최소화시켜서 레일에서의 응력 발생 및 변형을 감소시켜 내구성과 안정성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통하여 교량의 장대화 및 연속화를 가능하게 하는 슬라이딩 콘크리트 궤도와, 이러한 슬라이딩 콘크리트 궤도가 부설되어 있는 철도교량을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 철도 교량의 경간 일부 구간에 설치되는 슬라이딩 콘크리트 궤도로서, 철도 차량이 직접 주행하는 레일과, 상기 레일의 하부에 위치하여 레일이 고정 설치되는 콘크리트 슬래브와; 상기 콘크리트 슬래브의 하면에 구비되고 저마찰 재료로 이루어져서 콘크리트 슬래브가 종방향으로 슬라이딩할 수 있게 만드는 슬라이드층과; 콘크리트 슬래브를 교량의 고정지점부에 고정시키기 위하여 콘크리트 슬래브의 종방향 일측 하부에 구비된 앵커부재를 포함하며; 철도 교량의 교량 상부구조물에서, 앵커부재가 구비된 종방향 일측 단부는 고정지점부 위에 놓여서 앵커부재가 고정지점부에 고정되고, 종방향 타측 단부는 고정지점부에 이웃한 교량 상부구조물 위에 놓이도록 설치되어, 종방향 타측 단부가 놓여 있는 교량 상부구조물이 온도 신축하더라도, 온도신축으로 인한 종방향 변위가 발생하더라도 콘크리트 슬래브에 전달되지 않도록 함으로서 레일에 부가 축력이 작용하는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 철도교량의 슬라이딩 콘크리트 궤도가 제공된다.

또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 교량 상부구조물, 상기 교량 상부구조물과 직결된 형태로 설치되는 직결 콘크리트 궤도를 포함하는 철도교량으로서, 종방향 일단의 교량 상부구조물과 교대 사이에는, 직결 콘크리트 궤도를 대신하여, 철도 차량이 직접 주행하는 레일과, 상기 레일의 하부에 위치하여 레일이 고정 설치되는 콘크리트 슬래브와, 상기 콘크리트 슬래브의 하면에 구비되고 저마찰 재료로 이루어져서 콘크리트 슬래브가 종방향으로 슬라이딩할 수 있게 만드는 슬라이드층과, 콘크리트 슬래브를 교량의 고정지점부에 고정시키기 위하여 콘크리트 슬래브의 종방향 일측 하부에 구비된 앵커부재를 포함하는 슬라이딩 콘크리트 궤도가 설치되는데; 앵커부재가 구비된 슬라이딩 콘크리트 궤도의 종방향 일측 단부는 교대 위에 놓여서 앵커부재가 교대에 고정되고, 종방향 타측 단부는 교대에 이웃한 교량 상부구조물 위에 놓이도록 설치되어, 종방향 타측 단부가 놓여 있는 교량 상부구조물이 온도 신축하더라도, 온도신축으로 인한 종방향 변위가 발생하더라도 콘크리트 슬래브에 전달되지 않도록 함으로써 레일에 부가 축력이 작용하는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 철도 교량이 제공된다.

이러한 본 발명에 따른 철도 교량에서, 철도 교량은, 복수개의 교량 상부구조물이 종방향으로 연속 배치되어 있는 다경간 단순교로 이루어질 수 있는데, 이 경우 앵커부재가 구비된 슬라이딩 콘크리트 궤도는, 교량 상부구조물이 이웃하는 교량 상부구조물과 인접하게 되는 교각부 위치에서, 서로 이웃하는 교량 상부구조물에 동시에 걸쳐지도록 배치되고, 슬라이딩 콘크리트 궤도의 종방향 일측 단부에 구비된 앵커부재는, 일측의 교량 상부구조물에서 고정 교량받침의 연직 상향 위치에 관입 고정되며, 앵커부재가 구비된 슬라이딩 콘크리트 궤도의 타측은, 이웃하는 타측의 교량 상부구조물 위에 놓이도록 설치되는 구성을 가질 수 있다.

또한 본 발명의 철도 교량에서, 교량 상부구조물의 상면에는 교량 보호콘크리트 층이 형성되어 있으며, 상기 교량 보호콘크리트 층 위에 슬라이드층이 놓이도록 슬라이딩 콘크리트 궤도가 설치될 수도 있으며, 슬라이딩 콘크리트 궤도에서 콘크리트 슬래브의 횡방향 양측 각각에 밀착됨으로써 콘크리트 슬래브의 횡방향 움직임을 제한하는 횡방향 지지블럭이 교량 보호콘크리트 층에 고정된 상태로 직립 설치되어 있는 구성을 가질 수도 있다.

또한 본 발명에 따른 콘크리트 궤도 및 이를 구비한 철도 교량에 있어서, 슬라이드층은 PE-시트로 이루어질 수도 있고, 토목섬유 사이에 PE-시트를 설치한 구성을 가질 수도 있다.

본 발명에서는 콘크리트 궤도가 그 자체에서의 온도 변화에 따른 신축이 방지됨과 동시에, 콘크리트 궤도를 이루는 콘크리트 슬래브와 교량 상부구조물 사이에 슬라이드층이 존재하기 때문에, 교량 상부구조물에 발생하는 온도변화에 따른 신축은 콘크리트 궤도로 전달되지 않는다. 따라서 콘크리트 궤도에 설치된 레일에는 콘크리트 궤도와 교량 바닥판 간의 온도 신축 차이로 인한 부가 축력이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 되고, 그에 따라 레일의 뒤틀림 등의 변형을 예방하여 열차의 안전운행을 유도할 수 있게 될 뿐만 아니라, 레일의 응력과 변위 변동을 감소시켜 내구성과 안정성을 향상시킬 수 있게 된다. 따라서 본 발명을 이용하게 되면 철도교량의 장대화 및 연속화를 효율적으로 달성할 수 있게 되는 장점이 있다.

특히, 본 발명에 따른 콘크리트 궤도를 이용하는 경우, 철도 교량의 전체 경간이 아닌 일부 경간장에만 슬라이드층이 형성되는 형태가 되므로, 콘크리트 궤도와 교량 상부구조물간의 상호작용으로 인하여 발생하는 레일의 부가 축력을 효과적으로 감소시키면서도, 콘크리트 슬래브에 재하되는 부재력 및 콘크리트 궤도를 고정시키기 위한 힘도 줄일 수 있으므로, 그만큼 콘크리트 슬래브에 발생하는 응력을 줄일 수 있고, 콘크리트 궤도의 고정을 위한 앵커부재의 규모도 줄일 수 있게 되어, 시공 경제성을 더 향상시킬 수 있게 되는 매우 유용한 효과가 발휘된다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일예에 따른 콘크리트 궤도를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 3은 철도 교량의 이동지점부와 교대가 인접한 종단 위치에, 위와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 콘크리트 궤도가 설치되어 있는 단경간 철도 교량의 개략적인 측면도이다.
도 4는 도 3에서 본 발명의 콘크리트 궤도가 설치된 부분에 대한 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 부분에 대한 개략적인 측면도이다.
도 6은 철도 교량에서 교량 상부구조물이 이웃하는 교량 상부구조물과 인접하게 되는 교각부 위치에, 위와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 콘크리트 궤도가 설치되어 있는 다경간 철도 교량의 개략적인 측면도이다.
도 7은 도 6에서 본 발명의 콘크리트 궤도가 설치된 부분에 대한 개략적인 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 부분에 대한 개략적인 측면도이다.
도 9는 경간장이 70m인 단경간 단순교 형태의 철도 교량을 대상으로, 본 발명에 따른 콘크리트 궤도의 슬라이드층이 형성되는 종방향 길이를 달리하였을 때, 거리와, 레일의 부가 축력 간의 관계를 보여주는 그래프도이다.
도 10은 종래 기술에 의한 철도교량의 일예로서 직결식 콘크리트 궤도를 이용하여 장대 레일이 설치된 철도 교량의 개략적인 측면도이다.

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. 참고로, 본 명세서에서 본 발명의 콘크리트 궤도를 설명함에 있어서, 종방향으로 분절된 세그먼트 형태로 이루어져서 교량 상부구조물(200)에 직결되는 종래의 "직결식" 콘크리트 궤도(100A)와 구분하기 위하여, 도면부호 100을 부여하여 "슬라이딩 콘크리트 궤도(100)"이라고 기재하였다. 그리고 본 명세서에서 "콘크리트 궤도와 교량 상부구조물간의 상호 작용"이라고 기재한 것은, 교량 상부구조물이 온도변화에 의해 신축함으로 인하여 그 위에 설치된 콘크리트 궤도의 레일에 부가 축력이 발생되는 현상을 의미한다.

도 1 및 도 2에는 각각 본 발명의 일예에 따른 슬라이딩 콘크리트 궤도를 바라본 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)는, 철도 차량이 직접 주행하는 레일(11)과, 상기 레일(11)의 하부에 위치하여 레일(11)이 고정 설치되는 콘크리트 슬래브(12)와, 저마찰 재료로 이루어져 콘크리트 슬래브(12)의 하면에 구비되어 콘크리트 슬래브(12)가 종방향으로 슬라이딩할 수 있게 만드는 슬라이드층(13)과, 콘크리트 슬래브(12)를 교량의 고정지점부에 고정시키기 위하여 콘크리트 슬래브(12)의 종방향 일측 하부에 일체로 구비된 앵커부재(14)를 포함하여 구성된다.

구체적으로 콘크리트 슬래브(12)는 소정 두께를 가지며 종방향으로 길게 연장되어 있는 판 형상의 부재로서, 그 상면에는 철도 차량이 주행하게 되는 한 쌍의 레일(11)이 종방향으로 길게 연장된 상태로 고정 배치되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예의 경우, 콘크리트 슬래브(12) 상면에 침목(16)이 설치되어 있고 침목(16) 위에 레일(11)이 결합 배치되어 있는 것으로 도시되어 있으나 레일(11)이 체결구에 의해 직접 콘크리트 슬래브(12)에 고정 설치될 수도 있다. 콘크리트 슬래브(12)는 재하 하중 및 온도 변화에 대하여 충분한 내하력과 사용성을 제공할 수 있도록 철근콘크리트(RC) 부재 또는 프리스트레스드 콘크리트(PSC) 부재로 이루어지며, 현장 타설 콘크리트 또는 사전제작형 콘크리트(프리캐스트 콘크리트)로 제작될 수 있다.

콘크리트 슬래브(12)의 종방향 일측에는, 앵커부재(14)가 콘크리트 슬래브(12)의 하면에서 돌출되어 있도록 구비되어 있다. 앵커부재(14)는 복수개의 봉부재로 구성될 수 있는데, 봉부재의 상단은 콘크리트 슬래브(12)에 매립되어 일체화되어 있으며, 봉부재의 하단은 콘크리트 슬래브(12)의 하면에서부터 아래쪽으로 연장되어 있는 형태로 앵커부재(14)가 구비되어 있는 것이다.

콘크리트 슬래브(12)의 하면에는, 앵커부재(14)가 돌출되어 있는 영역을 제외한 소정 부분에 슬라이드층(13)이 존재한다. 슬라이드층(13)은, 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)이 교량 상부구조물 위에 놓였을 때, 교량 상부구조물의 상면에 형성된 교량 보호콘크리트 층(210)과 콘크리트 슬래브(12)의 하면 사이에 위치하게 되어, 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 콘크리트 슬래브(12)가 종방향으로 슬라이딩될 수 있게 만드는 기능을 가진다.

슬라이드층(13)은 원활한 미끄러짐 거동(슬라이딩)을 보장하기 위하여 저마찰 재료로 구성되는데, 예를 들어 PE-시트로 이루어질 수도 있다. 슬라이드층(13)의 마찰계수는 일반적으로 0.5 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 그러나 마찰계수가 이에 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는 콘크리트 슬래브(12)의 하면과 교량 보호콘크리트 층(210) 상면의 불규칙한 표면 상태를 보상하기 위하여 부직포 또는 토목섬유를 콘크리트 슬래브(12)의 하면과 교량 보호콘크리트 층(210) 상면에 각각 부착한 후, PE-시트와 같은 저마찰 시트를 부직포 또는 토목섬유 사이에 설치하여 슬라이드층(13)이 이루어지도록 할 수도 있다. 필요에 따라서는 콘크리트 슬래브(12)가 횡방향(교축직각방향)으로 움직이는 것을 제한하기 위한 횡방향 지지블럭(15)이 더 구비될 수 있다. 횡방향 지지블럭(15)은 이동지점부 측에서 교량 상부구조물에 설치되는데, 구체적으로 횡방향 지지블럭(15)은 교량 상부구조물의 상면에 형성되는 교량 보호콘크리트 층(210)에 한 쌍이 횡방향으로 서로 마주보도록 직립한 상태로 고정되어 콘크리트 슬래브(12)의 횡방향 양측 각각에 밀착된 형태로 구비될 수 있다. 이 경우, 콘크리트 슬래브(12)의 횡방향 양측면과, 이에 밀착되는 횡방향 지지블럭(15)의 내면 사이에는 슬라이딩이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 추가적인 슬라이딩층이 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 도면에 예시된 것처럼, 횡방향 지지블럭(15)의 상단에는 서로 마주보는 방향을 향하여 돌출된 수평돌출부(150)가 형성될 수 있는데, 수평돌출부(150)가 구비되는 경우 콘크리트 슬래브(12)의 상향 움직임을 수평돌출부(150)에 의해 억제할 수 있게 되어, 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 구조적 안정성이 더욱 향상되는 효과가 발휘된다.

도 3에는 교량의 이동지점부와 교대가 인접한 종단 위치에, 위와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)가 설치되어 있는 단경간 단순교 형태의 철도 교량을 횡방향으로 바라 본 상태로 간략히 표현한 개략적인 측면도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3에서 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)가 설치된 부분에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4에 도시된 부분 즉, 본 발명에 따른 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)가 설치된 부분을 횡방향으로 바라본 개략적인 측면도가 도시되어 있다.

도 3에서 교량 상부구조물(200)을 지지하는 지점부에서, 삼각형으로 표시된 것은 종방향 이동이 불가능한 고정지점부를 의미하며, 원형으로 표시된 것은 종방향 이동을 허용하는 이동지점부를 의미한다. 도 4 및 도 5에서 도면부호 310은 이동지점부를 형성하는 가동 교량받침(310)을 나타낸다. 그리고 도 2 내지 도 4에서는 교량 상부구조물(100)이 I형 콘크리트 거더로 이루어져 있으나 본 발명에서 교량 상부구조물의 형식에는 제한이 없으며, 따라서 본 발명의 철도 교량은 교량 상부구조물이 박스 거더로 이루어진 콘크리트 박스 거더 교량으로 구성될 수도 있고, 기타 다양한 형식으로 이루어질 수도 있다. 그리고 도면에서는 교량 상부구조물(100)의 상면에는 소정 두께를 가지는 슬래브 형태의 교량 보호콘크리트 층(210)이 형성되고, 이러한 교량 보호콘크리트 층(210) 위에 본 발명에 따른 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)와, 종래 기술에 의한 직결식 콘크리트 궤도(100A)가 설치되어 있다. 이 경우, 교량 보호콘크리트 층(210)은 교량의 바닥판에 해당할 수 있다.

도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼, 단경간 단순교 형식의 철도 교량의 경우, 교량의 종방향 일단에서는 본 발명의 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)가 교대(300) 및 상기 교대(300)와 인접한 교량 상부구조물(200)에 동시에 걸쳐지도록 배치된다. 이 경우, 앵커부재(14)가 관입 고정되는 <고정지점부>는 교대(300)에 해당하는 것이며, 따라서 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 일측에 구비된 앵커부재(14)가 교대(300)에 관입 고정되어 있고 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 타측은 교량 상부구조물(200) 위에 놓여 있도록 설치되는 것이다. 이 때, 교대(30)에 인접한 교량 상부구조물(200)의 상면에는 교량 보호콘크리트 층(210)이 형성되어 있으며, 상기 교량 보호콘크리트 층(210) 위에 슬라이드층(13)이 놓이도록 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)가 설치된다. 따라서 철도 교량의 이동지점부가 존재하는 위치에서 교량 상부구조물(200)과 교대(300) 사이의 간격에서, 레일(11)이 체결되어 있는 콘크리트 슬래브(12)가 단절되지 않고 종방향으로 연속된 상태가 된다. 이와 같이 설치된 본 발명의 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)에 대해 종방향으로 이웃한 위치에는, 종래 기술과 마찬가지로 교량 상부구조물의 교량 보호콘크리트 층(210)과 직결되는 형태의 직결 콘크리트 궤도(100A)가 설치되고, 그 위에 길게 연속된 레일(11)이 설치된다. 도면에서 부재번호 209로 표시된 것은 직결식 콘크리트 궤도(100A)와 교량 상부구조물(200)을 일체화시키는 캠플레이트 등과 같은 일체결속부재(209)이다.

이러한 본 발명의 경우, 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 일측은 교대(300)에 고정되어 있고, 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 타측에서는 교량 상부구조물(200)과 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 콘크리트 슬래브(12) 사이에 슬라이드층(13)이 존재하므로, 슬라이드층(13)이 존재하는 구간에서는 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)과 교량 상부구조물(200) 간의 종방향 거동이 서로 분리된다. 즉, 온도신축으로 인하여 교량 상부구조물(200)에 종방향 변위가 발생하더라도, 슬라이드층(13)으로 인하여, 교량 상부구조물(200)의 종방향 변위가 콘크리트 슬래브(12)로 전달되지 않으며, 따라서 콘크리트 슬래브(12)에 설치된 레일(11)에는 교량 상부구조물(200)의 종방향 온도신축으로 인한 불리한 부가 축력이 작용하게 되는 것이 방지된다. 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 콘크리트 슬래브(12)는 교량 상부구조물(200)의 온도신축으로부터 분리되어 독립적으로 거동하게 되고, 그에 따라 교량 상부구조물(200)의 온도신축으로 인한 불리한 부가 축력이 레일(11)에 작용하게 되는 것을 효과적으로 예방할 수 있게 되는 것이다.

도 6에는 철도 교량에서 교량 상부구조물이 이웃하는 교량 상부구조물과 인접하게 되는 교각부 위치에, 본 발명에 따른 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)가 설치되어 있는 다경간 단순교 형태의 철도 교량을 횡방향으로 바라본 상태로 간략히 표현한 개략적인 측면도가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 6에서 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)가 설치된 교각부의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 7에 도시된 부분을 횡방향으로 바라본 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 도 6에서도 교량 상부구조물을 지지하는 지점부에서, 삼각형으로 표시된 것은 종방향 이동이 불가능한 고정지점부를 의미하며, 원형으로 표시된 것은 종방향 이동을 허용하는 이동지점부를 의미한다. 도 7 및 도 8에서 도면부호 320은 고정지점부를 형성하는 고정 교량받침(320)을 나타낸다. 한편, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어서는, 편의상 서로 이웃하는 2개의 교량 상부구조물을 각각 제1교량 상부구조물(200a)과 제2교량 상부구조물(200b)이라고 구분하여 기재한다.

도 5 내지 도 7에 도시된 것처럼, 철도 교량에 있어서, 교량 상부구조물이 서로 인접하게 되는 교각부 위치에 본 발명에 따른 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)를 설치할 경우, 본 발명의 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)는 서로 이웃하는 교량 상부구조물에 동시에 걸쳐지도록 배치된다. 이 때, 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 일측 단부에 구비된 앵커부재(14)는, 일측의 제1교량 상부구조물(200a)에서 고정 교량받침(320)의 연직 상향 위치에 관입 고정되며, 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 타측은 그에 이웃하는 타측의 제2교량 상부구조물(200b) 위에 놓이도록 설치된다. 이 경우, 앵커부재(14)가 고정 결합되는 <고정지점부>는 제1교량 상부구조물(200a)에서 고정 교량받침(320)이 설치된 위치의 연직 상향 지점이 되는 것이다.

따라서 철도 교량의 제1 및 제2교량 상부구조물 사이의 간격에서, 레일(11)이 체결되어 있는 콘크리트 슬래브(12)가 단절되지 않고 종방향으로 연속된 상태가 되며, 더 나아가 제1교량 상부구조물(200a)의 고정지점부가 존재하는 위치에서는 콘크리트 슬래브(12)가 교량 상부구조물에 고정된 상태에 있게 된다. 교량 상부구조물의 다른 구간 즉, 본 발명의 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)가 설치된 곳 이외의 구간에는, 종래 기술과 마찬가지로 교량 상부구조물의 교량 보호콘크리트 층(210)과 직결되는 형태의 직결 콘크리트 궤도(100A)가 설치되고, 그 위에 레일(11)이 종방향으로 연장된 상태로 설치된다.

도 6 내지 도 8에 도시된 경우에도, 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 일측은 제1교량 상부구조물(200a)의 고정지점부 위치에 고정되어 있고, 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 타측에서는 제2교량 상부구조물(200b)과 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 콘크리트 슬래브(12) 사이에 슬라이드층(13)이 존재하므로, 슬라이드층(13)이 존재하는 구간에서는 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)와 제2교량 상부구조물(200b) 간의 종방향 거동이 서로 분리되며, 따라서 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)와 제2교량 상부구조물(200b) 간의 상호 작용이 차단됨으로써, 콘크리트 슬래브(12)에 설치된 레일(11)에는 제2교량 상부구조물(200b)의 종방향 온도신축으로 인한 불리한 부가 축력이 작용하게 되는 것을 효과적으로 예방할 수 있게 된다.

본 발명에서 슬라이드층(13)이 형성되는 구간의 종방향 길이는, 철도 교량의 설계 및 시공에서 요구되는 콘크리트 궤도와 교량 간의 상호작용 저감 정도에 따라 궤도-교량 상호작용 해석을 통하여 설계자가 적절히 산정할 수 있다. 도 9에는 경간장이 70m인 단경간 단순교 형태의 철도 교량을 대상으로, 슬라이드층(13)이 형성되는 구간의 종방향 길이를 달리하였을 때, 거리(longitudinal distance, 가로축, 단위 "미터")와, 레일에 작용하는 부가 축력(stress, 세로축, 단위 "MPa") 간의 관계를 보여주는 그래프도가 도시되어 있다. 도 9에서 "Fixed"라고 기재된 것은 경간장 전체에 걸쳐서 콘크리트 궤도가 교량 상부구조물에 직결된 상태 즉, 교량 상부구조물에 종래 기술에 의한 직결식 콘크리트 궤도만이 설치된 경우를 나타내며, "Sliding Track System"이라고 기재된 것은 슬라이드층(13)이 경간장 전체에 걸쳐서 형성된 경우를 나타낸다. 그리고 도 8에서 "Partial Sliding Track System_5m", "Partial Sliding Track System_10m", "Partial Sliding Track System_15m", 및 "Partial Sliding Track System_20m"라고 기재된 것은, 본 발명에 따른 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)에서 슬라이드층(13)이 형성된 구간의 종방향 길이가 각각 5m, 10m, 15m 및 20m인 경우를 나타낸다. 아래의 표 1에는 도 9에 도시된 것에 대한 정확한 수치값이 정리되어 있다.

경간장	궤도 형식	레일의 부가 축력 (MPa)	고정지점부 반력 (kN)	콘크리트 슬래브 최대 축력 (kN)
70m	Fixed Track_70m	92.34	-
	Sliding Track_70m	14.53	6278	6246
	Partial Sliding Track_5m	84.99	684	610
	Partial Sliding Track_10m	73.13	1197	1133
	Partial Sliding Track_15m	62.08	1548	1503
	Partial Sliding Track_20m	52.39	1763	1747

도 9 및 표 1에서 알 수 있듯이, 경간장이 70m인 단경간 단순 철도 교량에 종래 기술에 의한 직결식 콘크리트 궤도만을 적용한 경우에는, 레일에 발생하는 부가 축력이 92.34MPa로서, 설계 상한 값인 92MPa을 초과하여 설계 기준을 만족하지 못하는 것으로 확인되었다. 반면에 본 발명에 따른 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)를 적용한 경우, 슬라이드층(13)이 형성된 구간의 종방향 길이가 길어질수록 레일에 발생하는 부가 축력이 줄어들었으며, 슬라이드층(13)이 형성된 구간의 종방향 길이가 5m 이상이 되면 모두 레일에 발생하는 부가 축력이 설계 상한 값인 92MPa 미만이 되어 설계 기준을 만족하였다. 즉, 레일에 발생하는 부가 축력의 상한 92MPa을 만족하기 위해서는 슬라이드층을 5m만 적용하여도 충분한 것으로 확인된 것이다.

특히, 콘크리트 슬래브(12)에 작용하는 축력과, 고정 지점부에서의 반력을 고려할 때, 슬라이드층(13)이 경간장 전체에 걸쳐서 형성되는 것에 비하여, 본 발명처럼 슬라이드층(13)을 경간장 일부에만 적용하였을 경우가, 부가 축력의 상한을 넘지 않으면서도 지점부에서의 반력과 콘크리트 슬래브에 작용하는 축력에서 더 유리하며, 그에 따라 앵커부재(14)에 작용하는 하중과 콘크리트 슬래브의 부재력을 현저히 저감시켜서, 시공 경제성이 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 따른 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)의 종방향 길이를 조절하여 슬라이드층(13)이 형성된 길이를 필요에 맞게 설정함으로써 콘크리트 궤도와 교량 상부구조물간의 상호작용 차단 및 그에 따른 레일의 부가 축력 발생 예방 효과를 설계에 필요한 정도로 조절할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에서는 철도 교량을 설계할 때, 콘크리트 궤도와 교량 상부구조물간의 상호작용 차단 효과를 원하는 정도에 맞추어서 슬라이드층(13)의 종방향 길이를 가변적으로 선택할 수 있는 것이며, 따라서 현장 상황에 맞추어서 최적화된 상태로 슬라이딩 콘크리트 궤도를 적용하는 것이 매우 용이하다는 장점이 발휘된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 슬라이딩 콘크리트 궤도(100)를 이용하는 경우, 철도 교량의 전체 경간이 아닌 일부 경간장에만 슬라이드층이 형성되는 형태가 되므로, 콘크리트 궤도와 교량 상부구조물간의 상호작용으로 인하여 발생하는 레일의 부가 축력을 효과적으로 감소시키면서도, 철도 교량의 경간의 나머지 구간에서는 종래의 직결식 콘크리트 궤도를 사용할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에서는 철도 교량의 전체 경간에 슬라이드층을 형성하는 것이 아니라 일부 경간장에만 슬라이드층이 형성되므로, 슬라이드층이 형성되는 구간을 제외한 다른 구간에 대해서는 기존의 콘크리트 궤도와 동일한 형식을 취할 수 있는 것이다. 특히, 장경간의 철도 교량에서는 콘크리트 궤도와 교량 상부구조물간의 상호 작용을 저감시키기 위하여, 레일을 콘크리트 궤도에 결합할 때 특수한 체결장치의 사용이 필수적인 것으로 여겨졌으나, 본 발명을 적용하면 일반 체결장치를 사용하여도 무방하게 되며, 그에 따라 레일 설치 및 유지 관리에서 유리하게 된다.

또한 철도 교량의 경간이 길어지거나, 연속교의 형태가 될 경우, 콘크리트 궤도와 교량 상부구조물간의 상호 작용을 저감시키기 위하여, 레일신축이음장치가 필요하였으나, 본 발명에 따른 콘크리트 궤도를 적용하게 되면, 레일신축이음장치가 필요하지 않게 되며, 그에 따라 레일신축이음장치의 유지보수 및 관리를 생략할 수 있게 되는 장점도 가진다.

앞서 살펴본 것처럼, 철도 교량의 전경간에 걸쳐 슬라이드층을 형성하는 것이 아니라, 본 발명의 콘크리트 궤도를 이용하여, 철도 교량의 경간 중에서 일부 구간에만 슬라이드층을 형성하여도 설계 기준에 적합하다. 따라서 본 발명을 이용하게 되면, 콘크리트 슬래브에 재하되는 부재력 및 콘크리트 궤도를 고정시키기 위한 힘도 줄일 수 있으므로, 그만큼 콘크리트 슬래브의 규모를 줄일 수 있고, 콘크리트 궤도의 고정을 위한 앵커부재의 규모도 줄일 수 있게 되어, 시공 경제성을 더 향상시킬 수 있게 된다.

무엇보다도 본 발명에서 콘크리트 궤도는 그 자체에서의 온도 변화에 따른 신축이 방지됨과 동시에, 교량 상부구조물에 발생하는 온도신축에 의한 종방향 변위는 슬라이드층의 존재로 인하여 콘크리트 궤도로 전달되지 않으므로, 콘크리트 궤도에 설치된 레일에는 콘크리트 궤도와 교량 바닥판 간의 온도신축 차이로 인한 부가 응력이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 되고, 그에 따라 레일의 뒤틀림 등의 변형을 예방할 수 있게 되어 열차의 안전운행을 보장하게 되는 장점이 있다.

위와 같은 본 발명은 신설되는 철도 교량뿐만 아니라, 기설 철도 교량에 대해서도 적용될 수 있다. 즉, 기설 철도 교량에서 콘크리트 궤도와 교량 상부구조물간의 상호 작용에 따른 문제가 발생되거나 또는 문제의 발생이 우려되는 경우, 위에서 설명한 내용에 따라 본 발명의 슬라이딩 콘크리트 궤도를 적용함으로써, 이러한 문제를 해결할 수 있게 된다.

11: 레일
12: 콘크리트 슬래브
13: 슬라이드층
14: 앵커부재
15: 횡방향 지지블럭
100: 슬라이딩 콘크리트 궤도
200: 교량 상부구조물

Claims (8)

1. 철도 교량의 경간 일부 구간에 설치되는 슬라이딩 콘크리트 궤도로서,
   철도 차량이 주행하는 레일과, 상기 레일의 하부에 위치하여 레일이 고정 설치되는 콘크리트 슬래브와;
   상기 콘크리트 슬래브의 하면에 구비되고 저마찰 재료로 이루어져서 콘크리트 슬래브가 종방향으로 슬라이딩할 수 있게 만드는 슬라이드층과;
   콘크리트 슬래브를 교량의 고정지점부에 고정시키기 위하여 콘크리트 슬래브의 종방향 일측 하부에 구비된 앵커부재를 포함하며;
   철도 교량의 교량 상부구조물에서, 앵커부재가 구비된 종방향 일측 단부는 고정지점부 위에 놓여서 앵커부재가 고정지점부에 고정되고, 종방향 타측 단부는 고정지점부에 이웃한 교량 상부구조물 위에 놓이도록 설치되어, 종방향 타측 단부가 놓여 있는 교량 상부구조물이 온도 신축하여 종방향 변위가 발생하더라도 콘크리트 슬래브에 전달되지 않도록 함으로서 레일에 부가 축력이 작용하는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 철도 교량의 슬라이딩 콘크리트 궤도.
   
2. 제1항에 있어서,
   교량 상부구조물의 상면에 형성되는 교량 보호콘크리트 층에 고정된 상태로 직립 설치되어 콘크리트 슬래브의 횡방향 양측 각각에 밀착됨으로써 콘크리트 슬래브의 횡방향 움직임을 제한하는 횡방향 지지블럭이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 교량의 슬라이딩 콘크리트 궤도.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   슬라이드층은 PE-시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도 교량의 슬라이딩 콘크리트 궤도.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   슬라이드층은 토목섬유 사이에 PE-시트를 설치한 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 철도 교량의 슬라이딩 콘크리트 궤도.
   
5. 교량 상부구조물, 상기 교량 상부구조물과 직결된 형태로 설치되는 직결 콘크리트 궤도를 포함하는 철도 교량으로서,
   종방향 일단의 교량 상부구조물과 교대 사이에는, 직결 콘크리트 궤도를 대신하여, 철도 차량이 직접 주행하는 레일과, 상기 레일의 하부에 위치하여 레일이 고정 설치되는 콘크리트 슬래브와, 상기 콘크리트 슬래브의 하면에 구비되고 저마찰 재료로 이루어져서 콘크리트 슬래브가 종방향으로 슬라이딩할 수 있게 만드는 슬라이드층과, 콘크리트 슬래브를 교량의 고정지점부에 고정시키기 위하여 콘크리트 슬래브의 종방향 일측 하부에 구비된 앵커부재를 포함하는 슬라이딩 콘크리트 궤도가 설치되는데;
   앵커부재가 구비된 슬라이딩 콘크리트 궤도의 종방향 일측 단부는 교대 위에 놓여서 앵커부재가 교대에 고정되고, 종방향 타측 단부는 교대에 이웃한 교량 상부구조물 위에 놓이도록 설치되어, 종방향 타측 단부가 놓여 있는 교량 상부구조물이 온도 신축하여 종방향 변위가 발생하더라도 콘크리트 슬래브에 전달되지 않도록 함으로써 레일에 부가 축력이 작용하는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 철도 교량.
   
6. 제5항에 있어서,
   철도 교량은, 복수개의 교량 상부구조물이 종방향으로 연속 배치되어 있는 다경간 단순교이며;
   앵커부재가 구비된 슬라이딩 콘크리트 궤도는, 교량 상부구조물이 이웃하는 교량 상부구조물과 인접하게 되는 교각부 위치에서, 서로 이웃하는 교량 상부구조물에 동시에 걸쳐지도록 배치되는데;
   슬라이딩 콘크리트 궤도의 종방향 일측 단부에 구비된 앵커부재는, 일측의 교량 상부구조물에서 고정 교량받침의 연직 상향 위치에 관입 고정되며;
   앵커부재가 구비된 슬라이딩 콘크리트 궤도의 타측은, 이웃하는 타측의 교량 상부구조물 위에 놓이도록 설치되는 것을 특징으로 하는 철도 교량.
   
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   교량 상부구조물의 상면에는 교량 보호콘크리트 층이 형성되어 있으며, 상기 교량 보호콘크리트 층 위에 슬라이드층이 놓이도록 슬라이딩 콘크리트 궤도가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 교량.
   
8. 제7항에 있어서,
   슬라이딩 콘크리트 궤도에서 콘크리트 슬래브의 횡방향 양측 각각에 밀착됨으로써 콘크리트 슬래브의 횡방향 움직임을 제한하는 횡방향 지지블럭이 교량 보호콘크리트 층에 고정된 상태로 직립 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 교량

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