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1 국토교통연구기획사업기획보고서 R&D / Land Infrastructure and Transport R&D Report 무도상교량장대레일화기술개발기획최종보고서 주관연구기관 / 한국철도공사공동연구기관 / 한국철도기술연구원 국토교통부국토교통과학기술진흥원

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3 제출문 국토교통부장관귀하 이보고서를 무도상교량장대레일화기술개발기획 과제의최종보고서로제출합니다. 주관연구기관명 : 한국철도공사주관연구책임자 : 박성백과장참여연구원 : 강태구단장참여연구원 : 허영탁부장참여연구원 : 전영식부장참여연구원 : 신승훈부장참여연구원 : 배석복부장참여연구원 : 박준성차장참여연구원 : 신복승차장참여연구원 : 정광채차장참여연구원 : 김승규과장참여연구원 : 권세곤과장참여연구원 : 김영철과장참여연구원 : 김지훈과장참여연구원 : 백인철대리 공동연구기관명 : 한국철도기술연구원연구책임자 : 양신추박사참여연구원 : 황성호박사참여연구원 : 김은박사

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5 보고서요약서 과제고유번호 EI- EI03- EI0308 해당단계연구기간 ~ ( 8 개월 ) 단계구분 해당없음 중사업명 연구사업명 세부사업명 2015 년국토교통연구기획사업 대과제명 연구과제명 세부과제명 무도상교량장대레일화기술개발기획 해당단계참여연구원수 총 : 17명내부 : 17명외부 : 0명 해당단계 연구비 정부 :50,000천원민간 :50,000천원계 :100,000천원 연구책임자 박성백 ( 주관 ) 양신추 ( 공동 ) 총연구기간참여연구원수 총 : 17명내부 : 17명외부 : 0명 총연구비 정부 :50,000천원민간 :50,000천원계 :100,000천원 연구기관명및소속부서명 한국철도공사연구원 ( 주관 ) 한국철도기술연구원 ( 공동 ) 참여기업명 국제공동연구 위탁연구 상대국명 : 상대국연구기관명 : 연구기관명 : 연구책임자 : 무도상교량장대레일화설계핵심기술개발및성능평가기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 보고서면수 : 180P 색인어 ( 각 5 개이상 ) 한글 영어 노후교량, 판형교, 트러스교, 장대레일, 목침목 - 거더체결시스템, 목침목탄성패드, 교량거더와일체화된궤도구조 Old railway bridge, Plate girder bridge, Truss bridge, Continuous welded rail, Wooden sleeper-girder fastening system, Wooden sleeper elastic pad, Bridge girder integrated track structure - 5 -

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7 요약문 Ⅰ. 제목무도상교량장대레일화기술개발기획 Ⅱ. 기술의정의및필요성 1. 기술의정의무도상교량장대레일화기술은건설년도가오래되어레일을장대화하기어려운조건에있는판형교, 트러스교등무도상교량 ( 도상자갈이없는교량 ) 에대하여열차운행선상의시공성, 안전성, 친환경성, 유지관리성측면을고려하여최소한의투자로레일장대화할수있도록개량하기위한제반기술 2. 기술개발필요성현재기존선에는자갈도상없이거더에침목이직결되어있는무도상교량 ( 판형교 (453개소), 트러스교 (11 개소 )) 이다수존재무도상교량은대부분일제시대에건설되어교량및궤도상태가레일을장대화하기어려운조건에있음. 판형교일부가유도상화사업을통하여레일장대화가이루어지고있지만사업추진이매우느리게진행되고있어장기적으로상당수가비장대화상태로놓이게될전망이며, 트러스교의경우는레일장대화사업에포함되어있지않음. 무도상교량구간에서레일비장대화는승객의승차감및차량의주행안전성저하와열차속도의제한요인으로작용하여철도서비스품질및대외경쟁력을크게저하시키고있음. 또한차륜이이음매통과를통과할때발생하는매우큰충격하중으로궤도파손및차륜손상으로유지보수비가크게발생하고있음. 교량상에다수의레일이음매의존재로타구간에비하여매우큰소음, 진동이발생함에따라서승객및철도연변주민이큰불편을격고있음. 따라서트러스교를포함한노후무도상교량에서레일장대화는국가적으로반드시필요한과제임

8 Ⅲ. 국내외동향및환경분석 1. 특허동향기존특허등을조사한결과본기술과직접적인연관성을가지는것은조사되지않았으며, 기존운행선상에서무도상교량의장대레일해석및설계기술 (Analysis and design of Continuous welded rail), 무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 의사용성및소음 / 진동평가기술 (Evaluation of serviceability and sound/vibration), 궤광개량기술 (Improvement of track structure), 상태평가및보강기술 (Status assessment and reinforcement) 은국내 / 외기술을찾아보기힘든독창적인기술임 2. 시장동향국내에서무도상교량판형교가 443개소로서연장 36,583m이고트러스교 11개소 6,588 m 이며, 이들교량중에총 243개교량 ( 총연장 705,414 m) 에대하여단계적으로유도상화할예정임. 무도상판형교유도상화사업대상교량의대부분이 2020년이후에사업예정이고이들교량에대해서는본연구사업성과를반영하여무도상교량으로장대화화가가능 (187개소 535,912 m, 5300억원 ) 판형교유도상화사업에제외된 153개교량 ( 연장 501,769 m) 에대해서도단기간내폐선예정인구간을제외하고는무도상교량레일장대화사업결과를적용할수있음. 한강철교등모든트러스교량의경우슬래브판넬을이용한유도상화작업의어려움으로유도상화사업에서제외됨. 모든트러스교량은무도상교량레일장대화사업의대상 (11개소 6,588m) 북한의열차운영환경으로서열차통합운영의효과를높이기위해서는수송능력의증대를위해기존철도시스템의대폭적인개선및현대화가필요한실정. 북한철도노선 5100km 중에서 15% 이상 (765km) 이교량구간으로추정되며, 대부분무도상목침목궤도상태를유지하고있기때문에본사업에서개발한무도상레일장대화기술은북한철도의개선및현대화에효율적으로적용될것으로판단됨. 일본, 프랑스, 독일, 영국등대부분의국가가 1800년대에철도를개통하였으며, 이들국가를비롯하여, 이들국가의영향하에있던많은국가에서건설된대다수교량이트러스교및판형교형식임. 국외적으로판형교및트러스교는다수존재하는것으로파악되기때문에논연구 - 8 -

9 사업을통하여효율적인무도상교량장대화기술이개발될경우이를수출할수있는국제적시장은충분히확보되어있다고판단됨. 3. 정책동향본기술은정부의창조경제국가R&D 중장기계획이지향하고있는연구정책방향에맞추어대용량 고속화철도시스템개발을통한철도수송분담률향상및해외시장진출도모를통한철도산업 기술경쟁력제고를도모하고, 제1차 (2015~2019) 중견기업성장촉진기본계획이지향하고있는과학기술을기반으로한중소기업육성, 일자리창출등중견기업의양적확대, 질적성장, 글로벌전문기업화추진및중견기업의양적확대를통한기업생태계의허리를튼튼히하는중견후보기업군을발굴 육성정책에부응하고, 국가온실가스감축, 2020년로드맵 ( 환경부 ) 에명시하고있는수송분야대중교통인프라확충간선철도망철도수송부담율상승등의정책에부응하고, 제3차국가교통기술개발계획 (2014~2018) 은국가통합교통체계효율화법에의거향후 5년 (2014년~2018년) 간교통기술의연구개발을촉진하기위한정부의교통기술관련정책중교통기술개발과제및투자규모등을체계적으로설정하는기본계획이며이중철도분야는국민행복을위한빠르고, 안전하고, 경제적인철도개발중점추진분야 (Smart, Safe, Economical Railroad) 에투자계획 (1조 738억원 ) 이있음본과제수행시이러한정책부응이가능함제1차지속가능국가교통물류발전기본계획 (2011~2020_ 국토해양부 ) 대중교통수단 ( 버스, 지하철, 철도 ) 의수송분담률은수도권에서약 40% 이나대구, 광주, 대전권에서약 20% 로서지방대도시권의대중교통수송분담률은아직도매우낮은수준으로분석되고있으며, 그중철도의수송분담률을높이기위해서는철도망확충과기존선의승차감, 속도향상등이필요하나이를위해서는본과제의최종성과품인무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 의장대화가시급한실정이고이를실현할경우 Marco Polo programme( 도로운송화물을철도 해운으로전환시키는정책 ) 에효과적으로대응가능할것으로판단정책적인분석을종합해볼때녹색물류네트워크구축과경쟁력강화를통해철도수송분담률제고를위해본과제는반드시필요하며, 이러한긍정적인효과들이국가경쟁력향상및국가정책을실현하는데크게도움될것이라판단됨 - 9 -

10 4. 논문동향논문조사및분석결과장대레일해석및설계기술분야에서교량상장대레일축력해석및설계에관한연구가 1980년대이후활발하게추진되었고이들연구결과를바탕으로교량상장대레일축력설계기준이제정되었음. 사용성및소음 / 진동평가기술분야에서도철도교량에서의차량의주행안전성및승객의승차감을대상으로하는연구는비교적 2000년이후부터활발하게연구되어지고있음. 그러나이들연구의대부분은최근에건설되는고속철도교량을대상으로하고있으며, 노후된판형교또는트러스를대상으로하는연구사례는거의없다고할수있음. 또한최근차량-궤도-교량상호작용해석기법의개발에힘입어교량진동에의하여교량차체에서방사되는소음을예측하는기법에대한연구들이보고되고있으나판형교를대상으로판형교의진동에의하여방사되는소음을예측하는연구사례는지금까지거의없다고할수있음. 궤광개량기술분야의기술과관련하여자갈궤도또는슬라브궤도에서새로운형식의궤광이다수제안되었지만노후된판형교또는트러스교에서궤도를개량하기위한궤광구조개발에대한연구또는개발사례는거의없다고할수있음. 교량의상태평가와모니터링시스템구축에의한진단에대한연구사례는매우많다고할수있음. 그러나판형교또는트러스교를대상으로하는상태평가또는보수보강에대한연구사례는거의없다고할수있음. 이렇게노후된판형교또는트러스교등의무도상교량과관련하여레일장대화또는교량자체의구조안정성또는사용성에관한논문이적은것은학술적관심이주로열차속도의증가에대한대처및신설교량의설계등에주어졌기때문이며, 노후교량의성능개선에대해서는상대적으로관심이적었기때문으로판단됨. 노후된판형교또는트러스교등이국내외적으로다수존재하기때문에이들교량에대하여레일장대화를통하여성능을개선할경우열차수송량증대와안전성및편의성향상등으로경제적, 사회적파급효과가매우클것으로기대됨

11 Ⅳ. 본과제연구개발과제의구성및추진전략 1. 연구개발과제의구성, 연구목표및내용가. 1 세부과제 : 무도상교량장대레일화설계핵심기술개발및성능평가 (1) 세부과제연구목표무도상교량 ( 판형교및트러스교 ) 의구조적특성및상태를반영한장대레일해석, 설계, 그리고사용성검토단계들에서필요한핵심기술의개발과, 기술적용을통한개발시스템의적합성검토및성능제고. (2) 주요연구내용 ( 가 ) 레일장대화기술요건정립 레일장대화국내외기술기준조사및분석 종저항력확보를위한궤도, 거더, 교각, 교좌장치, 기초등의레일장대화기술요건도출 ( 나 ) 궤도-교량종방향상호작용해석및설계기술개발 궤도, 거더, 교각, 교좌장치, 기초의변위-종저항력거동특성분석 무도상교량 ( 판형교및트러스교 ) 의궤도- 교량종방향상호작용해석모델링개발 구조적특성및상태를고려한무도상교량장대레일적정설계방안가이드라인개발 ( 궤도종저항력요건, 교좌장치유형별배치, 레일신축이음매설치등 ) ( 다 ) 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 개발품의구조적거동특성을고려한궤도횡저항력평가 횡방향레일좌굴해석모델링개발 개발시스템의좌굴안정성평가 ( 라 ) 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 개발시스템구조안정성평가 차량-궤도-무도상교량상호작용해석모델링개발 차량- 궤도- 무도상교량상호작용해석을통한차량의주행안전성및승객의승차감평가 ( 마 ) 궤도-교량시스템소음 / 진동평가기술개발

12 궤도-교량시스템진동해석기법개발 궤도-교량시스템구조체진동에따른방사소음예측기법개발 개발시스템의진동및소음평가 ( 바 ) 궤도및교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발 레일장대화요건파악을위한궤도및교량상태평가체크리스트및절차서개발 상태평가결과에연동된효과적인보강매뉴얼개발 ( 사 ) 시험시공구간개발장치및궤도구조성능평가 계측계획수립 ( 계측망구성, 계측일정등 ) 나. 2 세부과제 : 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 (1) 세부과제연구목표 ( 가 ) 기존궤도구조를활용하여적은비용으로신속하게레일장대화기위한중요장치를개발하고, 개발장치및구조시스템의시험시공을통하여현장적용성을확인 (2) 주요연구내용 ( 가 ) 목침목-강거더 ( 교량 ) 체결시스템개발 개발품설계, 제작및현장성능시험 ( 나 ) 선형조정및충격완화용목침목탄성받침개발 개발품설계, 제작및실내및현장성능시험 ( 다 ) 개발구성품및구조시스템시험시공 시험시공다. 3 세부과제 : 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 (1) 세부과제연구목표 ( 가 ) 무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 의기존목침목궤도구조를개량하기위한강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발

13 (2) 주요연구내용 ( 가 ) 궤도구조시스템설계 강거더 ( 교량 ) 일체형궤도구조설계요건도출 개념설계, 기본설계, 상세설계 궤도-교량시스템사용성및소음 / 진동검토 ( 나 ) 궤도구조제작 자재조달및제작계획서작성 궤도구조시스템시험제작 ( 다 ) 궤도구조실내성능평가 실내성능시험계획수립 ( 라 ) 운행선시공법개발 운행선시공요건도출 공사절차서작성 ( 마 ) 상용화를기반구축 품질및성능기준작성 제작시방서작성 시공지침서작성 LCC 평가

14 2. 연구개발추진체계 무도상교량레일장대화기술개발 무도상교량장대레일설계및성능평가핵심기술개발 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 레일장대화기술요건정립 궤도 - 교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발 목침목 - 강거더체결시스템설계 목침목탄성받침설계 궤도구조설계 궤도 - 교량종방향상호작용해석및설계기술개발 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 목침목 - 강거더체결시스템제작 목침목 - 강거더체결시스템성능시험 목침목탄성받침제작 목침목탄성받침성능시험 궤도구조제작 궤도구조실내성능시험 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 궤도 - 교량시스템소음 / 진동평가기술개발 시험시공구간교량보수보강공사 운행선시공법개발 시험시공구간해석적방법에의한구조안정성및사용성검토 시험시공구간계측및측정에의한성능평가 개발구성품및신형식궤도구조시험시공 개발장치성능개선 궤도구조성능개선 상용화를위한기반구축 3. 기술 / 성과로드맵 1 차년도 2 차년도 3 차년도 4 차년도 5 차년도 레일장대화기술요건정립 ( 기준조사, 장대화요건도출 ) 궤도 - 교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발 - 상태평가항목및절차서개발 - 상태평가리스트에연동된보강매뉴얼개발 무도상교량장대레일설계및성능평가핵심기술개발 궤도 - 교량종방향상호작용해석및설계기술개발 - 변위 - 종방향거동특성분석 - 궤도 - 무도상교량종방향상호작용해석모델링개발 - 무도상교량장대레일설계가이드라인개발 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 - 무도상교량궤도횡저항력평가 - 좌굴해석모델링개발 시험시공구간장대레일설계및해석적방법에의한구조안정성평가 시험시공구간좌굴안정성분석 개발구성품및구조시스템성능평가 - 계측계획수립 - 시공중게이지및측정설비설치 시험시공구간계측을구조안정성평가 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 - 차량 - 궤도 - 무도상교량상호작용해석모델링개발 궤도 - 교량시스템소음 / 진동평가기술개발 - 궤도교량진동해석기법개발 - 구조체진동에의한방사소음예측기법개발 시험시공구간해석적방법에의한사용성평가 시험시공구간해석적방법에의한소음및진동평가 시험시공구간계측을사용성평가 시험시공구간계측을통한소음및진동평가 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템설계및제작 목침목탄성받침설계및제작 체결시스템성능시험 탄성받침성능시험 실내성능시험및시험시공을통한개발장치성능개선 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 시험시공계획수립 - 시험시공개소선정 - 세부공정계획수립 - 자재조달및구매계획수립 개발장치및궤도구조시험시공 - 공사발주 - 시험시공 - 준공검사 개발장치및궤도구조유지관리매뉴얼작성 시험시공구간교량상태평가및보수보강공사 궤도구조설계 - 설계요건정립 - 개념, 기본, 상세설계 궤도구조제작 - 제작계획서작성 - 시험제작 궤도구조실내성능시험 - 성능시험계획수립 - 성능평가 실내성능시험및시험시공을통한궤도구조성능개선 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 운행선시공법개발 - 운행선시공요건도출 - 공사절차서개발 상용화를위한기반구축 - 품질및성능기준작성 - 제작및시공지침서작성 -LCC 평가

15 4. 연구추진전략가. 1세부과제 : 무도상교량장대레일화설계핵심기술개발및성능평가궤도-교량시스템구조해석및사용성검토에요구되는해석기법에대하여국내외적으로기존에개발된것들을체계적으로조사하여가급적기개발된 S/W를활용함으로써해석기법개발에따른기간및비용을최소화함. 판형교, 트러스교등무도상교량의구조특성상기존에개발된해석기법을활용할수없는부분을집중하여연구개발함으로써과제의집중도를높임. 해석기법개발과제특성상고도의전문가가참여가요구되는과업에대해서는최대한전문기술을보유한기관또는인력이참여토록하여연구의내실화를도모함. 해석기법의개발은연구초기단계에집중적으로개발함으로써사업을통하여개발할구성품또는구조시스템의최적설계및성능검토에최대한활용할수있도록함. 해석기법의신뢰도는해석에사용되는제원및물성치의정확한모델링에직결되어있는만큼가급적실내또는현장시험을통하여제원및물성치에대한정보를수집함. 궤도-교량종방향상호작용해석기법을활용한다양한파라메타연구를통하여레일장대화에요구되는궤도및교량각부의품질및기능을체계적으로파악하고이를토대로상태평가체크리스트및보강매뉴얼을개발 나. 2세부과제 : 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공레일장대화를위하여개발되었던강거더-목침목체결장치등이사용년도가지남에따라서기능이급격하게저하되었던점을고려하여장기내구수명을갖도록구성품을개발. 강거더-목침목체결장치를적용한소규모개량및강거더 ( 교량 ) 일체형저진동스마트궤도구조를적용한중규모개량을동시에시행할수있는시험시공장소를선정하여다양한개발품들의성능을동시에확인할수있도록함. 시험시공대상교량은비교적양호한상태에있는교량을선정함으로써보수보강에요구되는비용을최소화시험시공시교량전체구간중에대부분의구간을소규모로개량하고, 짧은구간을다소많은비용이소요되는강거더 ( 교량 ) 일체형저진동스마트궤도구조를적용함으로써시험시공비용이최소화될수있도록시험시공계획을수립

16 시험시공이운행선에서이루어짐에따라공사중안전이무엇보다도중요하므로사고를방지할수있도록차량운영기관과의체계적인협조체계를구성하고, 현장에상시안전감독관을배치. 시험시공구간에서시험평가시개발품성능, 궤도-교량시스템의사용성, 차량의주행안전성및승객의승차감등체계적으로평가할수있도록시험계획을수립. 다. 3세부과제 : 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발개념설계단계에서다양한유형의궤도구조시스템을도출하고참여연구원및전문가합동토론회의통하여적정궤도구조시스템선정. 1세부과제인무도상교량장대레일설계및성능평가핵심기술개발과제와의연계를통한개발구조시스템의체계적인사용성및효율성검토. 운행선교체공사인점을고려하여조속한시공이가능하고유지관리가용이하도록궤도구조시스템을설계. 궤도구조와교량강거더사이에탄성패드를적용하여소음, 진동을큰폭을저감시킬수있는궤도구조시스템개발. 개념설계단계부터특허출원을실시하여과제로생산된지적재산권보호. 기업체의사업다각화지원및사용화촉진을위하여기업체의적극전인참여유도. 개발궤도구조시스템의조속한상용화를위하여상용화에필요한각종기준및시방서, 매뉴얼등을연구과제를통하여사전에구축. 5. 테스트베드 ( 시험시공구간 ) 구축계획 가. 목적무도상교량장대화를위하여본과제에서개발하는궤도구성품들과신형식궤도구조시스템의현장적용성및요구성능을확인하기위함. 나기본방향 (1) 개발궤도구성품및궤도시스템의성능과적용에따른구조안전성, 장기내구성, 사용성, 친환경성을충분히검증할수있는구간을선정한다

17 - 통과톤수년 1000만톤이상 - 열차속도가 120km/h 이상 - 궤도및교량거동및소음, 진동측정이용이한구간 (2) 레일을장대화함에따라발생하는궤도-교량종방향상호작용력이충분히크게발생함에도이러한하중이궤도및교량의구조안정성에문제가없는것을증명할수있도록교량길이가충분히긴교량 (250m 이상 ) 을선정한다. (3) 열차운행중에공사를시행하여야하므로열차차단시간을어느정도확보할수있는개소를선정한다. (4) 테스트베드구축에따른비용을최소화한다. - 비교적교좌장치, 교대및교각상태가양호한교량을선정함으로써교량보수비용을최소화 - 시험시공구간전체길이에서기존궤도구성품을활용하는구간을최대한길게하고비용이많이소요되는신형식궤도구간은일부구간에부설 (5) 철도시설공단에서정한 철도시설성능검증지침 을만족할수있도록개발궤도구성품및궤도구조의시험시공길이를계획함으로써상용화를촉진토록한다. 따라서궤도구성품부설구간 75m(=0.5x150) 이상, 궤도구조 75m(=0.5x150) 이상부설 철도시설성능검증지침 33조 ( 현장설치시험조건 ) 2. 철도시설의시험구간길이는최소 0.5V( 단위 : m, V : 해당구간의최고운영속도 ) 이상다. 테스트베드선정 (1) 현장조사결과테스트베드구축기본방향에부합하는전라선동진강판형교를선정

18 6. 개발성과물성능목표 주요성능평가항목단위개발목표치성능목표의설정근거 가. 개발핵심설계기술의기술수준 ( 설계, 사용성 평가, 평가 ) 소음진동 정성평가 - 설계 : 해외기술 100% -사용성 평가 : 해외기술 90% - 소음진동평가 : 해외기술 90% - 교량상장대레일설계기술은현재원천기술을확보하고있음. 따라서연구사업을통하여추가적으로노후무도상교량에서의종방향거동특성이규명될경우선진국수준의설계기술을확보가능 - 무도상교량에서열차주행안전성및승차감과발생소음을평가하기위해서는차량 - 궤도 - 구조물의복잡한상호작용해석이요구됨. 이러한해석기술을확보하기위해서는장기간의연구가필요함. 본연구사업을통하여대체로선진국수준의 90% 정도확보가능. 나. 개발궤도및교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼의신뢰성및적용성 정성평가 - 신뢰성 : 현장조건반영의내실성, 체크리스트및매뉴얼의체계성, 장대화기술이론반영깊이, 장대화에영향을주는모든요인의반영여부. - 적용성 : 설계및시공담당자의이해도및적용편의성, 다양한현장에적용가능성 - 개발궤도및교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼의신뢰성및적용성은객관적지표로평가하기어려움. - 따라서과제종료시평가위원의주관적평가를시행할수밖에없음. - 다만심도있는평가를위하여평가의세부항목을제시. 다. 개발침목 - 거더체결장치성능 궤도성능시험 - 장기내구성 : 200 만회반복피로시험 - 궤도구조시스템개발시구조적안정성을확인하는일반적절차. 라. 높이조절용목침목받침의성능 ( 높이조절성능, 장기내구성 ) 항목별도 - 높이조절성능 : +30mm -장기내구성: 300 만회반 복하중시험 후 강성변화 25% 이내 -높이조절용목침목받침은체결장치의탄성패드와같은기능을수행하므로일반적으로요구되는체결장치탄성패드의성능목표치을

19 마. 무도상교량신형식궤도구조성능 ( 구조적안정성, 장기내구성, 소음진동저감 ) 궤도성능시험 - 구조적안정성 : 정적하중실내시험및현장부설시험결과. - 장기내구성 : 200 만회반복피로시험및현장부설시험결과. - 소음저감 : 교량직하부 5m 에서 10dB 저감. 적용. - 궤도구조시스템개발시구조적안정성을확인하는일반적절차. - 대부분의궤도구성품또는궤도시스템의장기내구성을확인하기위하여 200 만회반복피로시험을수행. - 형식궤도구조을적용함에따라교량하부로전파하는소음을저감성능을가시적으로확인하기위해서는교량하부에서최소 10 db 정도의저감성능이필요함. 바. 신형식궤도구조운행선시공속도 사. 신형식궤도구조시공비용. m/ 일 - 20 m/ 일 백만원 /m - 3,000백만원 - 현유도상화공법적용속도는 10 m/ 일정도로개발공법의경제성을향상시키기위하여유도상화공법보다 2 배의시공속도로목표설정 - 유도상화공법의시공비용이평균 6,200 백만원 /m 정도이므로개발공법의경제성을확보하기위해서는사업비를 50% 이하로저감시킬필요가있음

20 7. 최종성과물및활용방안 가. 최종성과물무도상교량장대레일설계기법 (S/W) 무도상교량사용성및소음, 진동평가기법 (S/W) 무도상교량장대레일화체크리스트및보강매뉴얼목침목-교량거더연결장치선형조정용목침목받침무도상교량신형식궤도구조시스템신형식궤도구조시스템운행선시공법, 유지관리매뉴얼 나. 최종성과물활용방안무도상판형교유도상화사업대상교량의대부분이 2020년이후에사업예정 (187개소 535,912 m, 5300억원 ) 이고이들교량에대해서는본연구사업성과를반영하여무도상교량으로장대화화가가능판형교유도상화사업에제외된 153개교량 ( 연장 501,769 m) 에대해서도단기간내폐선예정인구간을제외하고는무도상교량레일장대화사업결과를적용할수있음. 한강철교등모든트러스교량의경우슬래브판넬을이용한유도상화작업의어려움으로유도상화사업에서제외됨. 모든트러스교량은무도상교량레일장대화사업의대상 (11개소 6,588 m) SRX 유라시아철도를대비한북한철도노선 5100km 중에서 15% 이상 (765km) 이교량구간으로추정되며, 대부분무도상목침목궤도상태를유지하고있기때문에본사업에서개발한무도상레일장대화기술은북한철도의개선및현대화에효율적으로적용

21 V. 자원투입계획 1. 연구시설및장비투입계획 가. 1세부과제 년도 연구내용 연구시설및장비투입계획 1차 궤도-교량종방향상호작용해석및설계기술개발 도상종저항측정기 (10회) 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 도상횡저항측정기 (10회) 현장소음측정시스템 ( 마이크로폰, Dada 3차 궤도-교량시스템소음 / 진동평가기술 Recorder 등 ) (5회) 개발 진동측정시스템 ( 가속도계, 속도계, Dada Recorder 등 ) (5회)\ 진동측정시스템 ( 가속도계, 속도계, Dada 4차 시험시공구간해석적방법에의한 Recorder 등 ) (5회) 소음, 진동평가 현장소음측정시스템 ( 마이크로폰, Dada Recorder 등 ) (5회) 구조안정성평가장비 ( 응력, 변위, 가속도 측정장비 ) (10회) 사용성평가 ( 윤축, 대차및차체가속도, 5차 개발장치및궤도구조시험시공구간윤중및횡압측정 ) (10회) 성능평가 진동측정시스템 ( 가속도계, 속도계, Dada Recorder 등 ) (5회) 현장소음측정시스템 ( 마이크로폰, Dada Recorder 등 ) (5회) 나. 2 세부과제 년도연구내용연구시설및장비투입계획 2 차 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템개발 선형조정및충격완화용목침목탄성 받침개발 절삭기 ( 밀링머신 ), 압연장비 사출, 성형장비, 금형장비 3 차 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템개발 인장압축시험기 (20 회 ) 피로시험기 (300 만회 )

22 4 차 5 차 선형조정및충격완화용목침목탄성받침개발 시험시공구간교량상태평가및보수보강공사 목침목-강거더 ( 교량 ) 체결시스템및목침목탄성받침성능개선 개발구성품및구조시스템시험시공 목침목-강거더 ( 교량 ) 체결시스템및목침목탄성받침성능개선 인장압축시험기 (50회) 정적, 동적강성측정장비 (50회) 보수보강공사일체 ( 운송장비, 시공장비 ) 절삭기 ( 밀링머신 ), 압연장비 사출, 성형장비, 금형장비 시험시공에필요한시설및장비 준공검사 : EM140 궤도검측자 2회, Trackmaster (3회) 인장압축시험기 (20회) 피로시험기 (300만회) 다. 3 세부과제 년도연구내용연구시설및장비투입계획 2차 궤도구조제작 3차 궤도구조실내성능평가 4차 궤도구조성능개선 5차 궤도구조성능개선 절삭기 ( 밀링머신 ), 압연장비, 용접장비, 금형및사출장비등 인장압축시험기 피로시험기 궤도노반종합시험기 절삭기 ( 밀링머신 ), 압연장비 사출, 성형장비, 금형장비 인장압축시험기 피로시험기 궤도노반종합시험기 2. 인력투입계획 가. 1 세부과제 년도 1 차년도총인력투입계획 인력투입계획 해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 19 명 / 월 2차년도총인력투입계획 해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 27명 / 월 3차년도총인력투입계획 해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 )

23 : 15 명 / 월 4 차년도총인력투입계획 5 차년도총인력투입계획 해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 16명 / 월해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 7명 / 월 나. 2 세부과제 년도 1차년도총인력투입계획 2차년도총인력투입계획 3차년도총인력투입계획 4차년도총인력투입계획 5차년도총인력투입계획 인력투입계획해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 8명 / 월해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 14명 / 월해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 27명 / 월해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 21명 / 월해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 8명 / 월 다. 3 세부과제 년도 1차년도총인력투입계획 2차년도총인력투입계획 3차년도총인력투입계획 4차년도총인력투입계획 5차년도총인력투입계획 인력투입계획해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 10명 / 월해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 13명 / 월해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 25명 / 월해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 18명 / 월해당과제인건비기준 ( 대학조교수급 ) : 8명 / 월

24 3. 연구비투입계획 직접비 ( 천원 ) 수행년차 연구내용 인건비 연구장비및재료비 연구활동비 연구과제추진비 계 1 세부 624, ,000 97,923 30,000 1,542,077 1 차년도 2 세부 237, ,000 82,227 30, ,000 3 세부 297, , ,784 30,000 1,040,000 1 차년도합계 1,159,142 1,670, ,934 90,000 3,202,076 1 세부 802, ,000 97,923 30,000 1,150,406 2 차년도 2 세부 416, ,000 82,227 30, ,329 3 세부 386, , ,784 30, ,165 2 차년도합계 1,604, , ,934 90,000 2,957,900 1 세부 505, ,000 97,923 30, ,190 3 차년도 2 세부 802, ,000 82,227 30,000 1,871,710 3 세부 743,040 2,680, ,784 30,000 3,555,824 3 차년도합계 2,050,790 3,737, ,934 90,000 6,160,724 1 세부 475, ,000 97,923 30,000 1,553,469 4 차년도 2 세부 624, ,000 82,227 30,000 1,286,381 3 세부 534,989 2,650, ,784 30,000 3,317,773 4 차년도합계 1,634,688 4,150, ,934 90,000 6,157,622 1 세부 96, , ,000 30,000 1,046,595 5 차년도 2 세부 111, , ,000 30, ,456 3 세부 92, , ,000 30, ,880 5 차년도합계 300, ,000 1,370,000 90,000 2,660,931 총계 6,750,518 11,437,000 2,501, ,000 21,139,

25 Ⅵ. 과제공모방안 1. 연구사업과제제안요구서 연구과제명 무도상교량장대레일화기술개발기획 노후무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 의레일장대화부설을위한 1. 연구개발목표설계및성능평가핵심기술개발및기존궤도구조를개량하기위한중요장치및강거더일체형신형식궤도구조개발. 무도상교량 ( 판형교및트러스교 ) 의구조적특성및상태를반영한장대레일해 석, 설계, 그리고사용성검토단계들에서필요한핵심기술의개발과, 기술적용 을통한개발시스템의적합성검토및성능제고. 기존궤도구조를활용하여적은비용으로신속하게레일장대화기위한중요장 치를개발하고, 개발장치및구조시스템의시험시공을통하여현장적용성을 확인 무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 의기존목침목궤도구조를개량하기위한강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 2. 연구개발필요성및기술동향 연구개발의필요성 기술동향 현재기존선에는자갈도상없이거더에침목이직결되어있는무도상교량 ( 판형교 (453개소), 트러스교 (11 개소 )) 이다수존재 무도상교량은대부분일제시대에건설되어교량및궤도상태가레일을장대화하기어려운조건에있음. 판형교일부가유도상화사업을통하여레일장대화가이루어지고있지만사업추진이매우느리게진행되고있어장기적으로상당수가비장대화상태로놓이게될전망이며, 트러스교의경우는레일장대화사업에포함되어있지않음. 무도상교량구간에서레일비장대화는승객의승차감및차량의주행안전성저하와열차속도의제한요인으로작용하여철도서비스품질및대외경쟁력을크게저하시키고있음. 또한차륜이이음매통과를통과할때발생하는매우큰충격하중으로궤도파손및차륜손상으로유지보수비가크게발생하고있음. 교량상에다수의레일이음매의존재로타구간에비하여매우큰소음, 진동이발생함에따라서승객및철도연변주민이큰불편을격고있음. 따라서트러스교를포함한노후무도상교량에서레일장대화는국가적으로반드시필요한과제임. 국내외기술개발동향 국가 R&D인사업을통하여궤도및교량설계시레일장대화에

26 필요한궤도-교량상호작용해석기술은확보되어있는상태임. 그러나기존의판형교및트러스교에대해서는신설궤도및교량과는구조적거동특성이다르고또한구조적으로취약함에따라무도상거동특성을반영한정밀해석이요구되나이에대한연구는현재까지진행된바없음. 판형교상의무도상궤도에서교량침목과거더의상면을고정하기위해 T-볼트대용을교량침목고정장치가개발된바있으나기능성및장기내구성을보완할수있는새로운장치의개발이필요함. 판형교거더위의노후궤도시스템을근본적으로교체할수있는신형식궤도시스템개발에대한연구는추진된바없음. 미국에서는판형교장대화를위하여목침목과교량거더를연결하기위한체결시스템을개발한바가있음. 독일에서는판형교거더와목침목사이에종저항력이발생하지않도록목침목이거더위를종방향으로자유롭게이동할수있는장치를개발한바있음. 중국에서는트러스교량을장대화하기위한해석적연구한바가있으나실제현장에서노후무도상교량을장대화한사례는보고되고있지않음. 해외각국에서판형교를장대화하기위하여궤도및교량일부를개량하여제한적으로장대화하는방법에대해서는연구된바있으나거더위상부궤도구조를저비용으로새로운시스템으로교체하는연구는추진된바없음. 국내외관련시장및산업동향 무도상판형교유도상화사업대상교량의대부분이 2020년이후에사업예정이고이들교량에대해서는본연구사업성과를반영하여무도상교량으로장대화화가가능 (187개소 535,912 m, 5300억원 ) 판형교유도상화사업에제외된 153개교량 ( 연장 501,769 m) 에대해서도단기간내폐선예정인구간을제외하고는무도상교량레일장대화사업결과를적용할수있음. 한강철교등모든트러스교량의경우슬래브판넬을이용한유도상화작업의어려움으로유도상화사업에서제외됨. 모든트러스교량은무도상교량레일장대화사업의대상 (11개소 6,588 m) SRX 유라시아철도를대비한북한철도노선 5100 km 중에서 15% 이상 (765 km) 이교량구간으로추정되며, 대부분무도상목침목궤도상태를유지하고있기때문에본사업에서개발한무도상레일장대화기술은북한철도의개선및현대화에효율적으로적용

27 3. 연구개발내용 해외많은국가에서아직도노후판형교및트러스교가다수존재하고이들교량상에서레일을장대화지못한채로운영하고있는개소가많음. 따라서이들개소에서저비용으로신속하게레일을장대화할수있는장치또는궤도시스템이개발될될경우많은해외수출이기대됨. 1세부과제 : 레일장대화기술요건정립 레일장대화국내외기술기준조사및분석 종저항력확보를위한궤도, 거더, 교각, 교좌장치, 기초등의레일장대화기술요건도출 궤도-교량종방향상호작용해석및설계기술개발 궤도, 거더, 교각, 교좌장치, 기초의변위-종저항력거동특성분석 무도상교량 ( 판형교및트러스교 ) 의궤도-교량종방향상호작용해석모델링개발 구조적특성및상태를고려한무도상교량장대레일적정설계방안가이드라인개발 ( 궤도종저항력요건, 교좌장치유형별배치, 레일신축이음매설치등 ) 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 개발품의구조적거동특성을고려한궤도횡저항력평가 횡방향레일좌굴해석모델링개발 개발시스템의좌굴안정성평가 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 개발시스템구조안정성평가 차량-궤도-무도상교량상호작용해석모델링개발 차량-궤도-무도상교량상호작용해석을통한차량의주행안전성및승객의승차감평가 궤도-교량시스템소음 / 진동평가기술개발 궤도-교량시스템진동해석기법개발 궤도-교량시스템구조체진동에따른방사소음예측기법개발 개발시스템의진동및소음평가 궤도및교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발 레일장대화요건파악을위한궤도및교량상태평가체크리스트및절차서개발 ( 육안으로파악할수없는부재에대한평가기준포함 ) 상태평가결과에연동된효과적인보강매뉴얼개발 시험시공구간개발장치및궤도구조성능평가

28 계측계획수립 ( 계측망구성, 계측일정 시험평가 개발품기능및성능 궤도-교량시스템의사용성 ( 차량의주행안전성및승객의승차 궤도-교량소음진동저감성능 2 세부과제 : 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 목침목-강거더 ( 교량 ) 체결시스템개발 개발품설계, 제작및현장성능시험 선형조정및충격완화용목침목탄성받침개발 개발품설계, 제작및실내및현장성능시험 개발구성품및구조시스템시험시공 시험시공계획수립 시험부설대상아이템선정 시험시공장소선정 공사비산정 공사일정수립 관계기관대외협의 - 운행성공사안전확보계획수립 공사중위험요소예측및대책방안수립 공사중안전감리체계수립 관계기관안전확보를위한협의체구성방안 시험시공 자재제작및구매시방서작성 세부공정작성 장비및인력조달방안수립 공사발주 시험시공 준공검사 3 세부과제 : 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 궤도구조시스템설계 강거더 ( 교량 ) 일체형궤도구조설계요건도출 개념설계, 기본설계, 상세설계 궤도-교량시스템사용성및소음 / 진동검토 궤도구조제작 자재조달및제작계획서작성

29 궤도구조시스템시험제작 궤도구조실내성능평가 실내성능시험계획수립 시험항목 시험방법 성능시험기준 성능평가 성능보완 운행선시공법개발 운행선시공요건도출 공사절차서작성 상용화를기반구축 품질및성능기준작성 제작시방서작성 시공지침서작성 LCC 평가 4. 연구개발추진방법 추진전략 1세부과제 : 무도상교량장대레일화설계핵심기술개발및성능평가 궤도-교량시스템구조해석및사용성검토에요구되는해석기법에대하여국내외적으로기존에개발된것들을체계적으로조사하여가급적기개발된 S/W를활용함으로써해석기법개발에따른기간및비용을최소화함. 판형교, 트러스교등무도상교량의구조특성상기존에개발된해석기법을활용할수없는부분을집중하여연구개발함으로써과제의집중도를높임. 해석기법개발과제특성상고도의전문가가참여가요구되는과업에대해서는최대한전문기술을보유한기관또는인력이참여토록하여연구의내실화를도모함. 해석기법의개발은연구초기단계에집중적으로개발함으로써사업을통하여개발할구성품또는구조시스템의최적설계및성능검토에최대한활용할수있도록함. 해석기법의신뢰도는해석에사용되는제원및물성치의정확한모델링에직결되어있는만큼가급적실내또는현장시험을통하여제원및물성치에대한정보를수집함. 궤도-교량종방향상호작용해석기법을활용한다양한파라메타연구를통하여레일장대화에요구되는궤도및교량각부의품질및기능을체계적으로파악하고이를토대로상태평가체크리스

30 트및보강매뉴얼을개발 2세부과제 : 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 레일장대화를위하여개발되었던강거더-목침목체결장치등이사용년도가지남에따라서기능이급격하게저하되었던점을고려하여장기내구수명을갖도록구성품을개발. 강거더-목침목체결장치를적용한소규모개량및강거더 ( 교량 ) 일체형저진동스마트궤도구조를적용한중규모개량을동시에시행할수있는시험시공장소를선정하여다양한개발품들의성능을동시에확인할수있도록함. 시험시공대상교량은비교적양호한상태에있는교량을선정함으로써보수보강에요구되는비용을최소화 시험시공시교량전체구간중에대부분의구간을소규모로개량하고, 짧은구간을다소많은비용이소요되는강거더 ( 교량 ) 일체형저진동스마트궤도구조를적용함으로써시험시공비용이최소화될수있도록시험시공계획을수립. 시험시공이운행선에서이루어짐에따라공사중안전이무엇보다도중요하므로사고를방지할수있도록차량운영기관과의체계적인협조체계를구성하고, 현장에상시안전감독관을배치. 시험시공구간에서시험평가시개발품성능, 궤도-교량시스템의사용성, 차량의주행안전성및승객의승차감등체계적으로평가할수있도록시험계획을수립. 3세부과제 : 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 개념설계단계에서다양한유형의궤도구조시스템을도출하고참여연구원및전문가합동토론회의통하여적정궤도구조시스템선정. 1세부과제인무도상교량장대레일설계및성능평가핵심기술개발과제와의연계를통한개발구조시스템의체계적인사용성및효율성검토. 운행선교체공사인점을고려하여조속한시공이가능하고유지관리가용이하도록궤도구조시스템을설계. 궤도구조와교량강거더사이에탄성패드를적용하여소음, 진동을큰폭을저감시킬수있는궤도구조시스템개발. 개념설계단계부터특허출원을실시하여과제로생산된지적재산권보호

31 기업체의사업다각화지원및사용화촉진을위하여기업체의 적극전인참여유도. 개발궤도구조시스템의조속한상용화를위하여상용화에필요한 각종기준및시방서, 매뉴얼등을연구과제를통하여사전에구 축. 추진체계 연구목표를효율적으로달성하기위하여차량 - 궤도 - 교량상호인 5. 최종성과물 주요최종성과물 터페이스해석및설계전문지식을요하는핵심기술개발그룹, 운 행선공사및유지보수경험을요하는중요장치개발및시험시 공그룹, 그리고궤도구조제작경험을요하는궤도구조개발그 룹등 3 그룹 (3 세부과제 ) 으로나누어추진. 각세부연구과제에서 도출된연구성과를상호간효율적으로피드백 (Feed back) 할수 있도록연구추진일정및연계추진체계구성. 1 세부과제에서는무도상교량장대레일설계에필요한핵심기술 을개발할뿐만아니라개발한기술을활용하여 2, 3 세부과제에 서개발하고자하는궤도구성품및궤도구조의사용성을검토할 수있도록연구체계구성. 2 세부과제에서수행하는시험시공및시험평가에서는 1 세부과 제에서개발한설계핵심기술을활용하여시험시공대상교량의 장대레일을설계하고, 필요한개소를보수보강하도록연구체계를 구성. 2 세부과제에서시험시공대상은개발품은목침목 - 강거더체결시 스템뿐만아니라 2 세부과제에서개발한강거더 ( 교량 ) 일체형저 진동스마트궤도구조시스템을포함하며시험시공할수있도록 연구체계구성. 3 세부과제에서수행하는강거더 ( 교량 ) 일체형저진동스마트궤 도구조시스템의상용화기반구축에서는 2 세부과제에서수행하 는시험시공을통하여얻어진현장조건및경험을최대한반영 할수있도록연구체계구축. 1 세부과제 : 무도상교량장대레일설계기법 (S/W) 무도상교량사용성및소음, 진동평가기법 (S/W) 무도상교량장대레일화체크리스트및보강매뉴얼 무도상교량장대레일화와관련한제반기준 2 세부과제 : 목침목 - 교량거더연결장치 선형조정용목침목받침

32 3 세부과제 : 무도상교량신형식궤도구조시스템 신형식궤도구조시스템운행선시공법, 유지관리매뉴얼 6. 기대효과및파급효과 기대효과 - 경제적효과 ( 차량, 궤도교량유지보수비용절감 ) 레일이음매의제거로충격진동이현격히저감됨에따라차량, 궤도, 교량의손상이크게저감되며, 그에따라유지보수비절감 ( 중소기업육성 ) 무도상교량레일장대화에필요한다양한장치및공법들의개발로중소기업의기술육성및사업다각화지원 ( 철도경쟁력제고 ) 열차속도향상에따른수송력증가및안전및환경비용 ( 방음, 방진장치 ) 저감 - 기술적효과 무도상교량장대화기술을선제적으로확보하여중국등철도기술경쟁력확보 - 정책적효과 대부분의국가에서교통수단간균형을통한지속가능한발전, 기후변화협약대응의일환등으로철도투자증대추세 독일, 프랑스, 일본등철도선진국은고속철도운행과는별개로효율적교통체계의구축을위해일반철도에의투자확대추세. 러시아등도신선건설과고속화를동시추진중이나막대한건설비가소요되는신선보다는일반철도의고속화우선추진하고있는실정 이러한경쟁력을감안하여철도계획의기본방향을일반철도의수송력증강, 안전성및쾌적성향상 파급효과 - 직접적파급효과 ( 승객및철도연변주민의쾌적성향상 ) 10dB 이상의소음, 진동이 감소하며, 이에따라승객및철도연변주민의민원사전예방및 승객및주민의쾌적성향상 - 간접적파급효과 ( 승객의안전성및편의성제고 ) 차량의주행안전성및승차감향 상됨에따라이용만족도향상 7. 연구개발기간및소요예산

33 총연구기간 : ~ (5년) - 1차년도연구기간 : ~ (12개월 ) 총정부출연금 : 200억원이내 - 1차년도정부출연금 : 20억원이내 8. 기타 연구시작시기는변경될수있음. 정부출연금은향후선정평가결과또는정부예산사정에따라조정될수있음. 연구비에대한구체적산정내역을제시해야하며, 예산산정근거가불명확하거나타당성이부족할경우축소조정가능. 2. 공모조건개발기술의실용화를위해서는운행선에서시험시공이반드시요구되므로이러한작업을원활하게추진할수있고, 향후실용화를실질적으로지원할수있는철도건설및운영기관들의참여가필요함. 연구의내실화와효율적추진을위해서는무도상교량에서장대레일해석및설계기술, 사용성평가기술, 소음진동평가기술을충분히소유한전문기관의참여가필요함. 개발장치및궤도구조시스템의성능확보를위해서는계발단계에서다양한실내시험을수행하여야하므로이들시험을수행할수있는각종시험장비를구축하고있는기관의참여가필요함. 본연구의효율적추진을위해서는개발단계에서시제품들을적기에제작및수정보완할수있는기업체의참여가필요함. 개발품의상용화를촉진하기위해서는사업화의지를갖고개발단계부터노하우를습득할기업체의참여가필요함

34 목차 제 1 장기술의정의및필요성 1 절기술의정의및분류체계 2 절기술개발의필요성 제 2 장국내외동향및환경분석 1절국내외정책동향 2절국내외시장현황및전망 3절관련 ( 특허, 논문 ) 동향 4절기술 ( 논문 ) 동향 40 5절 SWOT 분석 59 6절일반철도무도상 ( 판형교, 트러스교 ) 유지보수현황 60 7절국내연구개발인프라분석 61 8절종합분석 63 제 3 장연구개발과제구성및추진전략 1절비젼및목표 2절기술개발에따른미래상 3절연구개발과제구성 4절세부과제별주요내용및추진전략 5절연구추진체계 6절기술 / 성과로드맵 7절테스트베드 ( 시험시공구간 ) 구축계획 99 8절개발성과물성능목표 102 9절최종성과물및활용방안 104

35 제 4 장자원투입계획 1 절연구시설및장비투입계획 2 절인력투입계획 3 절소요예산투입계획 제 5 장과제공모방안 1 절과제제안요구서 사전타당성검토 < 첨부 > 1. 교량구조개선중장기계획현황 ( 한국철도시설공단, 한국철도공사 ) 년한국철도공사무도상교량유지보수현황 3. 무도상교량장대레일부설테스트베드후보지

36 제 1 장기술의정의및필요성 1 절기술의정의및분류체계 1.1 기술의정의 가. 장대레일이라함은길이가 200m 이상연속화한레일을칭하고있다. 따라서장대레일화란비교적짧은길이 (20 ~ 50 m) 의레일들을이음매로연결한것을용접등으로 200 m 이상으로연속화하는것을의미한다 m의정척레일을이음매판을이용하여연결하는이음매에서는차륜과레일간의충격으로인하여레일의마모현상, 소음과진동, 승차감의약화등을유발함은물론궤도파괴의주요요인이되고있다. 따라서, 가능한한레일을용접하여장대화하므로서궤도의최대결점부를제거하고효과적인궤도구조를형성하게하여열차진동이저감되고무진동, 쾌속운행으로좋은승차감을제공하여서비스향상에기여할뿐아니라, 궤도보수주기연장으로보수비절감, 궤도재료절약등으로철도경영합리화에크게이바지하고있는실정으로장대레일의의의는대단히크며, 그실효성은이미입증되었다. 나. 현재기존선에는자갈도상없이거더에침목이직결되어있는무도상교량인판형교 (443개소, 29,995m), 트러스교 (11 개소, 6,588m) 등많은등이다수존재하나, 무도상교량은대부분일제시대에건설되어교량및궤도상태가레일을장대화하기어려운조건에있음. 다. 판형교일부가유도상화사업을통하여레일장대화가이루어지고있지만사업 추진이매우느리게진행되고있어장기적으로상당수가비장대화상태로놓이게 될전망이며, 트러스교의경우는아예레일장대화사업에포함되어있지않음. 라. 장대레일부설불가에따라서교량상에다수의레일이음매의존재로타구간에 비하여매우큰소음, 진동이발생함에따라서승객및철도연변주민이큰불 편을격고있음. 마. 차륜이이음매통과를통과할때발생하는매우큰충격하중으로궤도파손및 차륜손상으로유지보수비가높게발생하고있으며, 승객의승차감및차량의 주행안전성저하와열차속도제한등에따라서철도대외경쟁력저하요인. 바. 따라서무도상교량장대레일화기술은건설년도가오래되어레일을장대화하기 - 1 -

37 어려운조건에있는판형교, 트러스교등무도상교량 ( 도상자갈이없는교량 ) 에 대하여열차운행선상의시공성, 안전성, 친환경성, 유지관리성측면을고려하여 최소한의투자로레일장대화할수있도록개량하기위한제반기술로정의. 1.2 기술분류체계 가. 무도상교량장대레일화설계핵심기술개발및성능평가 - 레일장대화기술요건정립 - 궤도-교량종방향상호작용해석및설계기술개발 - 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 - 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 - 궤도-교량시스템소음 / 진동평가기술개발 - 궤도및교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발 - 시험시공구간궤도-교량시스템성능평가 나. 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 - 목침목-강거더 ( 교량 ) 체결시스템개발 - 선형조정용목침목탄성받침개발 - 개발장치및궤도구조시험시공 다. 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 - 궤도구조설계 - 궤도구조제작 - 궤도구조실내성능평가 - 운행선시공법개발 - 상용화기반구축 - 2 -

38 2 절기술개발의필요성 1. 기획연구의범위 본연구기획에서는무도상교량의레일장대화에필요한핵심기술및장치 / 제품등을 체계적이고효율적으로개발하기위한연구추진방안및연구내용을도출하고자하 며, 연구기획범위는다음과같다. 가. 기술동향조사및분석 (1) 국내 외무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 현황및유지관리현황조사 분석 (2) 국내간선철도무도상교량의유도상화, 장대레일화등개량현황및계획 ( 단 중 장기 ) 조사 분석 (3) 국내 외궤도-교량인터페이스해석및설계기술동향조사 분석 ( 교량상장대레일축력에따른궤도-교량인터페이스 ) (4) 국내 외무도상교량장대레일화기술동향및사례조사 분석 나. 무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 장대레일화를위한핵심기술도출 (1) 무도상교량장대레일축력에따른궤도-교량인터페이스검토를통한궤도 교량주요구성품에대한요구성능목표치설정 (2) 무도상교량의거더, 교각, 교좌장치등구조물보강핵심기술도출 (3) 침목-거더간강결장치, 체결구, 침목등궤도개량핵심기술도출 (4) 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발핵심기술도출 다. 실용화를위한전략수립및 Test Bed 구축방안제시 (1) 기술 / 법 제도 / 시장요건등실용화요건검토 (2) Test Bed 선정기준및평가방법제시 (3) 실용화를위한운영기관역할정립및구체적인참여방안마련 (4) Test Bed 추진전략제시 2. 과제추진배경및필요성레일의길이가 200m 이상이되면공학적으로무한대의길이로간주되며, 이때레일의중앙부에서는신축하려는힘들이서로균형을이루어이동을상쇄시키므로부동구간이형성된다

39 * 장대레일부동구간장대레일의온도에의한신축은양단부약 100m 정도를제외한중앙부에서는체결장치와침목에의해축력에저항하므로신축하지않고레일의내부응력이발생한다. 이레일의신축이없는부분을부동구간이라한다. 신축구간부동구간신축구간 신축이음매 신축이음매 장대레일 신축 부동구간의레일축력 = E A β Δt E: kg f/ cm2, A: 레일단면적 ( cm2 ), β: 선팽창계수 ( ), Δt: 부설시와의온도차 ( ) 장대레일을교량에부설하면온도변화에따라거더가신축하기때문에교량상판의 변형으로장대레일에부가응력발생한다. 교량상판비틀림 / 단부꺽임 이와같이교량상에부설하는교상장대레일은일반구간의장대레일과구분하여 교 상장대레일 이라부르며교량상장대레일은횡저항력을확보할수없기때문에현 재유지관리지침상 25m 이상은장대레일이불가함 < 일반도상구간횡저항력부족으로발생한장대레일좌굴전경 > 현재기존선에는판형교, 트러스교등많은무도상교량등이존재하지만이들은대부분레일의장대화기술이개발되지않았던시기에건설되어현재도대부분레일이비장대화상태에있다. 무도상교량에서레일이장대화되지못함에따라타구간에비하여매우큰소음, 진동이발생하여승객및철도연변주민이큰불편을격고있으며, 차량의주행안전성이저하되고궤도의유지관리비가증가되고있는실정이 - 4 -

40 다. 따라서이들무도상교량들의레일장대화사업이시급한실정이지만장대화에필요한요건을갖추고있지못함에따라즉각적인장대화가어려운상황이다. 판형교일부가유도상화사업을통하여레일장대화가이루어지고있지만사업추진이매우느리게진행되고있음에따라판형교상당수가장기적으로비장대화상태로놓이게될전망이며, 트러스교의경우는아예레일장대화사업에포함되어있지않다. 레일장대화를위해서는무도상교량-궤도상호작용해석을통한궤도및교량에서의장대화요건도출, 기존무도상교량들의구조적상태평가, 궤도및구조물의보강등을통하여레일장대화가진행되어야한다. 그러나이러한과정을통하여무도상교량의레일장대화사업을추진하기위해서는무도상교량거동특성을반영한궤도교량상호작용해석기술, 무도상교량상태평가기술, 궤도및구조물보강을위한각종장치및제품등의개발이선행되어야한다. 가. 국내기술및연구동향 (1) 무도상교량의레일장대화사업추진실적 ( 가 ) 경부고속철도기존선활용에따른동대구~부산간기존선전철화사업의일환으로기존선보강및승차감향상을위하여판형교교량장대화추진 (2004) ( 나 ) 교량상부구조보강방안을비롯축력해석결과에따른장대레일부설방안을수립하여일부장대레일부설 ( 다 ) 장대레일부설은대부분전장 (200m) 이하의교량으로전장이큰무도상교량에대한장대레일부설방안및시험부설은이루어지지못함 (2) 레일장대화를위한설계기술 ( 가 ) 국가 R&D인사업인선도기술개발사업의일부으로추진되었던선로구축물시스템인터페이스기술개발사업, 고속철도궤도기술개발사업등통하여궤도및교량설계시레일장대화에필요한궤도-교량상호작용해석기술은확보되어있는상태임. ( 나 ) 그러나기존의판형교및트러스교에대해서는신설궤도및교량과는구조적거동특성이다르고또한구조적으로취약함에따라무도상거동특성을반영한정밀해석이요구되나이에대한연구는현재까지진행된바없음. (3) 레일장대화를위한상태평가기술 - 5 -

41 ( 가 ) 무도상교량에서레일를장대화할경우레일및교량에서축력이발생함에따라기존궤도및교량에서그동안요구되지않았던종방향저항력을지지할수있는구조적성능이요구됨. 따라서기존무도상교량이이러한성능을보유하고있는지판단하기위해서무도상교량의궤도, 교량거더, 교좌장치, 교각, 수중교각기초의종방향저항력의평가기술의확보가필요하나이에대한연구가추진된바가없음. (4) 레일장대화를위한공법, 장치및제품개발 ( 가 ) 무도상교량레일장대화를위해서침목높이조절용패드가개발되었으나매우고가여서저렴한가격의제품개발이필요함. ( 나 ) 목침목-체결볼트이완방지장치또는제품등의개발이필요하나이에대한연구가추진된바없음. ( 다 ) 판형교상의무도상궤도에서교량침목과거더의상면을고정하기위해 T-볼트대용을교량침목고정장치가개발된바있으나기능성및장기내구성을보완할수있는새로운장치의개발이필요함. < 교량침목고정장치 > < 판형교상의좌굴방지장치 > - 6 -

42 ( 라 ) 기존무도상교량에서사용되고있는교좌장치는종저항력의확보또는완전해방을위하여새로운제품으로교체가요구되며, 이를위해서는대체용교좌장치개발및열차운영중부설하기위한효율적공법의개발이요구되나이에대한연구가추진된바없음. 나. 시급성및중요도 (1) 국내기존선노후교량인판형교는전체교량의 17.5%( 14년기준 529개소 ) 를차지하고있음 (2) 교량구조개선 ( 무도상교량 ( 판형교 ) 유도상화 ) 중장기계획 ( 한국철도시설공단, 한국철도공사 ) 년까지무도상판형교교체비용약 773,151백만원소요예정 < 소요예산 ( 단위백만원 )> < 유도상화중장기계획 > - 100m 200m 교량총 26개소 3,420m, 200m이상교량총 26개소 8,920m 년도 제외 총 250개소 < 선별판형교개량개소, 연장및소요예산 > 선별 개소 연장 (m) 소요예산 ( 백만원 ) 경부선 33 3, ,731 충북선 28 3, ,190 영동선 43 2, ,267 태백선 32 1,607 64,394 경북선 33 1,565 62,

43 경전선 33 1,655 44,367 호남선 ,922 기타 41 3, ,049 (3) 구조적특징으로교량길이 25m 이상에서장대레일부설시교량보강 - 교량종방향력에대한역학적거동은레일의단면적이거더의단면적에비하여작지만레일도상당한종방향력에저항할수있으므로연속구조물로해석하고있다. 이들판형교량의하중전달체계도를레일장대화전 후로나누어나타낸것이다. 레일장대화전에는교량받침에종방향력이거의작용하지않고상부고정하중과열차하중이작용되게된다. 그러나레일이장대화되면장대화전의하중에레일의온도축력이최대 100ton 정도작용하게되고교량받침에도거더의길이에비례하여약 1ton/m의종방향력이작용하게는등의구조적특징이있음 - 다음그림은교량상에서레일장대화시레일과거더의온도신축에의한레일축력과교량받침에발생되는종방향력과의관계를도시한것이다. 초기상태는거더의신축을고려하지않고장대레일에온도축력만고려한상태이다. 중간의온도상승은거더의온도가상승되면거더는그림과같이신장되면서거더와침목, 침목과레일사이의체결력에의하여레일을오른쪽으로압축하게된다. 이때레일에발생된온도축력에거더에서발생된추가축력이발생되며동시에고정단교량받침에종방향력이반력으로작용되게된다. 맨아래그림은온도가하강할때나타낸것으로상승의반대이다. < 판형교의하중전달체계도 > < 교량상장대레일축력발생메커니즘 > - 8 -

44 < 선로유지관리지침제 88조 ( 한국철도시설공단 )> (4) 열차통과시레일이음매반복충격으로교량및궤도주요부재손상발생으로 열차주행안전저하 - ( 교량 ) 교좌손상, 부등침하, 리벳 / 볼트등이완 / 탈락, 거더균열등 < 진동방지판파단 > < 받침몰탈균열 > < 하부지재변형 > < 보자리펀칭파괴 > < 보자리몰탈균열 > < 고무받침의이탈현상 > - ( 궤도 ) 레일끝닳음, 체결장치탈락 / 손상, 침목열화 / 손상등 - 9 -

45 (5) 반복적손상으로유지보수비용증가, 소음 / 진동발생, 승차감저하 < 유지보수전경 > < 침목파손 > (6) 판형교교체및유도상화를위한기술이개발되어개량사업이현재진행되고 있으나, 운행선상의교체작업으로장시간소요및열차운용효율성대비막대 한예산소요로신속한교체불가 (7) 기수행된 판형교장대레일부설및관리방안연구 를통한장대레일화기술개발및시험부설사례가있으나, 침목-거더간완전한결합이되지않는등판형교장대레일부설안전성이보장되지못하여, 길이가 25m 이내로짧은무도상교량에서정척레일에의한장대화만가능하고이마저도지속적인유지보수가시행되고있으며, 특히한강철교, 낙동강철교등대형특수무도상교량에는적용되지못하고있는실정임 (8) 기존운영구간무도상교량의장대레일화시안전성과신뢰성, 효율성확보가 가능한최적의장대레일화기술개발을위한연구필요 라. 기술개발필요성및차별성 (1) 기존무도상교량의유도상화기술무도상판형교에서거더와궤도를철거한후선로외부에서기제작된교량슬래브를거치하고교량슬레브에유도상궤도를새로부설하고레일을장대화하는기술교량슬래브를새로건설하기때문에기술의적용성에있어서매우제한적이고매우많은건설비가소요됨. - 제한요소 : 운행선상에서교량형식상기존거더의철거및프리캐스트슬래브의거치가어려운조건인경우적용불가 ( 트러스교량등 ) (2) 본연구사업에서의무도상레일장대화기술판형교및트러스교등기존의무도상교량에서궤도구조를최소한으로개량하거나신형식궤도구조로교체하여레일을장대화하는기술로서한강철교와같은트러스교량형식에적용가능하고공간적제한범위가거의없으며, 기존의유도상화공법에비하여비용이매우저렴함

46 (3) 기존유도상화공법과공사비비교 2013년에광주선극락강-광주간신광가도교유도상화공사시총 16억 4천여만원의공사비가소요되었으며단위 m당공사비는 6,200만원임본기술로장대화기술적용시유도상화공법보다 50% 이상의공사비를절약할수있으며, 개략추정하는바 2세부의산출물로단위 m당총공사비약 1,200만원소요, 3세부의산출물로단위 m당약 2,700만원소요추정 마. 정부지원의필요성 (1) 정부의창조경제국가 R&D 중장기계획이지향하고있는연구정책방향에맞 추어대용량 고속화철도시스템개발을통한철도수송분담률향상및해외시 장진출도모를통한철도산업 기술경쟁력제고를도모함 (2) 현재철도공사에서위탁관리하고있는철도시설물은한국철도시설공단에위임된국가시설물로서무도상교량의장대화를통한구조적취약점을해소하여국민의안전한철도이용과유지관리비용의절감, 보수시간의축소를통한철도수송분담률향상이요구되고있음 (3) 국내무도상교량의유도상화를계획 추진중에있으나, 한강철교와같은대규 모트러스구조의무도상교량같은경우, 구조물의잔존유지기간이매우많이 남아있어이에대응할수있는장대화기술개발이필요함 (4) 무도상교량장대화기술이필요로하는, 해외의신흥철도건설단계국가에수 출을위해서는신속히연구를진행되어야하며, 중국등철도신흥강국과의경 쟁력을갖출필요가있음 (5) 해외철도시장진출은국내의철도건설시장에국한하지않고철도연관산업의 해외시장수요를창출할것으로기대됨

47 제 2 장국내외동향및환경분석 1 절국내외정책동향 1. 국외철도분야정책동향 가. 대부분의국가에서교통수단간균형을통한지속가능한발전, 기후변화협약대 응의일환등으로철도투자증대추세 (1) 독일, 프랑스, 일본등철도선진국은고속철도운행과는별개로효율적교통체계의구축을위해일반철도에의투자확대추세. 러시아등도신선건설과고속화를동시추진중이나막대한건설비가소요되는신선보다는일반철도의고속화우선추진 (2) 이러한경쟁력을감안하여철도계획의기본방향을일반철도의속도향상에중점을두고있는실정 출처 : 국토교통과학기술진흥원, 2013 국토교통 R&D 동향조사 주요선진국의관련분야산업정책및기술정책조사분석 2. 국내정책동향 가. 철도관련국가계획 (1) 미래부, 기재부, 산업부합동정부 R&D 혁신방안 (2015) ( 가 ) 정부 R&D지원체계를중소ㆍ중견기업중심으로개편 ( 나 ) 수요자 ( 시장 ) 중심의연구개발을통해 R&D성과의기술이전 사업화를활성화 ( 다 ) ( 도전적연구촉진 ) early exit( 조기달성또는달성불능시중지 ), moving target ( 목표수정인정 ) 및성실수행인정활성화 (2) 국토교통부, 국토교통과학기술진흥원창조경제실현을위한국토교통 R&D 중 장기전략 ( ) ( 가 ) 국민삶의질을높이는생활인프라로 SOC 개념확장을통해여건변화에대응한 SOC 투자효율제고 ( 나 ) ( 창조경제실현 ) 국토교통산업의 R&D 경쟁력강화를통해기술혁신, 산업육성과일자리창출등창조경제에이바지, 융 복합을통한신기술 신제품

48 개발및신규시장창출등글로벌기술경쟁력강화를통해국토교통산업의활성화와해외시장점유율확대, 교통수단운영효율화를통한수송용량및수송분담율향상, 친환경첨단국토공간조성을통해사회적비용절감및에너지 자원의효율적활용기반마련 (3) 제 1 차 (2015~2019) 중견기업성장촉진기본계획 ( 가 ) 과학기술을기반으로한중소기업육성, 일자리창출등중견기업의양적확대, 질적성장, 글로벌전문기업화추진 ( 나 ) 중견기업의양적확대를통한기업생태계의허리를튼튼히하는중견후보기업군을발굴 육성 (4) 국가온실가스감축, 2020 년로드맵 ( 환경부 ) ( 가 ) 수송분야대중교통인프라확충간선철도망철도수송부담율상승 (5) 제 3 차국가교통기술개발계획 (2014~2018) ( 가 ) 국민행복을위한빠르고, 안전하고, 경제적인철도개발중점추진분야 (Smart, Safe, Economical Railroad) 에투자계획 (1 조 738 억원 ) (6) 제 1 차지속가능국가교통물류발전기본계획 (2011~2020_ 국토해양부 ) ( 가 ) 철도의수송분담률을높이기위해서는철도망확충과기존선의승차감, 속도향상등이필요 ( 나 ) 이를위해서는본과제의최종성과품인무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 의장대화가시급한실정이고이를실현할경우 Marco Polo programme( 도로운송화물을철도 해운으로전환시키는정책 ) 에효과적으로대응가능 (7) 정책적인분석을종합해볼때녹색물류네트워크구축과경쟁력강화를통해 철도수송분담률제고를위해본과제는반드시필요하며, 이러한긍정적인효 과들이국가경쟁력향상및국가정책을실현하는데크게도움될것이라판단됨 3. 정부지원의필요성 가. 정부의창조경제국가 R&D 중장기계획이지향하고있는연구정책방향에맞추 어대용량 고속화철도시스템개발을통한철도수송분담률향상및해외시장 진출도모를통한철도산업 기술경쟁력제고를도모함

49 나. 현재철도공사에서위탁관리하고있는철도시설물은한국철도시설공단에위임된국가시설물로서무도상교량의장대화를통한구조적취약점을해소하여국민의안전한철도이용과유지관리비용의절감, 보수시간의축소를통한철도수송분담률향상이요구되고있음 다. 국내무도상교량의유도상화를계획 추진중에있으나, 한강철교와같은대규모 트러스구조의무도상교량같은경우, 구조물의잔존유지기간이매우많이남 아있어이에대응할수있는장대화기술개발이필요함 라. 무도상교량장대화기술이필요로하는, 해외의신흥철도건설단계국가에수 출을위해서는신속히연구를진행되어야하며, 중국등철도신흥강국과의경 쟁력을갖출필요가있음 마. 해외철도시장진출은국내의철도건설시장에국한하지않고철도연관산업의 해외시장수요를창출할것으로기대됨

50 2 절국내외시장현황및전망 1. 국내기술시장동향 가. 국내무도상교량부설현황및무도상장대화사업대상교량추정 (1) 본연구에서기획하고있는무도상교량장대레일화기술은국내에서최초로 개발하고자하는기술로서국내에서관련기술을보유하고있지않다는전제로 국내시장동향을분석하였음. (2) 국내에서무도상교량 443개소로서이중판형교가연장 36,583m이고트러스교 11개소 6,588 m 임. - 무도상교량교장 100m미만교량 342개소, 연장 11,575m - 무도상교량교장 100m이상 ~200m미만교량 57개소, 연장 7,928m - 무도상교량교장 200m이상교량 44개소, 연장 17,080m 교량연장 : 100 m 미만교량연장 : 100 m~200m 교량연장 : 200m 이상 12.87% 77.2% 9.93% 교량연장별교량갯수분포도 (3) 교량구조개선 ( 무도상판형교유도상화 ) 중장기계획 ( 한국철도공사, 한국철도시설 공단 ) < 계획된무도상판형교교체비용 > 단위 총괄표 개소수 소요예산 ( 백만원 ) 17,225 29,886 58,145 56, , ,

51 < 년도별무도상궤도유도상화사업계획 > (4) 무도상판형교유도상화사업대상교량의대부분이 2020년에사업예정이고이들교량중 2020년이후유도상화사업계획이있는개소는본연구사업성과를반영하여 3000억의예산절감가능 (212개소개량비용약 5300억원의 50% ~ 75%) (5) 본사업성과반영시 2 세부디바이스를이용한장대레일부설시유도상화공사 비용과비교하여약 75% 공사비절감, 3 세부신형식궤도구조적용시양 50% 공사비용절감가능 (6) 한강철교등모든트러스교량의경우슬래브판넬을이용한유도상화작업의 어려움으로유도상화사업에서제외됨. 모든트러스교량은무도상교량레일장 대화사업의대상 (11 개소연장 6,588m)

52 선별역구간시설물명 경의선 임진강 - 도라산 < 기존선트러스교현황 > 임진강철교 교량연장 (m) 구조형식궤도형식준공년도 702 트러스무도상 2003 경부선용산 - 노량진한강 A 선 1,113 트러스무도상 1900 경부선용산 - 노량진한강 B 선 1,113 트러스무도상 1911 경부선용산 - 노량진한강 C 선 1,113 트러스무도상 1944 경부선매포 ~ 신탄진금강제 트러스무도상 1938 경부선매포 ~ 신탄진금강제 트러스무도상 1940 중앙선서지 - 안동성낙천 221 트러스교무도상 1938 경부선약목 - 왜관낙동강 508 트러스무도상 1939 경부선약목 - 왜관낙동강 508 트러스무도상 1944 경전선진주 - 완사유수천 287 트러스무도상 1968 경전선하동 - 진상섬진강 442 트러스무도상 1965 (7) 교량구조개선 ( 무도상판형교유도상화 ) 중장기계획현황 연장소요예산시행본부선별역구간위치 (km) 시설물명 (m) ( 백만원 ) 년도 2, 대구경부선남성현 -청도 청도강 139 1, , , 대구경부선약목 -왜관 두만천 , 대구경부선약목 -왜관 두만천 대구경부선직지사 -김천 금릉가도교 대구경부선직지사 -김천 금릉가도교 충북충북선공전 -봉양 마곡천 충북태백선연하 -석항 연상천 충북태백선탄부 -연하 연하 ( 가 ) 강원태백선문곡 -백산 구곡천 39 1, 강원영동선옥계 -정동진 옥계천 217 1, , 강원영동선안인 -강릉 풍천 강원영동선안인 -강릉 반석천

53 충북태백선탄부 - 연하 반송 9 충북태백선쌍용 - 연당 석현 서울경의선신촌 - 가좌 성산천가도교 , 대구경부선신동 - 지천 미실천제 2 교 대구경부선신동 - 지천 미실천제 2 교 대전충남 경부선 조치원 ~ 내판 중소천 , 충북 태백선 쌍용 -연당 석현 , 충북 충북선 삼탄 -공전 명암천 , 충북 충북선 삼탄 -공전 명암천 , 강원 태백선 태백 -문곡 황지천제 강원 영동선 동점 -철암 방기천 39 1, 경북본부 영동선 춘양 -녹동 옥천제 , 강원 삼척선 동해 -삼척 남양 충북 태백선 연당 -청령포 연당천 , 대전충남 경부선 신탄진 ~ 회덕 막은동천 충북 태백선 연하 -석항 연상천 , 강원 삼척선 동해 -삼척 오십천 275 1, 서울 경부선 서울 -용산 갈월가도교 충북 태백선 민둥산 -사북 광산 대전충남 충북선 보천 ~ 음성 오천천 , 대전충남 충북선 음성 ~ 소이 대장천 , 충북 태백선 영월 -탄부 초리천 , , 강원 태백선 문곡 -백산 백산천1( 가 ) 226 9, 충북 태백선 연당 -청령포 각한천 충북 태백선 연당 -청령포 서강천 , 전북 옥구선 군산화물 -옥구 옥구천제 , 강원 영동선 안인 -강릉 남대천 217 8, 서울 교외선 능곡 -일영 곡능천제3 80 3, 서울 교외선 일영 -의정부 일영천 ( 단 ) 40 1, 광주 경전선 남평 -효천 지산천 충북 충북선 공전 -봉양 제천천제 , 서울 교외선 일영 -의정부 곡능천2( 단 ) 50 2, 충북 태백선 탄부 -연하 신촌천 , 대전충남 경부선 조치원 ~ 내판 미호천 , , 충북 태백선 탄부 -연하 연하천 , 대전충남 경부선 조차장 ~ 대전 동산리천 대전충남 경부선 매포 ~ 신탄진 마미포천 , 서울 경의선 서울 -신촌 의영가도교 서울 경의선 서울 -신촌 의영가도교 대전충남 경부선 영동 -황간 영동가도교 대전충남 경부선 조치원 ~ 내판 미호천 , 충북 충북선 목행 -동량 남한강 , 충북 정선선 아우라지 -구절리 송천 , 충북 정선선 아우라지 -구절리 송천 , 서울 경부선 서울 -용산 용산과선철도교 66 2,

54 서울 용산선 서울 -용산 용산과선철도교 66 2, 부산경남 미전선 미전 -낙동강 삼랑진천 ,358 삭제 충북 태백선 입석리 -쌍용 월촌천 , 전북 호남선 김제 -신태인 고성천 , 대전충남 충북선 증평 ~ 도안 청안가도교 , 강원 영동선 동점 -철암 철암천 47 1, 강원 영동선 옥계 -정동진 옥계천 217 8, 충북 태백선 연당 -청령포 평창강 , 강원 영동선 동점 -철암 천천 80 3, 대전충남 충북선 조치원 ~ 오송 내창천 충북 태백선 탄부 -연하 연하천 , 대전충남 충북선 증평 ~ 도안 보강천 , 대전충남 충북선 도안 ~ 보천 송정천제 , 대전충남 충북선 소이 ~ 주덕 후미천제 충북 태백선 연하 -석항 오산천 , 광주 경전선 화순 -남평 앵홍 ( 가 ) 광주 경전선 화순 -남평 쌍계천 충북 태백선 탄부 -연하 두평천 , 충북 태백선 연하 -석항 풍촌천 , 광주 광주선 극락강 -광주 용산천 경북본부 영동선 녹동 -임기 녹동천 경북본부 영동선 분천 -승부 비동천제 , 충북 태백선 영월 -탄부 초리천 , 부산경남 임항선 마산 -임항 마산가도교 ,628 삭제 부산경남 경부선 상동 -밀양 밀양강 ,978 부산경남 경부선 상동 -밀양 밀양강 ,106 대구 괴동선 효자 -괴동 형산강제 , 대구 대구선 하양 -금호 조산천 110 4, 서울 교외선 일영 -의정부 곡능천1( 단 ) 50 2, 부산경남 경전선 진주 -완사 유수천 , 부산경남 경전선 하동 -진상 섬진강 , 대구 괴동선 효자 -괴동 남천제1 78 3, 광주 경전선 화순 -남평 앵남천제 광주 경전선 남평 -효천 광촌천 충북 충북선 달천 -충주 달천천제 , 대전충남 충북선 오송 ~ 청주 미호천 , 부산경남 경전선 완사 -북천 원전제 강원 묵호항선 묵호항구내 제5저탄고가 , 경북본부 영동선 법전 -춘양 춘양천제 , 충북 충북선 목행 -동량 남한강 , 충북 태백선 민둥산 -사북 소산천 , 대전충남 장항화물선 장항 -장항화물 송내천 대전충남 장항화물선 장항 -장항화물 장항천 광주 경전선 명봉 -이양 송정천 광주 경전선 명봉 -이양 도림천 광주 경전선 명봉 -이양 이양천 광주 경전선 이양 -능주 품평천 광주 경전선 이양 -능주 광대천 광주 경전선 능주 -화순 저불강제 , 광주 경전선 화순 -남평 평촌천 광주 경전선 화순 -남평 앵남천제 광주 경전선 화순 -남평 노동천

55 경북본부 영동선 승부 -석포 결둔천제 , 경북본부 영동선 임기 -현동 현동천제 , 경북본부 영동선 봉화 -거촌 거촌 충북 충북선 충주 -목행 목행천 충북 충북선 공전 -봉양 제천천제 , 충북 충북선 공전 -봉양 봉양천 , 충북 태백선 연하 -석항 연상천 , 충북 함백선 예미 -조동 노일천 , 대전충남 충북선 오송 ~ 청주 미호천 , 대전충남 충북선 주덕 ~ 달천 금곡천 대전충남 강경선 채운 ~ 연무대 이화천제 대전충남 강경선 채운 ~ 연무대 이화천제 , 충북 충북선 달천 -충주 달천천제 , 수도동부 경원선 연천 -대광리 장거천 101 4, 강원 영동선 동점 -철암 동점천 39 1, 강원 영동선 백산구내 함태천 34 1, 강원 영동선 안인 -강릉 운산천 강원 영동선 안인 -강릉 반석천3 39 1, 강원 영동선 안인 -강릉 강릉제 강원 영동선 안인 -강릉 강릉제 강원 영동선 안인 -강릉 강릉제 강원 영동선 안인 -강릉 옥천 강원 영동선 안인 -강릉 교동 강원 태백선 문곡 -백산 구곡제 대전충남 자갈선 추풍령구내 마엄천 , 강원 영동선 석포 -동점 연화천 ( 가 ) 66 2, 강원 영동선 철암 -백산 직내곡 강원 영동선 정동진 -안인 군성강 66 2, 경북본부 경북선 청리 -상주 월로천 강원 영동선 안인 -강릉 풍천 강원 영동선 안인 -강릉 반석천 강원 영동선 안인 -강릉 반석천 전남 경전선 순천 -원창 인덕천 전남 경전선 원창 -벌교 죽산천 25 1, 충북 정선선 민둥산 -별어곡 자미원천 전남 경전선 보성 -명봉 보성천 138 5, 강원 태백선 문곡 -백산 문곡천 80 3, 전남 경전선 순천 -원창 덕정천 전남 경전선 보성 -명봉 명봉천 강원 영동선 옥계 -정동진 낙풍천 82 3, 전남 경전선 명봉 -이양 북당천 서울 경부선 서울 -용산 청파가도교 서울 경부선 서울 -용산 원효가도교 서울 경부선 서울 -용산 원효가도교 33 1, 대전충남 경부선 서창 ~ 조치원 신평천 대전충남 경부선 서창 ~ 조치원 신평천 대전충남 경부선 회덕 ~ 조차장 회덕천 전북 호남선 용동 -함열 두무천 , 전북 호남선 익산 -부용 동명천 대전충남 충북선 증평 ~ 도안 괴산가도교 대전충남 충북선 보천 ~ 음성 상당천 대전충남 충북선 보천 ~ 음성 하당천제 ,

56 강원 태백선 문곡 -백산 백산 경북본부 영동선 봉화 -거촌 유곡육교 경북본부 영동선 봉화 -거촌 거촌 강원 태백선 태백 -문곡 황지 ( 가 ) 강원 태백선 문곡 -백산 구곡제 전남 경전선 벌교 -조성 매정천 전남 경전선 벌교 -조성 천동천 전남 경전선 예당 -득량 파동천 전남 경전선 명봉 -이양 가락사천 경북본부 경북선 상주 -백원 농산 경북본부 경북선 점촌 -개포 전도천 수도동부 경원선 연천 -대광리 신순천 수도동부 경원선 대광리 -신탄리 하대광천 수도동부 경원선 대광리 -신탄리 웅기천 대구 경북선 김천 -두원 갈마천 대구 경북선 김천 -두원 신음가도교 대구 경북선 김천 -두원 옥율천 , 대구 경북선 김천 -두원 마존천 대구 경북선 김천 -두원 동리천 경북본부 경북선 두원 -옥산 구례천 경북본부 경북선 옥산 -청리 마공천 경북본부 경북선 청리 -상주 피소천 , 경북본부 경북선 상주 -백원 부원천 경북본부 경북선 백원 -점촌 연봉 경북본부 경북선 백원 -점촌 제1환천 경북본부 경북선 백원 -점촌 제2환천 경북본부 경북선 백원 -점촌 암리천 , 경북본부 경북선 백원 -점촌 당기천 경북본부 경북선 백원 -점촌 영신천 , 경북본부 경북선 예천 -어등 통명천 , 서울 교외선 일영 -의정부 홍복가도교 ( 단 ) 수도동부 경원인입선 의정부 -덕정 녹양천 경북본부 영동선 봉성 -법전 석교천 수도동부 경원선 연천 -대광리 거림천 경북본부 경북선 반구 -영주 석천 , 대전충남 경부선 조치원 ~ 내판 중소천 , 대구 경부선 김천 -대신 경호강 , 대구 경부선 김천 -대신 경호강 , 전북 호남선 익산 -부용 만경강 ,720 제외 대전충남 호남선 흑석리 ~ 계룡 하남천 , 대전충남 호남선 흑석리 ~ 계룡 가수원천제 , 대전충남 호남선 흑석리 ~ 계룡 가수원천제 , 전북 호남선 용동 -함열 연화천 , 대전충남 충북선 조치원 ~ 오송 조천천 , 대전충남 충북선 도안 ~ 보천 충주가도교 대전충남 충북선 음성 ~ 소이 목도가도교 충북 태백선 연하 -석항 연상천 , 경북본부 영동선 분천 -승부 원곡천제 , 경북본부 영동선 승부 -석포 비학천 , 강원 영동선 도계 -고사리 양지천 경북본부 영동선 분천 -승부 비동천제 , 경북본부 문경선 주평 -진남 원동천 ,

57 부산경남 경전선 낙동강 -한림정 대곡천 , 대구 경북선 김천 -두원 도암천 대구 경북선 김천 -두원 신풍천 , 경북본부 경북선 두원 -옥산 빙기천 , 경북본부 경북선 옥산 -청리 평천 , 경북본부 경북선 옥산 -청리 소천 경북본부 경북선 옥산 -청리 청리천 , 경북본부 경북선 청리 -상주 지천 , 경북본부 경북선 청리 -상주 소천 , 경북본부 경북선 상주 -백원 후천 , 경북본부 경북선 상주 -백원 세천 , 경북본부 경북선 점촌 -개포 영강 , 서울 교외선 능곡 -일영 대자가도교 부산경남 경부선 상동 -밀양 유천강제 , 전남 경전선 옥곡 -광양 하원천 50 2, 경북본부 영동선 승부 -석포 결둔천제 , 경북본부 영동선 석포 -동점 양지천 , 경북본부 영동선 분천 -승부 승부천 , 경북본부 영동선 춘양 -녹동 옥천제 , 광주 경전선 명봉 -이양 저불강제1 63 2, 경북본부 영동선 분천 -승부 원곡천제 , 대구 대구선 봉정 -영천 영천천 , 경북본부 영동선 석포 -동점 육송천제 , 경북본부 경북선 어등 -미룡 옥계천 , 광주 경전선 이양 -능주 저불강제 , 경북본부 영동선 봉화 -거촌 내성천 , 대구 대구선 하양 -금호 기천천 122 4, 경북본부 영동선 임기 -현동 현동천제 ,

58 나. 통일대비북한철도개량사업추정 (1) 북한의철도망은현재 11개의주노선을포함하여 100여개의노선으로구성되어있으며, 그형태는 H자형을띄고있고, 평의선으로대표되는서부축, 평라선으로대표되는동부축, 평원선으로대표되는동서축을기본으로하고, 이에북부내륙을순환하는북부순환선및황해남북도를순환하는서부순환선이결합된형태로나누어짐. (2) 주간선노선으로는평의선 ( 평양 ~ 신의주 ), 평부선 ( 평양 ~ 개성 ), 평라선 ( 평양 ~ 나진 ) 과준간선으로만포선 ( 순천 ~ 만포 ), 백두산청년선 ( 길주 ~ 혜산 ), 함북선 ( 반죽 ~ 회령 ) 을주축으로북한전국토를순환하는루트와각지역별로지역내부를연결하는 10개의순환노선형태. < 북한의주요철도노선 > ( 단위 : km, 개소, km) 구분노선구간연장전철화여부 황해청년선 사리원 ~ 해주 전철 평남선 평양 ~ 남포 ~ 온천 89.6 전철 서부축 평덕선 대동강 ~ 덕천 ~ 구장 전철 평북선 정주 ~ 청수 전철 평의선 평양 ~ 신의주 전철 동서축 만포선 청년이천선 순천 ~ 만포 평산 ~ 세포 전철 전철 강원선 고원 ~ 평강 전철 신흥청년선 함흥 ~ 부전호반 91.5 전철 단풍 ( 허천 ) 선 단천 ~ 흥군 80.3 전철 동부축 함남선 여해진 ~ 대흥 79.5 전철 백두산청년선 길주 ~ 혜산 전철 평라선 간리 ~ 나진 전철 함북선 반죽 ~ 회령 ~ 나진 전철

59 < 북한주요철도현황 > ( 단위 : km, 개소, km) 노선명구간간선 1지선 2지선기점종점 길이 (km) 평의선 평양 신의주 화성선 서포 동북리 15.3 시정선 간리 시정 8.0 안주탄광선 문덕 남동 22.4 개천선 신안주 개천 29.1 구봉산선 신안주 룡흥 15.4 남흥선 맹중리 남흥 9.4 박천선 맹중리 박천 9.3 평북선 정주 청수 구성선 구성 분강 61.6 압록강선 부풍 압록강 4.1 수풍선 부풍 수풍 2.5 백마선 염주 ~ 백마 남신의주 44.3 다사도선 룡천 다사도항 24.1 덕현선 남신의주 덕현 37.3 강안선 신의주 강안 1.7 평남선 평양 온천 89.6 평양화전선 보통강 평천 3.7 보산선 강서 보산 5.0 평남대안선 강서 대안화물 11.7 룡강선 룡강 마영 18.3 후산선 후산 양막 3.7 서해갑문선 신령리 철광 28.7 평부선 평양 개성 송림선 황주 송림 11.1 봉산선 봉산 서봉산 2.5 황해청년선 사리원 해주 은율선 은파 철광 장연선 수교 장연 17.1 서해리선 철광 룡정 10.1 배천선 장방 은빛 59.7 옹진선 해주 옹진 40.4 부포선 신강령 부포 19.1 청년이천선 평산 세포 평덕선 대동강 ~ 덕천 구장 덕산선 송가 덕산 1.7 삼등탄광선 삼등 대리 4.8 령대선 원창 령대 7.1 재동선 구정 재동 4.4 솔골탄광선 송남 솔골 4.4 관하선 북창 관하 2.6 득장선 북창 석산 17.7 명학선 득장 명학 2.6 덕남선 남덕천 덕남 1.6 서창선 덕천 서창 11.6 신성선 서덕천 신성 4.0 장상선 향원 장상 1.9 룡암선 구장 룡암 4.6 만포선 순천 만포 조양탄광선 개천 조양탄광 22.1 봉천탄광선 봉천 봉천탄광 2.0 개천탄광선 자작 전진 4.2 비고

60 청년팔원선 구장 팔원 40.2 룡문탄광선 어룡 룡문탄광 7.3 강계선 강계 낭림 56.8 운하선 만포 운하 6.2 평라선 간리 라진 대건선 신련포 외동 34.8 대건 직동 6.2 은산선 직동탄광선 은산 대건 6.0 천성탄광선 신창 천성 9.5 고원탄광선 둔전 장동 17.6 금야선 금야 풍남 8.7 신흥선 함흥 부전호반 91.5 영광 사수 58.2 장진선 서함흥 서호 17.7 창흥선 서호선 창흥 련흥 8.5 흥남항선 흥남-흥남항 룡성 3.5 덕성선 신북청 상리 51.7 허천선 단천 홍군 80.3 허천 만덕 9.8 금골선 만덕선 여해진 무학 83.4 고참탄광선 명천 신명천 4.3 강덕선 남강덕 수성 9.8 청진항선 청진 청진항 3.5 함북선 청암 라진 무산선 고무산 무산 57.9 철송 무산광산 3.0 회령탄광선 무산광산선 회령 유선 11.7 동포선 종성 동포 15.6 성평선 강안리 성평 11.5 남양국경선 남양 국경 0.8 고건원선 신건 고건원 9.8 오봉선 학송 오봉 10.4 두만강선 홍의 두만강 9.4 승리선 선봉 승리 4.2 라진항선 라진 라진항 2.3 백두산청년선 길주 혜산 백무선 백암 무산 삼지연선 위연 못가 81.8 가림 대평 31.5 강원선 보천선 고원 평강 천내선 룡담 천내 4.4 문천항선 옥평 고암 10.3 원산항선 갈마 원산항 2.0 혜산만포청년선 혜산 만포 안골선 문악 안골 2.9 금강산청년선 안변 금강산 기타선 철도총연장 총역수 5,214km 775 개

61 < 북한의주요철도노선 > < 금골선전주및전차선로현황 > (3) 교량건설과관련하여북한의철길관리규정에는선로의등급별활하중이명시되어있지않으나광복당시조선국유철도건설규정에따르면 1급선과 2급선의경우표준활하중은 LS-22이며 3,4급선의경우는 LS-18 로규정되어있고남한의국유철도건설규정도이와동일함으로북한도동일한것으로판단됨. (3) 경원선의경우구간현행속도는 17.5 km/h 이고, 침목은나무침목 (90%) 이철근 콘크리트침목 (10%) 비하여매우많이부설되어궤도상태가열알한편이며, 교량수는 156 개소로서교량침목의 80 % 이상부식되어있음. < 레일이음매부과대유간상태현황 > < 레일이음매부 ( 이음매판 ) 체결상태현황 >

62 (3) 북한의열차운영환경으로서열차통합운영의효과를높이기위해서는수송능력 의증대를위해기존철도시스템의대폭적인개선및현대화가필요한실정. < 금골선본선 1 개교 (Steel. Truss Girder 교 )> < 교량교각 ( 슈 ) 부분 > < 검덕광산광산전용철도 1 개교 (Steel Plate Girder 교 >

63 < 그림 2.3 Steel Plate Girder 교내부 > < 그림 2.3 교량교각 ( 불안정한슈 ) 부분 > (3) 북한철도노선 5100km 중에서 15% 이상 (765km) 이교량구간으로추정되며, 대부분무도상목침목궤도상태를유지하고있기때문에본사업에서개발한무도상레일장대화기술은북한철도의개선및현대화에효율적으로적용될것으로판단됨

64 중 국 TMR 무산 도문 ( 圖們 ) TSR 러시아 남양 ( 온성 ) 회령하산 (Khasan) 나진두만강 TCR 청진 TCR, TMGR 집안 ( 集安 ) 만포강계 혜산 길주 단동 ( 丹東 ) 신의주 구성 정주 안주 개천선천 고원 함흥원산 남북철도연결사업동해선구간 : 제진 - 금강산 (25.5Km) - 제진 -MDL : 7Km - MDL- 감호 : 4.1Km - 감호 - 금강산 : 14.4Km 장연 남포 평양사리원해주 금강산세포내금강제진평강평산금곡철원속초판문신탄리도라산강릉춘천 인천 서울 삼척 제천 천안 영주 대전 장항 익산 김천동대구 경주 포항 남북철도연결사업경의선구간 : 문산 - 개성 (26.8Km) - 문산 - 도라산 : 9.7Km - 도라산 -MDL : 2.3Km - MDL- 판문 : 5Km - 판문 - 개성 : 10.3Km 송정리 목포 순천 창원 삼랑진 부산 울산 < 북한의주요철도노선 >

65 2. 국외기술시장동향 가. 국외무도상판형교및트러스교부설현황분석 (1) 일본, 프랑스, 독일, 영국등대부분의국가가 1800 년대에철도를개통하였으며, 이들국가를비롯하여, 이들국가의영향하에있던많은국가에서건설된대 다수교량이트러스교및판형교형식임. (2) 그러나세계적인철도시장조사기관인독일 SCI/VERKEHR BERLIN 조사보고 서에서나각종학술문헌을조사하여도대륙별또는국가별철도연장은조사결 과는보고되고있으나교량형식에대한조사결과는찾아보기어려움. < 대륙별객차, 도시철도, 화물차선로연장 > (3) 이것은시장조사또는학술문헌이새로건설될노선에대하여주로분석되었기 때문이며, 노후교량의개량에대해서는국가별로소규모로단계적으로이루어 지고있기때문으로판단됨. (4) 그러나앞서언급한바와같이국내외적으로판형교및트러스교는다수존재하는것으로파악되기때문에논연구사업을통하여효율적인무도상교량장대화기술이개발될경우이를수출할수있는국제적시장은충분히확보되어있다고판단됨

66 나 년한국철도공사해외사업주요시장 (1) 한국철도공사해외사업주요실적 - 말레이시아 EMU 기술협력 / 컨설팅, 리비아철도건설감리기술용역, 이란중고기관차 (9량/7량) 수출, 불가리아철도정보화사전타당성조사, 파라과이단기철도운영사업, 중고터보차져 6대수출사업, 중고디젤엔진 4대수출사업, 미얀마철도현대화자문용역사업, 파키스탄차량수출관련부품활용, 이집트철도신호개량 F/S 및컨설팅, 이란중고객차 28량수출사업, 이란중고기관차 14량수출사업등 < 국가별주요사업추진현황 (9개국 17개사업추진중 )> 연번 국가 사업명 발주처 1 필리핀 1호선시설개량사업 DOTC 2 필리핀 2호선 O&M 사업 DOTC 3 필리핀 7호선 O&M 사업 ULC 4 필리핀 PNR O&M 사업 DOTC 5 인니 공항철도 O&M 사업 MOT 6 말레이싱가폴 고속철도 O&M 사업 SPAD 7 남아공 철도전기기술컨설팅사업 PRASA 8 탄자니아 철도건설컨설팅사업 Reli Assets Holding Company 9 방글라데시 철도차량구매 FS 사업 수출입은행 10 이집트 전자연동장치개량컨설팅사업 ENR 11 인니 철도공사기관사교육현대화사업 PT. KAI 12 파키스탄 중고기관차수출및정비컨설팅 NLC 13 이란 중고기관차 (14량) 수출사업 민간철도운영사 14 이란 중고기관차 (3량) 관련정비컨설팅 광물회사 15 이란 중고기관차 (2량) 수출사업 광물회사 16 이란 철도부품 ( 대차 10대 ) 수출사업 민간철도사 17 이란 철도부품 ( 엔진 4대 ) 수출사업 민간철도사

67 3 절기술 ( 특허, 논문등 ) 동향 3.1 특허분석범위 가. 무도상교량레일장대화기술은현재무도상교량운행선상에서장대레일부설 시해석및설계기술, 사용성및소음 / 진동평가기술, 궤광개량기술, 상태평가 및보강기술임 나. 철도교량침목의횡저항력증강체결, 교량상장대레일장출방지장치, 교량침 목탄성체결장치, 교좌장치, 유도상화공법등으로분야를나누어검색함 3.2 분석대상국가, 특허 DB, 대상기간 가. 분석대상국가, 특허 DB < 특허대상국가 > 국가특허 DB 대상기간 ( 출원일기준 ) 한국특허, 실용 ~ 해외 ( 미국, 일본, 중국, 유럽, 독일 ) 특허, 실용 ~ 나. 검색식 < 특허검색조합식 > 기술국가검색식 무도상교량 장대레일 부설 한국 해외 (( 교좌 or 받침 ) AND ( 교량 or 다리 or 판형교 or 트러스 or 트러스 ) AND ( 축력 or 횡 * or 수평 ) AND ( 장대레일 or CWR) AND ( 복합 or 교체 or 운행 )) (brige* and (CWR* or nonballast tracked* or Analysis* or structural stability* or Status assessment* or Reinforcement*) and (alter* or replce*) and (operation)

68 3.3 주요특허의요약 가. 국내특허조사결과 무도상교량체결장치및침목 - 교량거더연결장치 출원번호 ( 교량용레일체결장치 ) 출원번호 ( 철도교량용침목체결시스템 ) 출원번호 ( 교량침목탄성체결장치 ) 출원번호 ( 교량용철로침목체결부재 ) 출원번호 ( 철도교량침목의횡저항력증강체결장치 ) 출원번호 ( 판형교장대레일장출방지장치 ) 출원번호 ( 소음및진동저감형플레이트거더교구조 ) 궤도구조시스템 국내등록특허제 호 국내등록특허제 호 무도상교량보강공법 출원번호 ( 철도교량용판형교의거더개량용가설장비및개량공법 ) 출원번호 ( 트러스교량의횡진동저감및교량인상시전도방지용보강장치 ) 출원번호 ( 판형교의인상및진동흡수장치 ) 출원번호 ( 판형교용교좌장치 ) 한국등록특허제 호 ( 하중분산능력을개선한교량용탄성받침 ) 교좌장치개선 한국등록특허제 호 ( 광대변위흡수용미끄럼받침 ) 한국공개특허제 호 ( 형상기억합금을이용한교량받침 한국등록특허제 호 ( 교좌장치및교좌장치의설치방법 ) 국내등록특허제 호

69 나. 무도상교량체결장치및침목 - 교량거더연결장치개선관련특허 출원번호 ( 교량용레일체결장치 ) - 침목상단에방진패드를적용하여레일과목침목을연결하는체결장치 출원번호 ( 교량용철로침목체결부재 ) - 교량용철로침목체결부재는고정판에의해교량거더의상부플레이트에밀착결합하여온도변화에의해발생하는축력의영향에대항할수있는충분한횡저항력을확보하여철도시설물중차량주행로인레일의좌굴발생이방지 출원번호 ( 교량침목탄성체결장치 )

70 - 레일장대화에따른횡저항력을확보하여열차의주행에의한진동시너트및볼트풀림을방지하며, 장대레일구간에서는온도변화에따른축력에의해궤도의좌굴을방지하도록한교량침목탄성체결장치를제공 출원번호 ( 철도교량침목의횡저항력증강체결장치 ) - 교량거더의상부플레이트와침목을고정하는장치. 경사진형태의제 1 및제 2 걸림쇠에의해교량거더의상부플레이트에밀착결합되어온도변화에의해발생되는축력의영향에대항할수있는충분한횡저항력을확보

71 다. 궤도구조시스템개량과관련된특허 출원번호 ( 소음및진동저감형플레이트거더교구조 ) - 종래의철도교용플레이트거더교의단점을보완하여교량의동적거동특성, 피로저항능력및소음저감에유리한소음및진동저감형플레이트거더교구조를제공하기위한것 국내등록특허제 호 - 별도의동바리와거푸집없이강합성철근콘크리트구조물로거푸집역활을하면서크리트가단시간내에도달하는초속경콘크리트의특성을이용하여전환하는기술 국내등록특허제 호 - 철도차량을운행하면서단시내에설계강도에달하는특수콘크리트의특성을이용하여무도상강교거더를유도상슬래이브교로전환하는기술

72 라. 무도상교량무도상교량보강공법관련특허 출원번호 ( 철도교량용판형교의거더개량용가설장비및개량공법 ) - 철도용교량으로널리채택된판형교의거더를보강하기위해사전제작된거더보강재를기존의거더에설치하기위한가설장비및상기거더보강재를기존의거더에설치하여상기거더를개량또는보강하기위한공법. 출원번호 ( 판형교의인상및진동흡수장치 ) - 판형교의빔양측에는빔을인상장치를사용하여들어올릴수있도록외측으로돌출된브래킷이각각설치하여구성함으로써, 진동흡수와인상작업을용이하게실시할수있는효과를제공 출원번호 ( 트러스교량의횡진동저감및교량인상시전도방지용보강장치 ) - 트러스교량의횡진동저감및교량인상시전도방지용보강장치에관한것

73 마. 교좌장치개선관련특허 한국공개특허제 호 ( 형상기억합금을이용한교량받침 ) - 상판과하판을형상기억합금재료로이루어진기둥으로연결하여구조물의거동에대한에너지흡수내지소산기능과거동후의복원력을강화하는한편면진기능을새롭게부여하거나크게향상시킨형상기억합금을이용한교량받침에관한것 특허제 호 ( 하중분산능력을개선한교량용탄성받침 ) - 성지지체및다수의지지기둥이배치되고, 탄성지지체는하부판의상면에체결된외부보강판과상부판의저면에체결된외부보강판사이에서일체로체결되며, 지지기둥은하부판의상면과상부판의저면사이에서 4 개소에설치되는구조 한국등록특허제 호 ( 교좌장치및교좌장치의설치방법 ) - 상부구조물에상부플레이트를고정시키고, 하부구조물에베이스플레이트, 고무적층제를차례로고정시키고, 고무적층제와상부플레이트사이에하부플레이트를위치시키는구조

74 바. 국외특허조사결과 일본 - 일본공개특허제 호 ( 미끄럼고무지지장치 ) 상부구조물에상부플레이트를고정시키고, 하부구조물에베이스플레이트, 고무적층제를차례로고정시키고, 고무적층제와상부플레이트사이에하부플레이트를위치시키는구조 미국 -Patent Number 4,687,134 ( 철도체결구 ) 고정쇠및고정볼트로목침목과교량의강거더를탄성적으로연결하기위한장치 국내특허의경우침목-교량거더연결장치와관련일부특허는무도상교량장대레일화에일부적용된바있으나현재사용성에문제가있어개선이요구되고있음. 교좌장치에관련한특허의일부는무도상교량장대레일화에적용할수있어향후연구사업추진시적용성을상세검토할필요가있음. 그밖의대부분의특허는궤도구조를효율적으로개선하여무도상교량에서레일을장대화하고자하는본연구사업에직접적용하기어려움. 국외특허를다각적으로조사하였으나무도상교량장대레일화기술과관련한특허는거의발견되지않았음. 일부조사된특허는침목-교량거더연결장치에관련된특허로서국내특허내용과비슷함. 이상의특허분석결과본연구사업과관련된국내외특허는매우적기때문에, 본연구사업을통하여무도상교량에서기존궤도구조를대체할수있는효율적인궤도구조및이에대한운행선상시공법이개발될경우다량의국내외특허를확보하게될것으로판단됨

75 4 절기술 ( 논문 ) 동향 4.1 논문분석범위 < 논문분석기준 > 구분논문검색 DB 분석구간검색범위 분석기준 구글고급검색 ( nced_search?hl=ko&fg=1) 제한없음 Title, Abstract, Content 4.2 기술분류및검색조합식 < 논문검색조합식 > 기술구분 A기술 B기술 검색조합식 장대레일해석및설계기술다음단어모두포함 : 다음단어또는문구정확하게포함 :"longitudinal track-bridge interaction 다음단어모두포함 : railway 다음단어또는문구정확하게포함 : "track buckling" "continuous welded rail" 사용성및소음 / 진동평가기술 검색논문 29 관련논문 다음단어모두포함 : safety, ride quality 다음단어또는문구정확하게포함 : "train-track-bridge" C 기술 다음단어모두포함 : train, track 다음단어또는문구정확하게포함 :"sound and vibration", "railway bridge", "train-track-bridge" 궤광개량기술 다음단어포함 : railway, renewal 다음단어또는문구정확하게포함 : track structure, D 기술 상태평가및보강기술 다음단어포함 : damage, plate girder bridge, rehabilitation 다음단어또는문구정확하게포함 : train-track-bridge interaction

76 4.3 논문기술동향 가. 연도별논문발표추이및동향 (1) 장대레일해석및설계기술분야 ( 가 ) 장대레일설계와관련된연구는 1990년대초반부터활발하게연구되어왔다는데, 이들연구는해석적연구 [1-6] 와실험적연구 [7-10], 그리고기준제안또는기준검토등의 [11-15] 의연구로구분되어진다. ( 나 ) 그중장대레일설계이론의토대는 1992년에서 1997년까지 ERRI Committee D 202에서수행한연구사업을통하여구축되어졌다 [16-18]. 이연구사업을통하여장대레일과관련한심도있는연구결과들이발표되었는데, 이연구에서는궤도종및횡저항력특성에대한실험적연구와더불어궤도-교량종방향상호작용및궤도좌굴현상을해석하기위한프로그램개발이이루어졌다. 연구결과를토대로장대레일설계와관련한 UIC 기준이제시되었다. ( 다 ) 온도하중, 수직하중, 그리고시 / 제동하중등이순차적으로작용하는하중이력을고려하여궤도-교량상호작용해석을수행하기어려운것은궤도의종및횡방향거동이심한비선형특성을갖고있으며, 또한이비선형성들이수직하중의재하또는비재하여부에따라달라지기현상에서비롯된다고할수있다. 따라서대부분의연구는이들비선형궤도거동특성을반영하여궤도-교량상호작용해석에서는개별해석을수행하는연구가이루어졌다. ( 라 ) 하중이력을고려한궤도-교량상호작용해석연구는최초로 Müller et al.[19] 에의해시도되었다. 그의연구에서는비선형궤도특성이경계가앞선해석을통하여결정되는쌍일차선도 (bilinear curve) 으로근사화되었다. Ruge et al. [20, 21] 등은하중작용순차적조합을정확하게나타낼수있는실질적비선형궤도-겨량상호작용해석모델을제시하였다. Schanack et al. [22] 경계조건을만족하는 single DOF element models에서의변위상태의계산을기초로궤도-교량상호작용을해석할수있는상대변위방법을제시하였다. ( 마 ) 무도상교량또는특수교량에대한궤도교량상호작용해석에관한연구는 3 개정도로작게조사되었으며 [23-25], 이들중에는트러스교에적용할수있는 연구결과는있으나판형교에적용할수있는연구결과는제시되지않았다

77 ( 바 ) 장대레일좌굴해석에대한많은연구가이루어졌지만 [26-30] 교량의종방향 거동과관련하여궤도좌굴거동특성을연구한결과는제시되지않았다. (2) 사용성및소음 / 진동평가기술분야 : ( 가 ) 철도교량의구조안정성과관련한연구는철도건설초창인 1900년초부터활발하게수행되어왔다. 철도교량의구조안전성은주로열차하중을대상으로차량과교량의상호작용해석을통하여검토되어졌다. 차량과교량의상호작용해석의초기는차량을이동하중으로모형화하여해석 [31-33] 하였고, 이어차량을보다정밀하게모델링하기위한수많은해석기법이개발되어져왔다. 1980년부터 ~2000년까지차량에대하여차체, 대차, 차륜을질점으로모델링하고이들사이의연결을스프링과댐퍼로모델링하는 2차원차량-교량상호작용해석기법이집중적으로연구되어왔다 [34-42]. 최근에는차량을 3차원으로모델링하고, 차륜과레일사이의접촉역학을비교적정밀하게모델링할수있는차량-궤도-교량상호작용해석기법이개발되었다고할수있다 [43-52] ( 나 ) 일반철도교량의구조안정성에대한연구사례는매우많다고할수있다. 그러나본연구사업에서대상으로하는판형교또는트러스교에대한구조안정성에관한연구사례는많지않다고할수있다. 판형교의구조안정성과관련한연구로서는피로 (Fatigue) 를검토하기위한충격계수결정 [53] 판형교의취약성 (Fragility) 검토 [54] 등이있다. ( 다 ) 철도교량에서의차량의주행안전성및승객의승차감을대상으로하는연구는비교적 2000년이후비교적최근에이루어지고있다고할수있다 [55-59]. 이것은철도교량에서의차량의주해안전성및승객의승차감을검토하기위해서는매우정교한차량-궤도-교량상호작용해석기법이요구되기때문이며, 이러한해석기법은최근에개발되어졌기때문이라할수있다. 이들연구의대부분은최근에건설되는고속철도교량을대상으로하고있으며, 노후된판형교또는트러스를대상으로하는연구사례는거의없다고할수있다. ( 라 ) 철도교량에서의환경소음, 진동은주로교량구간에서차량 / 궤도상호작용에의하여발생하는구동소음원을대상으로공기중으로직접전파하는소음을예측하는것을주목적으로연구되어져왔다. 최근차량-궤도-교량상호작용해석기법의개발에힘입어교량진동에의하여교량차체에서방사되는소음을예측하는기법에대한연구들이보고되고있다 [60-65]. 그러나판형교를대상으로판형교의진동에의하여방사되는소음을예측하는연구사례는지금까지거의없다고할수있다

78 (3) 궤광개량기술분야 : ( 가 ) 궤도의궤광은레일, 체결구, 침목을주요구성품으로하는궤도의골격 (Frame) 으로서궤광개량은새로운궤광구조를창출하기위한아이디어, 이를설계하기위한일반적인구조해석, 그리고제작, 성능평가, 시공절차로이루어지므로궤광개량기술과관련해서는학술적논문보다는이들시스템을소개하는성격의문헌이대부분이라할수있다 [66-70]. 자갈궤도또는슬라브궤도에서새로운형식의궤광이다수제안되었지만노후된판형교또는트러스교에서궤도를개량하기위한궤광구조개발에대한연구또는개발사례는거의없다고할수있다. (4) 상태평가및보강기술분야 : ( 가 ) 교량의상태평가와모니터링시스템구축에의한진단에대한연구사례는매우많다고할수있다 [71-72]. 본연구사업에서는기존의판형교와트러스교에서레일을장대화하기위하여요구되는교량자체의상태평가, 상태평가결과를토대로보강이필요한부분에대한경제적이고효율적인보강을목표로하기때문에상태평가와보강기술자체를개발보다는기개발된기술을적절히활용하는중요하다. 그러나판형교또는트러스교를대상으로하는상태평가또는보수보강에대한연구사례는거의없다고할수있다. C 기술 3% D 기술 2% A 기술 46% B 기술 49% < 기술별논문발표추이 >

79 년이전 < 연도별논문발표추이 > 기타 한국 3 체코 2 1 영국 2 1 A 기술 스웨덴 독일 B기술 C기술 D기술 미국 4 2 EU 7 중국 < 국가별논문발표추이 > 나. 주요논문현황 저널명번호논문또는서적제목발표기관또는출판사 Institute of theoretical ans 1 DYNAMICS OF RAILWAY BRIDGES applied mechanics, T h o m a s academy of sciences Telford of the Czech Republic 2 Modern railway track 3 (1) 논문리스트 Stability of continuous welded track < 조사된논문현황 > Delft University of T e c h n o l o g y, Netherlands ERRI, EU M R T Production E u r o p e a n R a i l 발표연도 인용지수

80 번호논문또는서적제목발표기관저널명또는출판사 R e s e a r c h Institute Longitudinal forces of continuously Journal of welded track on high-speed J Cent South Univ, C e n t r a l 4 railway cable-stayed bridge considering impact of adjacent China S o u t h University bridges Sensitive factors research for track-bridge interaction of Long-span X-style steel-box arch bridge on high-speed railway Nonlinear rail-structure interaction analysis of an elevated skewed steel guideway Long term investigations of CWR Track bahaviour Empirical research of CWR long-term behaviour for ERRI D 202/3 Measurement based determination of braking and traction forces at the railway bridge in Rendsburg Long-term monitoring of steel railway bridge interaction with continuous welded rail An assessment of design criteria for continuous-welded rail on elevated transit structures Laying and maintenance of CWR track Service limit states for railway bridges in new design codes IAPF and Eurocodes New evolutions for high speed rail line bridge design criteria and corresponding design procedures Track/Bridge-Interaction-State of the art and examples Improved knowledge of forces in CWR track-lateral resistance tests J Cent South Univ, China APM & Assoc., Inc., Dallas, America European Research EU European Research EU Germany Rail Institute, Rail Institute, Department of Steel and Timber Structures, Faculty of Civil Engineering, CTU in Prague, Czech Republic The national academies of science.engineering.m edicine, America European Research EU Rail Institute, Technical university of Madrid, Spain SYSTRA, France Journal of C e n t r a l S o u t h University Journal of B r i d g e Engineerin g E u r o p e a n R a i l R e s e a r c h Institute E u r o p e a n R a i l R e s e a r c h Institute D e r Stahlbau Journal of Constructio nal Steel Research Transportat i o n R e s e a r c h Board E u r o p e a n R a i l R e s e a r c h Institute Workshop o n Track-Bridg e Interaction o n High-Spee d Railways I A B S E Symposium Report 발표연도 인용지수 Germany Stahlbau European Research EU Rail Institute, E u r o p e a n R a i l R e s e a r c h Institute Improved knowledge of forces in European Rail E u r o p e a n

81 번호논문또는서적제목발표기관저널명또는출판사 CWR track-measurement of lateral R a i l resistance characteristics for Research Institute, R e s e a r c h EU ballasted track Institute 18 Improved knowledge of forces in CWR track-empirical research of CWR long-term behavior for ERRI D 202/3 19 Tracks-gravel-bridge interaction Longitudinal forces in continuously welded rails on bridgedecks due to nonlinear track bridge interaction Longitudinal track bridge interaction due to sudden change of coupling interface Relative displacement method for track-structure interaction ADDITIONAL TEMPERATURE FORCES OF CONTINUOUS WELDED RAIL ON LARGE-SPAN STEEL TRUSS CABLE-STAYED BRIDGE Nonlinear Rail-Structure Interaction Analysis of an Elevated Skewed Steel Guideway Sensitive factors research for track-bridge interaction of Long-span X-style steel-box arch bridge on high-speed railway A NEW SET OF COMPUTER MODELS FOR ANALYSING CWR A numerical study of the lateral ballast resistance in railway tracks Analysis of stability of continuously welded rail track with finite elements Analyses of Track Shift Under High-Speed Vehicle-Track Interaction Contribution of base, crib, and shoulder ballast to the lateral sliding resistance of railway track: a geotechnical perspective Finite element model for dynamic analysis of Timoshenko beam European Research EU Rail Institute, Control Data GmbH, Germany T e c h n i s c h e Universität Dresden, Germany T e c h n i s c h e Universität Dresden, Germany Institute of Civil E n g i n e e r i n g, Universidad, Chile MOE Key Laboratory of High-speed Railway Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, China APM & Assoc., Inc., America Cent. South Univ, China, ESVELD C O N S U L T I N G S E R V I C E S, Netherlands 1CHARMEC/Departm ent of Applied Mechanics, Chalmers University of Technology, Sweden Jiaotong University Department of Civil Engineering, China Department of T r a n s p o r t a t i o n, America University of S o u t h a m p t o n, Southampton, UK Department of M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g, E u r o p e a n R a i l R e s e a r c h Institute C omput e r & Structure C omput e r & Structure C omput e r & Structure S c i e n t i f i c W o r l d Journal T h i r d Internation a l Conference o n Transportat i o n Engineerin g (ICTE) J. Bridge Eng J. Cent. South Univ, ESVELD CONSULTI N G SERVICES J. Rail and R a p i d Transit J. Rail and R a p i d Transit Departmen t of Transportat ion J. Rail and R a p i d Transit J. of sound a n d vibration 발표연도 인용지수

82 번호논문또는서적제목발표기관저널명또는출판사 University of Surrey, Guildford, England J. of the 32 Vibraions of a Timoshenko beams, A e r o s p a c e acoustical Using finite-element approach society of Coproration, America america Bell Telephone Int. J. for Convergence of consistently L a b o r a t o r i e s, numer ical 33 derived Timoshenko beam finite elements Whippany, New methods in Jersey, U.S.A. Engng Division of Solid Vertical dynamic interaction Mechanics, Chalmers J. of 34 between train and track - University of Sound and influence of wheel and track Technology, S-412 imperfections 96, Gothenburg, Vibration Sweden On the parametric excitation of the wheel/track system An iterative solution method for dynamic response of bridge-vehicles systems A numerical model for track vibration analysis using Timoshenko beam An Investigation in to the dynamic effects on the track of wheelflats on railway vehicles Dynamic interaction between a lumped mass vehicle and a discretely supported continuous rail track A dynamic model for the vertical interaction of the rail track and wagon system Three-dimensional train-track model for study of rail corrugation A fintie element model of railway track and its application to the wheel flat problem Three-dimensional train track model for study of rail corrugation Nonlinear three-dimensional wagon track model for the investigation of rail corrugation initiation on curved track Vehicle bridge interaction analysis under high-speed trains Effects of speed, load and damping on the dynamic Jiao Tong University, China University of Liège, Belgium - British Railways Research and D e v e l o p m e n t Division, U.K. Southwest Jiaotong University, China Central Queensland University, Australia Southwest Jiaotong University, China Concordia University, Canada Southwest Jiaotong University, China Central Queensland University, Australia Jiaotong China University, National University of Ireland, University J. of Sound and Vibration Earthquake Engng and struct u ra l dynamics J. of St ructural Engng J. o f St ructural E n g n g JSCE J. Mech. Engng Sci C omput e r & structures Int. J. of Solids and Structures J. of Sound and Vibration J. of Rail and Rapid Transit Journal of Sound and Vibration V e h i c l e S y s t e m Dynamics Journal of Sound and Vibration Computers a n d 발표연도 인용지수

83 번호논문또는서적제목발표기관저널명또는출판사 response of railway bridges and vehicles Road, Ireland Structures 48 Lateral dynamic interaction Journal of Beijing Jiaotong analysis of a train girder pier University, China Sound and system Vibration 49 Dynamic analysis of Department of Civil and Environmental Engineerin three-dimensional bridge System Engineering, g high-speed train interactions using a wheelrail contact model Konkuk University, Structures South Korea 50 V e h i c l e Fundamentals of vehicle track Southwest Jiaotong S y s t e m coupled dynamics, University, China Dynamics Integral model for train-track-bridge interaction on the Sesia Analysis of the lateral dynamic response of high pier viaducts under high-speed train travel Determination of a reasonable impact factor for fatigue investigation of simple steel plate girder railway bridges Fragility analysis of track-on steel-plate-girder railway bridges in Korea Ride comfort of high-speed trains travelling over railway bridges Steady-state response and riding comfort of trains moving over a series of simply supported bridges Dynamic analysis of a coupled high-speed train and bridge system subjected to collision load Dynamic analysis of train-bridge system subjected to non-uniform seismic excitations Vibration of coupled train and cable-stayed bridge systems in cross winds A semi-analytical/fem model for predicting ground vibrations induced by high-speed train through continuous girder bridge ANALYSIS OF NOISE RADIATED BY HIGH-SPEED RAIWAY BRIDGE Concrete bridge-borne low-frequency noise simulation Jiaotong University, Beijing, China Prointer Spain Ingeniería, C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y Consultant Co. Ltd.,Korea Korea Railroad Research Institute, South Korea M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g Department, Iran National Taiwan University,, Republic of China Jiaotong University, China Jiaotong China University, The Hong Kong P o l y t e c h n i c University, China Jiaotong University, China Jiaotong China Tongji China University, University, Computers a n d Structures Engineerin g Structures Engineerin g Structures Engineerin g Structures V e h i c l e S y s t e m Dynamics Engineerin g Structures Journal of Sound and Vibration Earthquake Engineerin g & St ructural Dynamics Engineerin g Structures Journal of Mechanical S c i e n c e a n d Technology T h i r d Internation a l Conference o n Transportat i o n Engineerin g (ICTE) Journal of Sound and 발표연도 인용지수

84 번호논문또는서적제목발표기관저널명또는출판사 based on train track bridge dynamic interaction Vibration Proceeding s of the 9 t h 63 Internation Structure-borne noise study of composite steel bridge on high Jiaotong University, a l China Conference speed railway o n St ructural Dynamics, EURODYN 64 Structure-borne noise of railway composite bridge: Numerical Jiaotong University, Journal of Sound and simulation and experimental China Vibration validatio Sound emission comparisons between the box-section and U-section concrete viaducts for elevated railwa COST-GOVERNED INNOVATIONS TRACK 67 INNOVATIONS IN RAILWAY TRACK 68 Slab Track Systems for High-Speed Railways Shanghai Jiaotong University, china University Technology Austria of Graz, Delft University of T e c h n o l o g y, Netherlands Royal Institute of Technology, Sweden. N o i s e C o n t r o l Engineerin g Journal 8-th World c o n g r e s s on railway researc Faculty of C i v i l Engineerin g, Section of Roads & Railways, TU Delft R o y a l Institute of Technology 발표연도 인용지수 INNOTRACK-project reports ERRI, EU ERRI A PROCEDURE FOR DESIGN AND OPTIMIZATION OF A RAILWAY TRACK STRUCTURE Long-term monitoring of steel railway bridge interaction with continuous welded rail Guidlines for railway bridges dynamic measurements and calculation Delft University of T e c h n o l o g y, Netherlands Czech University, Republic Technical Czech D e l f t University o f Technology Journal of Constructio nal Steel Research Bridcap project team UIC

85 (2) 각기술분류별로 2010 년이후에발표된논문중에서본연구사업과관련이가 장크다고판단되는논문리스트는다음과같다. < 최근논문현황 (5 년內발표논문 )> 기술구분 참고문헌번호 [5] 논문제목저널명발표년도 Sensitive factors research for track-bridge interaction of Long-span X-style steel-box arch bridge on high-speed railway Journal of Central South University 피인용수 A [24] Nonlinear Rail-Structure Interaction Analysis of an Elevated Skewed Steel Guideway J. of Bridge Engineering Contribution of base, crib, and [30] shoulder ballast to the lateral sliding resistance of railway track: a J. Rail and Rapid Transit geotechnical perspective [51] Integral model for train-track-bridge interaction on the Sesia Computers and Structures B [54] Fragility analysis of track-on steel-plate-girder railway bridges in Korea Engineering Structures [62] Concrete bridge-borne low-frequency noise simulation based on train track bridge dynamic interaction Journal of Sound and Vibration C [68] Slab Track Systems for High-Speed Railways Royal Institute of Technology Long-term monitoring of steel railway Journal of D [71] bridge interaction with continuous welded rail Constructional Steel Research

86 (3) 최근논문심층분석 ( 사례 ) 1 명칭 Sensitive factors research for track-bridge interaction of Long-span X-style steel-box arch bridge on high-speed railway 저자 LIU Wen-shuo( 刘文硕 ), DAI Gong-lian( 戴公连 ), HE Xu-hui( 何旭辉 ) 발표기관 J Cent South Univ, China 저널 Journal of Central South University 발표연피인용 2013 도수 2 대표도면 주요내용 논문요약 X-스타일아치교량에대한장대레일에대한궤도종저항법칙이연구되었으며, 온도, 종저항력모델, 종저항구속조건, 아치리브의경사, 교각및교대강성, 레일신축이음매등과같이장대레일축력에큰영향을주는요소들에대한비교연구가수행되었다. 해석결과아치리브의경사는장대레일축력에별영향을주지못하지만, 궤도종저항은큰영향을주는것을알수있었다. X-style arch bridge on high-speed railways (HSR) is one kind of complicated long-span structure, and the track-bridge interaction is essential to ensure the safety and smoothness of HSR. Taking an X-style steel-box arch bridge with a main span of 450 m on HSR under construction for example, a new integrative mechanic model of rail-stringer-cross beam-suspender pier-foundation coupling system was established, adopting the nonlinear spring element simulating the longitudinal resistance between track and bridge. The transmission law of continuous welded rail (CWR) on the X-style arch bridge was researched, and comparative study was carried out to discuss the influence of several sensitive factors, such as the temperature load case, the longitudinal resistance model, the scheme of longitudinal restraint conditions, the introverted inclination of arch rib, the stiffness of pier and abutment and the location of the rail expansion device. Calculating results indicate that the longitudinal resistance has a significant impact upon the longitudinal forces of CWR on this kind of bridge, while the arch rib s inclination has little effect. Besides, temperature variation of arch ribs and suspenders should be taken into account in the calculation. Selecting the restraint system without longitudinally-fixed bearing and setting the rail expansion devices on both ends are more reasonable

87 2 명칭 저자 저널 Nonlinear Rail-Structure Interaction Analysis of an Elevated Skewed Steel Guideway Roman Okelo, Ph.D., P.E., M.ASCE; and Afisu 발표기관 APM & Assoc., Inc., America Olabimtan, P.E., M.ASCE Journal of Bridge Engineering 발표연피인용 2011 도수 11 대표도면 주요내용 논문요약 장대레일축력메커니즘을보다잘이해하기위하여직선및사선강재가이드웨이에대한비선형 3차원유한요소해석이상용프로그램인 GT STRUDL을사용하여수행되었다. 고려된하중케이스는온도변화, 레일파단을동반하는온도변화, 그리고제동하중등이다. 결과는교량길이에따른레일축응력으로나타내졌으며, 교대및교각에서교좌장치에작용하는하중이계산되었다. 연구결과로부터 3차원비선형모델링은레일-구조물상호작용력을상세히분석하는데잘활용될수있는것을알수있었다. The use of continuous welded rail (CWR) with direct fixation of track on concrete deck is typical of most modern light-rail aerial structures. The interaction between the CWR and the elevated structure takes place through direct-fixation rail fasteners, which have a nonlinear force-displacement relationship. Factors that have significant influence on this interaction include the following: the bearing arrangement at the substructure units, trackwork terminating on the aerial structure, type of deck construction, and type of rail fasteners. To better understand the interaction mechanism, a nonlinear three-dimensional (3D) finite-element analysis of a straight, skewed, elevated steel guideway was carried out using the commercially available software GT STRUDL. The load cases considered in this study are temperature change, temperature change with rail breaking, and train braking. Results are presented in the form of rail axial stresses along the length of the bridge and normal bearing forces at both abutments and at all pier locations. The study shows that nonlinear 3D modeling can give a comprehensive insight into the rail-structure interaction (RSI) forces

88 3 명칭 Contribution of base, crib, and shoulder ballast to the lateral sliding resistance of railway track: a geotechnical perspective 저자 LMLe Pen and WPowrie 발표기관 저널 J. Rail and Rapid Transit Contribution of base, crib, and shoulder ballast to the lateral sliding resistance of railway track: a geotechnical perspective 발표연피인용 도수 대표도면 주요내용 논문요약 자갈인터페이스에대한침목의거동이실제차량의대표하중조합을재하할수있는장치를사용한시험을통하여조사되었다. 본논문은침목저면, 측면, 도상어께등이총미끄럼저항에기여하는상대적량에대한시험결과를나타낸다. 침목의파묻힌형상, 도상어께의다양한크기에따른도상저항력을평가할수있는새로운계산방법이제시된다. 실험과계산결과는서로, 그리고타문헌결과와비교되며, 합리적으로일치하는도상저항거동패턴이규명된다. The sleeper to ballast interface plays a crucial role in the stability of ballasted railway track, transferring both vertical and lateral loads safely from the superstructure to the sub-base. However, current conceptual models for the behaviour of the interface are incomplete and too simplistic to assess the response of the track system to the loads exerted by modern trains. For example, the increased curving speeds associated with tilting trains introduce potentially significant combinations of vertical, lateral, and moment loading which are not explicitly considered in current assessment procedures. Also, the relative contributions of the base, crib, and shoulder ballast to lateral sliding resistance are at present poorly quantified. The behaviour of the sleeper to ballast interface was investigated in a series of tests in an apparatus capable of applying combinations of load representative of real trains. This article presents test data quantifying the relative contributions to total sliding resistance of the base, crib, and shoulder. New calculations are presented, which enable the resistance from the crib and various sizes of shoulder ballast to be quantified. The results of the experiments and calculations are compared with each other and with the literature, and reasonably consistent patterns of behaviour are identified

89 4 명칭 Integral model for train-track-bridge interaction on the Sesia 저자 W.W. Guo, H. Xia, G. De 발표기관 Jiaotong University, Beijing, Roeck, K. Liu China 저널 Computers and Structures 발표연피인용 2012 도수 18 대표도면 주요내용 논문요약 차량 - 교량조합시스템의 3 차원동적해석모델이제시된다. 차량은다물체 동력학으로모델링되며, 4 개차축차량이 27 자유도로모의된다. 교량서 브시스템을모델링하기위하여궤도시스템의탄성및연속성을고려한 3 차원레일 - 자갈 - 보유한요소가개발된다. 차량과교량의상호작용력은차 륜과궤도의접촉력으로실현된다. 제안된해석모델은이탈리아 Sesia 교 량에적용되었으며, ETR500Y 고속차량에의한교량의거동이계산된다. 차량 - 교량시스템에대한차량의공진속도가검토되며, 교량위에서차량의 주행안전과안정성이평가된다. A 3-D dynamic analysis model for a coupled train-bridge system is established. The vehicle subsystem is modeled by multibody dynamics and each 4-axle coach is simulated as a 27-degree-of-freedom model. Track irregularities and wheel hunting are included. The track irregularities are generated with the German high-speed track spectra, whereas the wheel hunting is simulated by a sinusoidal function with a random phase. The equations of motion of the coupled train-bridge system are derived by representing the bridge subsystem through its vibration modes. The proposed formulations are then applied to the Sesia viaduct located on the new Italian high-speed line between Torino and Milano. The dynamic responses of the bridge subjected to an Italian high-speed ETR500Y train are calculated and some results are compared with the measured data. The resonant train speed of the train-bridge system is discussed, and the running safety and the stability of the train vehicles on the bridge are evaluated. The results show that the Sesia viaduct is stiff enough in both vertical and lateral directions, fulfilling the design criteria for high-speed train passage. The numerical method proposed in this paper can be used to predict efficiently the dynamic behavior of coupled train-bridge systems with reasonable computational effort

90 5 명칭 Fragility analysis of track-on steel-plate-girder railway bridges in Korea 저자 저널 Joonam Park, Eunsoo Choi Engineering Structures 발표기관 Korea Railroad Research Institute, South Korea 발표연피인용 도수 대표도면 주요내용 논문요약 본논문에서는대한민국에있는 TOSPG 교량에대한 seismic fragility curves 가개발된다. Fragility curves 은먼저교량구성품에대하여확률논 적지진요구모델을사용하여개발된다. 개발된 component fragility curves 는교좌장치가지진하중에대하여가장취약함을보여준다. 한편으 로교각은보강철근이없지만별로취약하지않음을알수있다. More than 40% of the bridges in conventional Korean railway lines are track-on steel-plate-girder (TOSPG) bridges. They are characterized by a superstructure consisting of railway tracks sitting directly on steel plate girders without any ballast system. Most of these bridges have been designed with little or no consideration given to seismic loading. In this paper, seismic fragility curves of TOSPG bridges in Korea are developed. Fragility curves are developed first for the components, by using the probabilistic seismic demand model. The developed component fragility curves show that the bearings are the most vulnerable components of the TOSPG bridges against seismic loading. On the other hand, the piers are much less vulnerable, although they contain no reinforcing bars. This is because the superstructure mass is very light, and therefore horizontal loading transferred from the superstructure to the piers is minimal. A generic damage measure is introduced for measuring the system-level damage of structures out of the component-level damages. The system fragility curves are then developed, using the generic damage measure. Finally, representation of seismic risk in terms of expected seismic losses is demonstrated. This demonstration shows how the fragility analysis is utilized for risk assessment and support in decision-making

91 6 명칭 Concrete bridge-borne low-frequency noise simulation based on train track bridge dynamic interaction 저자 Q. Li, Y.L.Xu, D.J.Wu 발표기관 Tongji University, China 발표연피인용저널 Journal of Sound and Vibration 2012 도수 21 대표도면 주요내용 논문요약 본논문에서는시간영역교량진동계산과주파수영역교량발생소음시뮬레이션사이의갭을연결함으로써콘크리트교량에서발생하는저주파소음의다양한특성을얻는일반절차를제시한다. 먼저일시적인차량 - 궤도 - 교량동적상호작용문제를풀기위하여유한요소법이사용된다. 다음으로주파수종속모달음향전달벡터 (Modal Acoustic Transfer Vectors; MATVs) 을찾기위하여경계요소법이적용된다. 시간 - 주파수변환을걸쳐최종적으로시간영역음압이얻어진다. 제안된절차는지상구간철도의 U- 형콘크리트교량에서교량가속도및교량발생소음을계산하기위하여적용된다. 계산결과는계측결과와비교된다. This paper presents a general procedure for obtaining various characteristics of concrete bridge-borne low-frequency noise by bridging the gap between time-domain bridge vibration computation and frequency-domain bridge-borne noise simulation. The finite element method(fem) is first used to solve the transient train. track. bridge dynamic interaction problem, with an emphasis on the local vibration of the bridge. The boundary element method(bem) is then applied to find the frequency-dependent modal acoustic transfer vectors(matvs). The time-domain sound pressure is finally obtained with the help of time-frequency transforms. The proposed procedure is applied to areal urban rail transit U-shaped concrete bridge to compute the bridge acceleration and bridge-borne noise, and these results are compared with the field measurement results. Both sets of results show the proposed procedure to be feasible and accurate and the dominant frequencies of concrete bridge-borne noise to range from 32 Hz to100 Hz

92 7 명칭 Slab Track Systems for High-Speed Railways 저자 Georgios Michas 발표기관 저널 Royal Institute of Technology Royal Institute of Technology, Sweden 발표연피인용 도수 대표도면 주요내용 논문요약 본연구에서는현재사용하고있는 4개유형의무도상궤도시스템을대상으로효율적사용을위한요구조건및설계특성등에대하여심도있게분석한다. 무도상궤도의가장큰장점은높은안정성및유지보수의불필요, 그리고낮은궤도높이라할수있다. 유한요소해석프로그램 ABAQUS/CAE 정적차량하중하을받는궤도를 3차원으로모델링하기위하여사용된다. 해석결과로부터슬래브궤도는자갈도상궤도에비하여안정성및내구성이매우우수한것을알수있다. This study examines in depth the various slab track systems that are being used today. Their design characteristics as well as the various requirements for efficient use are thoroughly explained. At least 34 different ballastless systems have been recorded in many railway networks throughout the world. The most significant slab track systems are analysed in detail and compared. Slab track designs have significant advantages comparing to ballasted tracks. The most significant are the high stability of the track, the almost non-existent need for maintenance, the long life cycle (60 years) and the reduced weight and height of the track. Their disadvantages against the ballasted tracks are mainly summarized in their higher construction costs. The Finite Element package ABAQUS/CAE is used to model a 3-D slab track design under static traffic loading. The results suggest that slab tracks have profoundly better stability and durability comparing to ballasted tracks mainly due to their higher stiffness and strength. The author underlines the need for further studies to undoubtedly prove the claimed advantages of slab track systems as well as to improve the costs associated with construction

93 8 명칭 저자 저널 Long-term monitoring of steel railway bridge interaction with continuous welded rail Pavel Ryjáček, Miroslav Vokáč 발표기관 Journal of Constructional Steel Research Czech Technical University, Czech Republic 발표연피인용 도수 대표도면 주요내용 논문요약 장대레일축력은레일의파단또는좌굴을유발하기때문에정밀해석이 매우중요하나해석을위하여필요한입력제원을얻기가매우어렵고또 한얻더라도값의변화가매우크다. 본논문에서는레일교량상호작용 에대한장기적인모니터링이무도상궤도를대상으로시행된다. 교량상 장대레일축력에대한모니터링결과를비롯하여해석및평가결과가제 시된다. The continuous welded rail (CWR) is nowadays standardly used on almost all modern railway bridges. However, its placement results in an interaction between CWR and the structure, which brings not only longitudinal forces on the substructure, but also significant additional stresses in the rail. These stresses can result either in the rail break, or in a track buckling. Unfortunately, input parameters for performing a numerical analysis are hardly accessible and they vary significantly in different sources. Because of that, an extensive long-time monitoring of the rail bridge interaction was performed on a bridge with an unusual combination of ballasted track, direct fastening and a barrier in the ballast. The paper presents the results of the monitoring and shows the analysis and evaluation of formulas, defining the fastening nonlinear stiffness of track to the bridge connection. The influence of the temperature on the ballast stiffness is also analysed

94 5 절 SWOT 분석 추가기술과사업화와의연관성을파악하기위하여 SWOT 분석을수행하였다. 강점 (strength) 과약점 (weakness), 기회 (opportunity) 와위협 (threat) 요인을규정하였다. - 친환경교통수단인철도투자확대 - 레일이음매존재에따른단점 ( 활하중에의한충격하중, 교좌 부의잦은손상, 동적성능저하, - 일반철도수송경쟁력약화 선로유지비과다소요, 차륜손 - 철도시설분야의안전에대한우려 상등 ) 개선 로새로운기술적용회피 강점 - 친환경 / 고효율에너지운송서비스 약점 - 철도선진국과비교하여철도기술 제공 의상대적약세 - 공사비저감, 공사기간단축 - 판형교량안전성검토및강재피 - 연구개발집중화 로수명예측이필요함. - 철도기술전문개발인력 - 운영노하우등을갖춘철도시 스템전문인력보유 - 철도교량환경소음규제 - 궤도구조를최소한으로개량하 거나신형식궤도구조로교체하 - 교량구조개선 ( 무도상판형교의유도 여레일을장대화하는기술 상화 ) 에의한기술개발대상교량의 - 본기술은판형교량의문제점을 감소 기회 종합적으로개선시킬수있는 위협 - 철도시설관리운영시안전성측면 요인 기술임 요인 에서의유도상화선호성향 - 공간적제한범위가거의없으 - 판형교의노후화로인한면밀한 며, 기존의유도상화공법에비 분석및필요시판형교보강이 하여비용이매우저렴. 필요함. - 기존강교의유지보수비용저 감가능 본기술은철도현장의취약구조물인판형교량을유도상화및레일장대화를구현할수있는기술이다. 기존공법에비해경제적이며, 공기도단축할수있어국가경제에이바지할수있으며, 한국철도공사등과협조하여철도후진국에기술수출및기술이전등을통하여국가브랜드를향상시킬수있을것으로판단된다

95 6 절일반철도무도상 ( 판형교, 트러스교 ) 유지보수현황 1. 유지보수의정의 -철도시설유지보수관련법에서정의하는유지보수는개량까지포함하고있음 - 철도산업발전기본법 에서는유지보수를 기존철도시설의현상유지및성능향상을위한점검 보수 교체 개량등일상적인활동 으로정의 - 시설물의안전관리에관한특별법 에서유지관리는 완공된시설물의기능을보전하고시설물이용자의편의와안전을높이기위하여시설물을일상적으로점검 정비하고손상된부분을원상복구하며시간경과에따라요구되는시설물의개량 보수 보강에필요한활동 으로정의하고있으나일반적으로유지보수와개량은그개념에차이가있음 - 소규모재료의교환은유지보수로볼수있으나대규모시설개선등을포함하는개량은유지보수라할수없음따라서본연구에서는무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 의유지보수비용을산출함에있어유지보수의개념을다음과같이정의함시설물의기능을보전하고시설물이용자의편의와안전을높이기위하여시설물을일상적으로점검 정비하고손상된부분을원상복구하며시간경과에따라요구되는시설물의보수 보강에필요한활동으로정의하여작업실적을통한기존무도상교량에대한유지보수비용을산출하였음 년한국철도공사유지보수비용산출 - 레일이음매의제거로충격진동이현격히저감됨에따라차량, 궤도, 교량의손상이크게저감되며, 그에따라유지보수비절감 - 각지역본부무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 작업실적분석결과각지역본부에서무도상교량에투입한작업인원은 2014년 ~2015년 2년동안총 14,630명, 작업시간은 18,898시간임 - 유지보수비용산출한국철도공사평균임금국가R&D현물부담계상기준 (4급 21호봉기준연급여약 7,000만원, 월급여약 585만원, 일급여 585/30 약 20만원 ) 적용시무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 최근 2년 2015~2015년유지보수인건비약 90억원소요 - 본과제의성과물적용시연간일반철도무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 유지보수인건비용절감 25억 (50% 인건비절감적용 )+ 재료비 + 기타교량각부재 ( 교좌장치, 보자리, 거더등 ) 파손저감효과발생

96 7 절국내연구개발인프라분석 1. 주요연구기자재및시설 연구수행기관 연구기자재 및 연구시설명 규격수량활용용도보유기관확보방안비고 주관 - 철도공사 윤중검증기 1-RTN0.05/ 10T 1 윤중및횡압하중검증한국철도공사보유 진동가속도계 5G 4 가속도측정한국철도공사보유 진동가속도계 50G 2 가속도측정한국철도공사보유 진동가속도계 100G 2 가속도측정한국철도공사보유 변위계 50mm 4 변위측정한국철도공사보유 대형 DAQ SCXI 플렛폼 소형 DAQ 1-MX840 1 도상횡저항측정기 노트북 노트북 노트북 분기기검측장비 레일축력측정기 1 teikokun II 1 hp nx8420_2 삼성 nt-q45 후지쯔 p1610prm SPG-1 1 궤도동적거동한국철도공사 data 취득윤중및횡압 data 한국철도공사취득도상횡저항력한국철도공사측정궤도부담력등 data취득및분석한국철도공사궤도부담력등 data취득및분석한국철도공사궤도부담력등 data취득및분석한국철도공사 분기기유지보수효율화와과학화한국철도공사 보유 보유 보유 보유 보유 보유 보유 VERSE 1 레일중위온도측정한국철도공사보유 직진도검사기 RAILPROF 1 레일의직진검측한국철도공사보유 공동 - 철도연 레일체결장치다축피로시험기 궤도 / 노반 / 구조종합성능시험기 고속레일 / 차륜접촉시험기대형진동삼축압축시험기 다자유도가진진동대 set 1 피로시험 set 1 성능시험 한국철도기술연구원 한국철도기술연구원 set 1 레일차륜접촉시험한국철도기술연구원 set 1 진동시험 set 1 가진시험 한국철도기술연구원 한국철도기술연구원 보유 보유 보유 보유 보유 철도 set 1 구조시험한국철도기술보유

97 구조성능평가시험기 연구원 레일피로시험기 set 1 레일피로시험한국철도기술연구원 궤도검측기 (Tr ack Master) set 1 궤도틀림측정한국철도기술연구원 진동측정장치 set 1 진동시험 자주식윤하중시험기 한국철도기술연구원 set 1 레일윤하중측정한국철도기술연구원 토조시험장치 set 1 토조시험 동적데이터측정장치철도교량용가진기시스템제작동적시험분석기 (Dynamic Signal Analyzer) set 1 응력가속도측정시험 set 1 가진시험 한국철도기술연구원 한국철도기술연구원 한국철도기술연구원 set 1 응력, 가속도측정한국철도기술연구원 윤중검증기 set 1 윤증측정 한국철도기술연구원 보유보유보유보유보유보유보유보유보유

98 8 절종합분석 1. 기술개발동향및환경분석에따른주요시사점 가. 특허분석결과본연구사업과관련된국내외특허는매우적기때문에, 본연구사업을통하여무도상교량에서기존궤도구조를대체할수있는효율적인궤도구조및이에대한운행선상시공법이개발될경우다량의국내외특허를확보하게될것으로판단됨. 나. 논문분석결과교량상장대레일해석및설계, 사용성및환경성평가, 사용성및소음 / 진동평가등에서많은논문이발표되었지만판형교또는트러스교를성능개선을목표로연구되어진사례는적음. 따라서본연구사업이성공적으로수행될경우관련분야에서국제적경쟁력을확보할것으로판단됨. 다. 시장분석결과사업성과를반영할있는내수시장이형성되어있으며, 특히북한 에도다수의판형교가존재하므로통일될경우북한철도개량사업에잘활용될 수있을것으로판단됨. 라. 정책동향분석결과녹색물류네트워크구축과경쟁력강화를통해철도수송분담 률제고를위해본과제는반드시필요하며, 이러한긍정적인효과들이국가경쟁 력향상및국가정책을실현하는데크게도움될것이라판단됨 2. 기획자문위원회결과 가. 1 차기획자문위원회개최현황 1) 일시 : ( 금 ), 16:00 18:00 2) 장소 : 한국철도공사본사회의실 ( 개나리실 ) 3) 자문위원 : 소 속 직 위 성 명 전문분야 KRTC 부사장 이기승 구조공학, 철도설계 충남대학교 교수 임남형 구조공학, 강구조 송원대학교 교수 김응록 토목구조동역학 동명기술단 전무 배강민 토목구조 항공철도사고조사위원회 조사관 김인재 궤도, 철도계획

99 4) 주요자문안건 : - 연구추진현황및연구성과중간점검 - 진흥원중간보고대비기술분류체계 ( 안 ) 검토적정성기술자문 5) 1 차자문위원회주요의견 : 구분 주요자문의견 - 무도상교량장대레일화기술개발은적절하고반드시필요한기술이라판단됨 1 위원 2 위원 3 위원 - 무도상교량을유도상화하기위한비용대비장대화한후유지관리비용등의경감비용을가급적추정하더라도정량적으로제시할것이바랍직함 - 대상구조물의건전성판단에있어시설물유지관리기관에서획득한자료이외에도구조적을안전한지반드시확인이필요함 - 열차의주행안전성평가시험및소음진동저감효과를확인하기위한시험에서는충분한구분이가능하도록연장이확보되어야할것임 - 기연구된강교장대레일화에대한문제점고찰필요 - 영종대교등강교상에부설된부도상궤도의상태분석필요 - 무도상교량의특성분석을장대레일축력해석을통해주요부재및요소에대한물성치변위변동가능폭등을도출하여기술개발에필요한항목도출하여연구할수있는프로세스정립 ( 하중증가한계, 교량받침의종방향힘허용범위, 체결력의요구조건등 ) 필요 - 기존의교량침목을그대로사용할경우경제성파악필요 - 1세부과제에대한프로세스를보다명확하게기술필요 ( 궤도, 교량종방향상호작용해석및상태평가 ) - 무도상교량을장대레일화할경우교량구조에작용하는장대레일종하중값에대한정립필요 ( 현철도설계기준상도상의종류에따라그값의차이가있는점을고려할때계측및외국기준사례조사등을거쳐기준정립필요 ) - 구조형식별및경간장별그룹화하여표준타입을선정하여장대레일종하중추가에따른구조안전성을검토하고, 교좌받침및하부구조에있어서구조안정성미확보케이스에대한보강방안을대표타입별로제시함이필요 ( 노후교량의경우현기준으로내진설계, 시제동하중, 장대레일종하중재하시구조검토에서 NG가날가능성이매우큼예산여건상내진성능까지만족시킬수없는경우에는상시검토만으로접근하는것도고려해볼필요가있음 ) - 기존선무도상교량의경우선형조건이불량한곡선상에가설되는개소

100 4 위원 5 위원 가다수이므로과제수행시레일허용응력감소가불가피한곡선구간에대해서도검토가필요 - 연구의범위및목표는기존선교량개량을위하여필요한연구과제이며현장에서필요한연구임 - 연구과제의제목은 강형교량침목무도상... 으로구체화하는것을검토 - 현장에거더의종류가다양하고동일교량에서도거더의덮개판수량이다르게되어있어각종모든교량을대상으로연구하기보다는일정한조건을갖춘범위의교량에대하여개량방법을연구하는것을검토 - 궤도와거더사이에탄성재료를사용하는것보다는레일체결장치에서탄성을부여하는것이효율적일수있으므로검토 - 개발하고자하는체결장치와궤도시스템이현재노후화된판형교와트러스교에적용할수있는지에대한검토연구가 1차년도에집중수행되어야함 - 교량상장대레일궤도의안정성검토해석을위한물성치확보가매우중요함 나. 2 차기획자문위원회개최현황 1) 일시 : ( 화 ), 16:00 18:00 2) 장소 : 한국철도공사본사 7 층 701 호회의실 3) 자문위원 : 소 속 직 위 성 명 전문분야 우송대학교 교수 정찬묵 구조공학, 철도공학 선구엔지니어링 대표이사 강윤식 구조공학, 건설재료 도하엔지니어링 부상장 홍철기 철도공학 KRTC 부사장 김재학 토목공학, 철도용품 한국철도시설공단 부장 유진영 궤도, 철도계획 4) 주요자문안건 : - 연구추진현황및연구성과중간점검 - 진흥원최종보고대비기술분류체계 ( 안 ) 검토적정성기술자문

101 5) 2 차자문위원회주요의견 : 구분 1위원 2위원 3위원 4위원 5위원 주요자문의견 - 무도상교량장대렝리화기술개발기회과제는매우바람직하고우리의현안과제라고판단또한나아가본과제는원천기술의확보측면에서도기술개발이시급히요구되는사항임 - 본과제시세부과제시행과정에서다소미흡한사항을연구수행바람 - 1세부무도상교량장대레일설계및성능평가핵심기술개발은해석한내용결과와실제거동간의차이에대한고려필요, 해석모델링시온도변화, 차량하중, 변동, 거더변위에따른체결구훅크볼트등의연결장치가시간경과에따른변화등에대한고려가필요, 침목재료균질성을위해서합성수지침목고려필요 - 2세부 : 주로체결장치보완에의한장대화는특정한구간 ( 유도상화불가능한구간 ) 에만선별적으로적용 - 3세부 : 강거더일체형신형식궤도구조개발은궤도와교량거더의연결방법을운행중에어떻게할수있는지검토필요 - 2세부는가급적유도상화하고최소만적용 3세부는특정한위치 ( 예, 한강철교 ) 목표로시행 - 교량에서레일이음매가설치되어있고도상이미설치된교량의경우, 열차의진동, 소음이교량의내구성을저하시키면서민원이많은실정임을감안할때레일이음매를없애면서장대레일화하는본연구는매우중요하다고판단됨 - 세부과제의구성 (1세부, 2세부, 3세부 ) 도적절하여본연구가성공리에완성되면철도교량의유지관리에크게기여할것으로판단됨 - 2세부연구과제는기존선에사용중이체결장치및침목하부에설치하는탄성패드개량에관한사항으로침목하부탄성받침적용시침목고정방식도효과적으로개선하여탄성받침의안정적인유지방안도검토되어야함 - 3세부연구과제인신형식궤도구조개발및적용은사용목적이신설선이아닌기준운행선구간에적용하므로장대화성능확보뿐만아니라시공방안도중요하므로이에대한상세시공방안강구가철저히수행되어야할것으로판단됨 - 일반철도속도향상추세에따라기존무도상교량의장대레일화및궤도안정성향상을위한연구개발필요 - 새로운시스템개발은설계, 시공, 유지보수단계별로구체적으로과업범위와목표를분류화, 그룹핑하여실용화가가능하도록과업추진필요

102 - 연구범위를교량상궤도시스템에한정하지말고교량접속부, 레일변위에의한선형틀림, 온도하중에의한레일신축, 열차충격에의한궤도처짐등의보강방안도병행검토필요 - 장대레일부가축력해소는침목, 거더연결장치와함께활동체결장치, 저체결력체결장치와함께사용하는방안검토 - 무도상교량거더와개발시스템조합상태에서의전기절연성능확인필요 - 운행선차단시간을고려한시공방법연구필요

103 제 3 장연구개발과제구성및추전전략 1 절비전및목표 1. 비전 가. 노후무도상교량의레일장대화부설을위한혁신적기술확보를통한효율적인 철도인프라의성능개선및쾌적한철도환경조성 2. 목표 가. 노후무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 의레일장대화부설을위한설계및성능평 가핵심기술개발및기존궤도구조를개량하기위한중요장치및강거더일 체형신형식궤도구조개발 (1) 세부목표 ( 가 ) 비용절감형레일장대화공법개발 ( 무도상교량의유도상화사업사업비대 비 50% 비용절감 ) ( 나 ) 열차운영을고려한공사시간최소화 ( 무도상교량의유도상화사업공사시간 대비 50% 단축 ) ( 다 ) 선로연변쾌적성향상을위한저진동 / 저소음공법개발 ( 무도상교량직하부에 서소음, 진동 10dB 저감 ) 2 절기술개발에따른미래상 1. 노후된판형교또는트러스교에서레일이음매에서발생하는충격소음이현격하 게감소됨으로써조성된쾌적한철도환경. 2. 레일이음매에서발생하는충격하중의대폭적인감소에따른차량, 궤도및교량의 유지보수비의절감및그에따른향상된철도사업성. 3. 속도제한요소로작용했던레일이음매의제거에따른열차속도향상으로증대 된철도수송량및보다효율화된철도망

104 4. 열차운행안전성및승객의승차감향상으로향상된고품질철도서비스. 5. 남북통일시무도상교량레일장대화기술의적용으로저비용으로신속하게개 선된북한철도인프라. 6. 궤도또는교량관련기업체의다양화된사업아이템및증대된철도기술의해외 진출 3 절연구개발과제구성 1. 기술의정의 가. 현재기존선에는자갈도상없이거더에침목이직결되어있는무도상교량인판형교 (443개소, 29,995m), 트러스교 (11 개소, 6,588m) 등많은등이다수존재하나, 무도상교량은대부분일제시대에건설되어교량및궤도상태가레일을장대화하기어려운조건에있음. 나. 판형교일부가유도상화사업을통하여레일장대화가이루어지고있지만사업 추진이매우느리게진행되고있어장기적으로상당수가비장대화상태로놓이 게될전망이며, 트러스교의경우는아예레일장대화사업에포함되어있지않음. 다. 장대레일부설불가에따라서교량상에다수의레일이음매의존재로타구간에 비하여매우큰소음, 진동이발생 ( 최소 10dB 이상 ) 함에따라서승객및철도연 변주민이큰불편을격고있음. 라. 차륜이이음매통과를통과할때발생하는매우큰충격하중으로궤도파손및 차륜손상으로유지보수비가높게발생하고있으며, 승객의승차감및차량의 주행안전성저하와열차속도제한등에따라서철도대외경쟁력저하요인. 마. 따라서무도상교량레일장대화기술은건설년도가오래되어레일을장대화하기 어려운조건에있는판형교, 트러스교등무도상교량 ( 도상자갈이없는교량 ) 에 대하여저비용으로신속하게레일을장대화하기위한제반기술로정의

105 2. 연구개발과제의구성체계 무도상트러스교장대화 가. 1 세부과제 : 무도상교량장대레일화설계핵심기술개발및성능평가 (1) 레일장대화기술요건정립 (2) 궤도 - 교량종방향상호작용해석및설계기술개발 (3) 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 (4) 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 (5) 궤도 - 교량시스템소음 / 진동평가기술개발 (6) 궤도및교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발 (7) 시험시공구간궤도 - 교량시스템성능평가 나. 2 세부과제 : 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 (1) 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템개발 (2) 선형조정용목침목탄성받침개발 (3) 개발장치및궤도구조시험시공

106 다. 3 세부과제 : 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 (1) 궤도구조설계 (2) 궤도구조제작 (3) 궤도구조실내성능평가 (4) 운행선시공법개발 (5) 상용화기반구축 연구과제 세부과제 기술구성 레일장대화기술요건정립 궤도 - 교량종방향상호작용해석및설계기술개발 무도상교량장대레일설계및성능평가핵심기술개발 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 궤도 - 교량시스템소음 / 진동평가기술개발 무도상교량레일장대화기술개발 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 궤도-교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발시험시공구간시험평가목침목-강거더 ( 교량 ) 체결시스템개발선형조정용목침목탄성받침개발개발구성품및신형식궤도구조시험시공 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 궤도구조설계궤도구조제작궤도구조실내성능시험운행선시공법개발상용화를위한기반구축 < 그림 3.1 연구개발과제구성체계 >

107 4 절세부과제별주요내용및추진전략 1. 세부과제별주요내용 가. 1 세부과제 : 무도상교량장대레일화설계핵심기술개발및성능평가 (1) 세부과제연구목표 ( 가 ) 무도상교량 ( 판형교및트러스교 ) 의구조적특성및상태를반영한장대레일 설계및사용성평가에필요한핵심기술의개발과, 기술적용을통한개발시 스템의적합성검토및성능제고. 무도상교량장대레일해석및설계 무도상교량사용성 (Servicability) 평가 핵심기술개발 개발시스템적합성검토 <1 세부과제기술의구성체계 > (2) 주요연구내용 ( 가 ) 레일장대화기술요건정립 레일장대화국내외기술기준조사및분석 종저항력확보를위한궤도, 거더, 교각, 교좌장치, 기초등의레일장대화기술 요건도출

108 l 기술요건정립 Ø 교 Ø 교각기초 Ø 교대및교각 Ø 교좌장치 Ø 거더 Ø 궤도 - 도상종저항력요건 - 도상횡저항력요건 - 신축이음매요건 -. < 무도상교량장대화항목별기술요건분류 > ( 나 ) 궤도 - 교량종방향상호작용해석및설계기술개발 궤도, 거더, 교각, 교좌장치, 기초의변위-종저항력거동특성분석 무도상교량 ( 판형교및트러스교 ) 의궤도-교량종방향상호작용해석모델링개발 구조적특성및상태를고려한무도상교량장대레일적정설계방안가이드라인개발 ( 궤도종저항력요건, 교좌장치유형별배치, 레일신축이음매설치등 ) < 궤도 - 무도상교량상호작용해석모델 >

109 < 궤도 - 교량상호작용해석제원도출을위한체결구종저항력시험장면 > ( 다 ) 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 개발품의구조적거동특성을고려한궤도횡저항력평가 횡방향레일좌굴해석모델링개발 개발시스템의좌굴안정성평가 Direction of Travel TCS V V V V V V V V Deflection S Y u Central Wave Y max Y u Central Wave Y max Precession Wave V=Wheel Load TCS=Truck Center Spacing S=Axle Spacing Y u= Uplift Buckled Zone Adjoining Zone P W W 0 (Initilal Misalignment) o 2L 0 F(W) u P X TANGENT TRACK 2L < 궤도에작용하는하중및좌굴해석개념도 >

110 ( 라 ) 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 개발시스템구조안정성평가 차량-궤도-무도상교량상호작용해석모델링개발 차량-궤도-무도상교량상호작용해석을통한차량의주행안전성및승객의승차감평가 < 판형교구조안정성해석을위한제원 > < 사용성평가를위한차량 - 궤도 - 교량상호작용해석 > ( 마 ) 궤도-교량시스템소음 / 진동평가기술개발 궤도-교량시스템진동해석기법개발 궤도-교량시스템구조체진동에따른방사소음예측기법개발 개발시스템의진동및소음평가 < 교량진동에따른발생소음예측절차 >

111 ( 바 ) 궤도및교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발 레일장대화요건파악을위한궤도및교량상태평가체크리스트및절차서개발 ( 육안으로파악할수없는부재에대한평가기준포함 ) 상태평가결과에연동된효과적인보강매뉴얼개발 < 판형교건전성평가 > < 판형교거더브레이싱보강공사 > ( 사 ) 시험시공구간개발장치및궤도구조성능평가 계측계획수립 ( 계측망구성, 계측일정 ) 시험평가 개발품기능및성능 궤도-교량시스템의사용성 ( 차량의주행안전성및승객의승차감 ) 궤도-교량소음진동저감성능

112 < 장대레일축력모니터링을위한계측망구성 > ( 아 ) 관련기준개정 ( 안 ) 제시 - 선로유지관리지침 선로유지관리지침제88조 ( 장대레일부설을위한선로조건 ) 2항 5호에의하면 전장 25 m 이상의무도상교량은피하여야한다. 그러나 25 m 미만의무도상교량에있어서도거더, 교대와교각의강도에대하여검토하고강도가부족한경우에는보강하지않으면안된다 고되어있기때문에무도상레일장대화를위해서는해당기준을개정하여야함. 나. 2 세부과제 : 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 (1) 세부과제연구목표 ( 가 ) 기존궤도구조를활용하여적은비용으로신속하게레일장대화기위한중요 장치를개발하고, 개발장치및구조시스템의시험시공을통하여현장적용 성을확인 (2) 주요연구내용 ( 가 ) 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템개발 개발품설계, 제작및현장성능시험

113 < 개발장치실내시험개념도 > < 침목 - 거더체결장치현장부설예 > ( 나 ) 선형조정및충격완화용목침목탄성받침개발 개발품설계, 제작및실내및현장성능시험

114 < 침목 - 교량거더시스템 > ( 다 ) 개발구성품및구조시스템시험시공 시험시공계획수립 시험부설대상아이템선정 시험시공장소선정 공사비산정 공사일정수립 운행성공사안전확보계획수립 공사중위험요소예측및대책방안수립 공사중안전감리체계수립 관계기관안전확보를위한협의체구성방안 시험시공 자재제작및구매시방서작성 세부공정작성 장비및인력조달방안수립 공사발주 시험시공 준공검사

115 < 무도상레일장대화 > 다. 3 세부과제 : 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 (1) 세부과제연구목표 ( 가 ) 무도상교량 ( 판형교, 트러스교 ) 의기존목침목궤도구조를개량하기위한강거 더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발. < 강거더일체형신형식궤도개념도 >

116 (2) 주요연구내용 ( 가 ) 궤도구조시스템설계 강거더 ( 교량 ) 일체형궤도구조설계요건도출 개념설계, 기본설계, 상세설계 궤도-교량시스템사용성및소음 / 진동검토 < 강거더일체형신궤도설계 >

117 ( 나 ) 궤도구조제작 자재조달및제작계획서작성 궤도구조시스템시험제작 ( 다 ) 궤도구조실내성능평가 실내성능시험계획수립 시험항목 시험방법 성능시험기준 성능평가 성능보완 ( 라 ) 운행선시공법개발 운행선시공요건도출 공사절차서작성 < 운행선궤도시공 > ( 마 ) 상용화를기반구축 품질및성능기준작성 제작시방서작성 시공지침서작성 LCC 평가

118 2. 연차별연구내용 가. 무도상교량장대레일화설계핵심기술개발및성능평가 (1) 1 차년도 ( 가 ) 레일장대화기술요건정립 레일장대화국내외기술기준조사및분석 종저항력확보를위한궤도, 거더, 교각, 교좌장치, 기초등의레일장대화기술요건도출 ( 나 ) 궤도-교량종방향상호작용해석및설계기술개발 궤도, 거더, 교각, 교좌장치, 기초의변위-종저항력거동특성분석 무도상교량 ( 판형교및트러스교 ) 의궤도-교량종방향상호작용해석모델링개발 ( 다 ) 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 개발품의구조적거동특성을고려한궤도횡저항력평가 현장도상저항력시험 도상횡저항력모델링개발 ( 라 ) 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 차량 - 궤도 - 무도상교량상호작용해석모델링개발 ( 마 ) 궤도및교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발 레일장대화요건파악을위한궤도및교량상태평가체크리스트및절차서 개발 ( 육안으로파악할수없는부재에대한평가기준포함 ). (2) 2 차년도 ( 가 ) 궤도-교량종방향상호작용해석및설계기술개발 구조적특성및상태를고려한무도상교량장대레일적정설계방안가이드라인개발 궤도종저항력요건 교좌장치유형별배치 레일신축이음매설치등 ( 나 ) 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발

119 횡방향레일좌굴해석모델링개발 개발시스템의좌굴안정성평가 ( 다 ) 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 차량 - 궤도 - 무도상교량상호작용해석모델링검증 ( 라 ) 궤도 - 교량시스템소음 / 진동평가기술개발 궤도 - 교량시스템진동해석기법개발 궤도 - 교량시스템구조체진동에따른방사소음예측기법개발 ( 마 ) 궤도및교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발 상태평가결과에연동된효과적인보강매뉴얼개발 (3) 3 차년도 ( 가 ) 궤도 - 교량종방향상호작용해석및설계기술개발 시험시공구간장대레일설계 ( 나 ) 궤도 - 교량시스템소음 / 진동평가기술개발 궤도 - 교량시스템구조체진동에따른방사소음예측기법개발 ( 다 ) 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 시험시공구간좌굴안정성분석 ( 라 ) 시험시공구간구조안정성평가 (4) 4 차년도 ( 가 ) 시험시공구간무도상교량의해석적방법에의한사용성평가 차량의주행안정성평가 승객의승차감평가 ( 나 ) 시험시공구간해석적방법에의한소음, 진동평가 차량 / 궤도 / 교량상호작용해석을통한궤도및교량진동평가 궤도및교량진동으로부터발산되는소음레벨평가 ( 다 ) 시험시공구간계측시스템구축 성능평가계획수립

120 계측망도작성 계측항목및계측방법정립 시공중게이지및측정설비설치 (5) 5 차년도 ( 가 ) 개발장치및궤도구조시험시공구간성능평가 계측을통한구조안정성평가 궤도-교량시스템의사용성평가 ( 차량의주행안전성및승객의승차감 ) 진동및소음측정및평가 나. 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 (1) 1차년도 ( 가 ) 목침목-강거더 ( 교량 ) 체결시스템개발 체결시스템개념및상세설계 ( 나 ) 선형조정및충격완화용목침목탄성받침개발 탄성받침개념및상세설계 (2) 2 차년도 ( 가 ) 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템개발 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템제작 ( 나 ) 선형조정및충격완화용목침목탄성받침개발 탄성받침제작 (3) 3 차년도 ( 가 ) 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템개발 실내성능시험 ( 나 ) 선형조정및충격완화용목침목탄성받침개발 실내성능시험 ( 다 ) 개발구성품및구조시스템시험시공계획수립 시험부설대상아이템선정

121 시험시공장소선정 공사비산정 공사일정수립 관계기관대외협의 ( 라 ) 운행성공사안전확보계획수립 공사중위험요소예측및대책방안수립 공사중안전감리체계수립 관계기관안전확보를위한협의체구성방안 ( 라 ) 시험시공구간교량상태평가및보수보강공사 궤도및교량상태평가체크리스트에의한상태평가 보수보강공사 (4) 4 차년도 ( 가 ) 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템및목침목탄성받침성능개선 성능보완및개선사항도출 보완설계및제작 ( 나 ) 개발구성품및구조시스템시험시공 자재제작및구매시방서작성 세부공정작성 장비및인력조달방안수립 공사발주 시험시공 준공검사 (5) 5 차년도 ( 가 ) 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템및목침목탄성받침성능개선 성능시험 ( 나 ) 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템및목침목탄성받침상용화기반구축 성능시험기준작성 유지관리매뉴얼작성 다. 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발

122 (1) 1 차년도 ( 가 ) 궤도구조시스템설계 강거더 ( 교량 ) 일체형궤도구조설계요건도출 개념설계, 기본설계, 상세설계 궤도-교량시스템사용성및소음 / 진동검토 (2) 2 차년도 ( 가 ) 궤도구조제작 자재조달및제작계획서작성 궤도구조시스템시험제작 (3) 3차년도 ( 가 ) 궤도구조실내성능평가 실내성능시험계획수립 시험항목 시험방법 성능시험기준 성능평가 ( 나 ) 궤도구조운행선시공법개발 운행선시공요건도출 공사절차서개발 (4) 4 차년도 ( 가 ) 궤도구조성능개선 보완설계및제작 ( 나 ) 상용화를기반구축 품질및성능기준작성 제작시방서작성 시공지침서작성 (5) 5 차년도

123 ( 가 ) 궤도구조성능개선 성능시험 ( 나 ) 상용화를기반구축 유지관리매뉴얼작성 LCC 평가 3. 연차별연구성과및검증방법 / 절차 가. 1 세부과제 : 무도상교량장대레일화설계핵심기술개발및성능평가 연차 연차별연구성과 검증방법 평가절차 레일장대화기술요건 정성평가 -평가위원의연말평가 ( 기술요건내용의심도및적용성 ) 무도상교량 ( 판형교및트 -평가위원의연말평가러스교 ) 의궤도-교량종방정성평가 ( 해석기법의검증및정확성 ) 향상호작용해석모델링 1 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술-도상횡저항력모델링 정성평가 -평가위원의중간및연말평가 ( 도상횡저항력규명방법, 모델링의현장거동특성반영정도 ) 차량-궤도-무도상교량상 -평가위원의연말평가정성평가호작용해석모델링 ( 해석기법의검증및정확성 ) -평가위원의연말평가궤도및교량상태평가체정성평가 ( 체크리스트및보강매뉴얼의크리스트및보강매뉴얼범용성, 체계성, 적용성 ) 교량장대레일적정설계 -평가위원의연말평가정성평가방안가이드라인 ( 가이드라인적용성 ) 2 횡방향레일좌굴해석모 -평가위원의중간및연말평가정성평가델링 ( 해석기법의검증및정확성 ) 교량구조안정성및사용성 -평가위원의연말평가정성평가 ( 안전성, 승차감 ) 평가기법 ( 해석기법의검증및정확성 ) 궤도- 교량시스템소음 / 진동 -평가위원의연말평가정성평가평가기법 ( 해석기법의검증및정확성 ) -평가위원의연말평가 시험시공구간장대레일설계서 정성평가 ( 장대레일해석및설계의정확성및체계성 ) 궤도-교량시스템구조체 3 -평가위원의연말평가진동에따른방사소음예정성평가 ( 해석기법의검증및정확성 ) 측기 시험시공구간 구조안정성 정성평가 -평가위원의연말평가

124 4 5 및좌굴안정성평가보고서 ( 평가보고서의내실 ) 시험시공구간무도상교량의 -평가위원의연말평가해석적방법에의한사용정성평가 ( 평가보고서의내실 ) 성평가보고서시험시공구간해석적방법 -평가위원의연말평가에의한소음, 진동평가정성평가 ( 평가보고서의내실 ) 보고서시험시공구간계측계획보 -평가위원의연말평가정성평가고서 ( 성능평가계획, 계측망도등 ) -평가위원의연말평가개발장치및궤도구조시정성평가 ( 성능평가방법, 절차, 적용기준험시공구간성능평가보고서의합리성 ) 나. 2 세부과제 : 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 연차연차별연구성과검증방법평가절차 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템체결시스템개념및상세설계도 선형조정및충격완화용목침목탄성받침개념및상세설계도 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템제작 선형조정및충격완화용목침목탄성받침제작목침목-강거더 ( 교량 ) 체결시스템실내성능시험성적서선형조정및충격완화용목침목탄성받침실내성능시험성적서 시험시공구간교량상태평가보고서및보수보강공사 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템및목침목탄성받침성능개선보완설계및제작 정성평가 정성평가 시제품검사 시제품검사 시험성적평가 시험성적평가 정성평가 정성평가 - 평가위원의연말평가 ( 개발품의독창성, 효율성, 실용성 ) - 평가위원의연말평가 ( 개발품의독창성, 효율성, 실용성 ) - 시제품의완성도 -시제품의실용성 -시제품의완성도 - 시제품의실용성 - 성능시험성적평가 - 성능시험성적평가 - 평가위원의연말평가 ( 교량상태평가보고서의내실, 보강공사의효율성 ) - 평가위원의연말평가 ( 성능개선사항도출및보완방 법의효율성 ) 개발구성품및구조시스정성평가 - 평가위원의연말평가

125 5 템시험시공 ( 공사방법의효율성, 경제성 ) 성능개선된목침목-강거더 ( 교량 ) 체결시스템및목침목탄성받침목침목-강거더 ( 교량 ) 체결시스템및목침목탄성받침성능시험기준및유지관리매뉴얼 시험성적평가 시험성적평가 -기존제품대비보완제품의성 적비교 - 평가위원의연말평가 ( 성능시험기준및유지관리매 뉴얼의체계성및적용성 ) 다. 3 세부과제 : 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 연차 연차별연구성과 검증방법 평가절차 강거더 ( 교량 ) 일체형궤도 -평가위원의연말평가 1 구조개념설계, 기본설계, 정성평가 ( 구조안전성, 사용성 평가결과 상세설계도 반영여부, 개발품의경제성 ) 2 궤도구조시험제작품 시제품검사 -시제품의완성도 -시제품의실용성 3 궤도구조실내성능평가보시험성적평가 -성능시험성적평가고서궤도구조운행선공사절차 -평가위원의연말평가정성평가서 ( 공사절차서의내실 ) 궤도구조성능보완제품 시제품검사 -시제품의완성도 4 궤도구조품질및성능기 -평가위원의연말평가준서, 제작시방서, 시공지정성평가 ( 품질및성능기준서, 제작시방 침서 서, 시공지침서의적용성 ) 개선된궤도구조성능시험 -기존제품대비보완제품의성적시험성적평가성적서비교 5 -평가위원의연말평가유지관리매뉴얼및 LCC 정성평가 ( 유지관리매뉴얼적용성보고서 LCC 평가결과의합리성 ) 및 4. 추진전략 가. 무도상교량장대레일화설계핵심기술개발및성능평가 (1) 궤도 - 교량시스템구조해석및사용성검토에요구되는해석기법에대하여국 내외적으로기존에개발된것들을체계적으로조사하여가급적기개발된 S/W 를활용함으로써해석기법개발에따른기간및비용을최소화함. (2) 판형교, 트러스교등무도상교량의구조특성상기존에개발된해석기법을활용

126 할수없는부분을집중하여연구개발함으로써과제의집중도를높임. (3) 해석기법개발과제특성상고도의전문가가참여가요구되는과업에대해서는 최대한전문기술을보유한기관또는인력이참여토록하여연구의내실화를 도모함. (4) 해석기법의개발은연구초기단계에집중적으로개발함으로써사업을통하여 개발할구성품또는구조시스템의최적설계및성능검토에최대한활용할수 있도록함. (5) 해석기법의신뢰도는해석에사용되는제원및물성치의정확한모델링에직결 되어있는만큼가급적실내또는현장시험을통하여제원및물성치에대한 정보를수집함. (6) 궤도 - 교량종방향상호작용해석기법을활용한다양한파라메타연구를통하여 레일장대화에요구되는궤도및교량각부의품질및기능을체계적으로파악 하고이를토대로상태평가체크리스트및보강매뉴얼을개발 나. 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 (1) 레일장대화를위하여개발되었던강거더 - 목침목체결장치등이사용년도가지 남에따라서기능이급격하게저하되었던점을고려하여장기내구수명을갖 도록구성품을개발. (2) 강거더 - 목침목체결장치를적용한소규모개량및강거더 ( 교량 ) 일체형저진동 스마트궤도구조를적용한중규모개량을동시에시행할수있는시험시공장 소를선정하여다양한개발품들의성능을동시에확인할수있도록함. (3) 시험시공대상교량은비교적양호한상태에있는교량을선정함으로써보수보 강에요구되는비용을최소화 (4) 시험시공시교량전체구간중에대부분의구간을소규모로개량하고, 짧은구간을다소많은비용이소요되는강거더 ( 교량 ) 일체형저진동스마트궤도구조를적용함으로써시험시공비용이최소화될수있도록시험시공계획을수립. (5) 시험시공이운행선에서이루어짐에따라공사중안전이무엇보다도중요하므 로사고를방지할수있도록차량운영기관과의체계적인협조체계를구성하

127 고, 현장에상시안전감독관을배치. (6) 시험시공구간에서시험평가시개발품성능, 궤도 - 교량시스템의사용성, 차량 의주행안전성및승객의승차감등체계적으로평가할수있도록시험계획을 수립. 다. 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 (1) 개념설계단계에서다양한유형의궤도구조시스템을도출하고참여연구원및 전문가합동토론회의통하여적정궤도구조시스템선정. (2) 1 세부과제인무도상교량장대레일설계및성능평가핵심기술개발과제와의 연계를통한개발구조시스템의체계적인사용성및효율성검토. (3) 운행선교체공사인점을고려하여조속한시공이가능하고유지관리가용이하 도록궤도구조시스템을설계. (4) 궤도구조와교량강거더사이에탄성패드를적용하여소음, 진동을큰폭을저 감시킬수있는궤도구조시스템개발. (5) 개념설계단계부터특허출원을실시하여과제로생산된지적재산권보호. (6) 기업체의사업다각화지원및사용화촉진을위하여기업체의적극전인참여 유도. (7) 개발궤도구조시스템의조속한상용화를위하여상용화에필요한각종기준및 시방서, 매뉴얼등을연구과제를통하여사전에구축

128 라. 철도시설성능검증절차를통한성능평가시행 (1) 철도시설성능검증절차에따라성능평가시행 - 성능검증신청, 기술요건적합성검토, 조립시험, 현장설치시험등 < 철도시설성능검증절차 >

129 5 절연구추진체계 1. 연구추진체계구성기본방향가. 연구목표를효율적으로달성하기위하여차량-궤도-교량상호인터페이스해석및설계전문지식을요하는핵심기술개발그룹, 운행선공사및유지보수경험을요하는중요장치개발및시험시공그룹, 그리고궤도구조제작경험을요하는궤도구조개발그룹등 3그룹 (3 세부과제 ) 으로나누어추진. 각세부연구과제에서도출된연구성과를상호간효율적으로피드백 (Feed back) 할수있도록연구추진일정및연계추진체계구성. 나. 1 세부과제에서는무도상교량장대레일설계에필요한핵심기술을개발할뿐만아니라개발한기술을활용하여 2, 3 세부과제에서개발하고자하는궤도구성품및궤도구조의사용성을검토할수있도록연구체계구성. 다. 2 세부과제에서수행하는시험시공및시험평가에서는 1 세부과제에서개발한설계핵심기술을활용하여시험시공대상교량의장대레일을설계하고, 필요한개소를보수보강하도록연구체계를구성. 라. 2 세부과제에서시험시공대상은개발품은목침목-강거더체결시스템뿐만아니라 2 세부과제에서개발한강거더 ( 교량 ) 일체형저진동스마트궤도구조시스템을포함하며시험시공할수있도록연구체계구성. 마. 3 세부과제에서수행하는강거더 ( 교량 ) 일체형저진동스마트궤도구조시스템의 상용화기반구축에서는 2 세부과제에서수행하는시험시공을통하여얻어진 현장조건및경험을최대한반영할수있도록연구체계구축. 2. 연구추진체계 가. 연구추진체계구성기본방향을고려한연구추진체계는다음과같음. 무도상교량레일장대화기술개발 무도상교량장대레일설계및성능평가핵심기술개발 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 레일장대화기술요건정립 궤도 - 교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발 목침목 - 강거더체결시스템설계 목침목탄성받침설계 궤도구조설계 궤도 - 교량종방향상호작용해석및설계기술개발 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 목침목 - 강거더체결시스템제작 목침목 - 강거더체결시스템성능시험 목침목탄성받침제작 목침목탄성받침성능시험 궤도구조제작궤도구조실내성능시험 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 궤도 - 교량시스템소음 / 진동평가기술개발 시험시공구간교량보수보강공사 운행선시공법개발 시험시공구간해석적방법에의한구조안정성및사용성검토 시험시공구간계측및측정에의한성능평가 개발구성품및신형식궤도구조시험시공 개발장치성능개선 궤도구조성능개선 상용화를위한기반구축 < 그림 3.2 연구개발추진체계 >

130 6 절기술 / 성과로드맵 연구기간을 2 단계로구분하고아래와같이기술개발을위한로드맵을구성하였음 1. 1 단계 : 1~3 차년도 가. 레일장대화기술요건정립 ( 기준조사, 장대화요건도출 ) 나. 궤도 - 교량종방향상호작용해석및설계기술개발 다. 시험시공구간장대레일설계 라. 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 마. 시험시공구간좌굴안정성분석 바. 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 사. 시험시공구간구조안정성평가 아. 궤도 - 교량시스템소음 / 진동평가기술개발 자. 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템설계및제작, 성능시험 차. 목침목탄성받침설계및제작, 성능시험 카. 시험시공계획수립 타. 강거더 ( 교량 ) 일체형스마트궤도구조설계및제작, 성능시험 파. 강거더 ( 교량 ) 일체형스마트궤도구조운행선시공법개발 2. 2 단계 : 4~5 차년도 가. 시험시공구간사용성평가 나. 시험시공구간환경성평가

131 다. 궤도 - 교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발 라. 개발구성품성능시험기준및유지관리매뉴얼작성 마. 개발구성품및구조시스템시험시공 바. 개발구성품및구조시스템시험평가 사. 궤도구조시스템성능개선 아. 상용화를위한기반구축 1 차년도 2 차년도 3 차년도 4 차년도 5 차년도 레일장대화기술요건정립 ( 기준조사, 장대화요건도출 ) 궤도 - 교량상태평가체크리스트및보강매뉴얼개발 - 상태평가항목및절차서개발 - 상태평가리스트에연동된보강매뉴얼개발 무도상교량장대레일설계및성능평가핵심기술개발 궤도 - 교량종방향상호작용해석및설계기술개발 - 변위 - 종방향거동특성분석 - 궤도 - 무도상교량종방향상호작용해석모델링개발 - 무도상교량장대레일설계가이드라인개발 무도상교량상궤도좌굴안정성평가기술개발 - 무도상교량궤도횡저항력평가 - 좌굴해석모델링개발 시험시공구간장대레일설계및해석적방법에의한구조안정성평가 시험시공구간좌굴안정성분석 개발구성품및구조시스템성능평가 - 계측계획수립 - 시공중게이지및측정설비설치 시험시공구간계측을구조안정성평가 교량구조안정성및사용성 ( 안전성, 승차감 ) 평가기술개발 - 차량 - 궤도 - 무도상교량상호작용해석모델링개발 궤도 - 교량시스템소음 / 진동평가기술개발 - 궤도교량진동해석기법개발 - 구조체진동에의한방사소음예측기법개발 시험시공구간해석적방법에의한사용성평가 시험시공구간해석적방법에의한소음및진동평가 시험시공구간계측을사용성평가 시험시공구간계측을통한소음및진동평가 목침목 - 강거더 ( 교량 ) 체결시스템설계및제작 목침목탄성받침설계및제작 체결시스템성능시험 탄성받침성능시험 실내성능시험및시험시공을통한개발장치성능개선 기존궤도구조를활용한레일장대화장치개발및시험시공 시험시공계획수립 - 시험시공개소선정 - 세부공정계획수립 - 자재조달및구매계획수립 개발장치및궤도구조시험시공 - 공사발주 - 시험시공 - 준공검사 개발장치및궤도구조유지관리매뉴얼작성 시험시공구간교량상태평가및보수보강공사 궤도구조설계 - 설계요건정립 - 개념, 기본, 상세설계 궤도구조제작 - 제작계획서작성 - 시험제작 궤도구조실내성능시험 - 성능시험계획수립 - 성능평가 실내성능시험및시험시공을통한궤도구조성능개선 기존궤도구조교체용강거더 ( 교량 ) 일체형신형식궤도구조개발 운행선시공법개발 - 운행선시공요건도출 - 공사절차서개발 상용화를위한기반구축 - 품질및성능기준작성 - 제작및시공지침서작성 -LCC 평가 < 그림 3.3 기술 / 성과로드맵 >

132 3. 과제수행기간 5 년필요성 가. 본연구사업은다음과같은순서로연구가추진되어야함. 1 레일장대화기술요건정립 ( 기준조사, 장대화요건도출 ) 2 신형식궤도구조설계및제반기술검토 ( 구조안전성, 환경성, 사용성등 ) 3 궤도구조제작및단품성능시험 4 궤도시스템종합성능시험및보완설계 5 교량상태평가및보완공사 6 시험부설구간에조달할제도용품제작 7 현장시험부설 8 현장설치시험 ( 현장모니터링, 현차주행시험, 현장계측등 ) 9 개발궤도시스템의철도시설성능검증 10 상용화를위한기반구축및관련기준 ( 설계기준, 설계편람및지침, 선로유지관리정비지침등 ) 개정나. 1에이어 2를 1차년도내에마무리하기위해서는 1년의연구기간이필요함. 다. 3의연구를수행하기위해서는다양한궤도용품의제작및각각의성능시험, 그리고성능시험에기초한보완설계를수행하기위해서는 1년의연구기간이필요함. 라. 4의연구를추진하기위해서는궤도구성품의제작, 궤도구조시스템실내시험부설, 성능시험, 보완설계등을추진하기위해서는 1년의연구기간이필요함. 마. 5, 6, 7의연구를동시에추진한다고하더라도교량의보완공사, 시험부설구간에사용할궤도용품의제작, 공사발주, 가시설설치, 현장부설등에최소 1년이상이소요됨. 바. 8 시험부설구간궤도용품및궤도시스템성능, 환경성, 사용성등의다양한시험을수행하기위해서는 1년의연구기간이필요함. 사. 9 철도시설공단현장모니터링및성능시험결과등을바탕으로한국철도시설공단성능검증위원회의철도시설성능검증과 10 실용화를위한제작, 시공, 유지관리매뉴얼과각종제반국가기준을개정하기위해서는 1년의연구기간이필요함. 철도시설성능검증단계별소요기간철도시설성능검증단계소요기간비고성능검증신청 1 주일위원회소집에따른소요기술요건적합성검토 2~4 주일기간변동시험대상에따라소요기간조립시험 1~3 개월변동현장설치시험계획결정 2~4 주현장설치시험을위한부설대상에따라소요기간 3~6 개월현장부설변동현장설치시험성능평가및 6~12개월공단규정상혹서및혹한

133 모니터링 최종판정 2~4 주 기를포함한최소 6개월위원회소집에따른소요 기간변동 아. 이상에서와같이각단계의연구를체계적으로수행하기위해서는연구를고강 도로진행한다하더라도최소 5 년의연구기간이필요함

134 7 절테스트베드 ( 시험시공구간 ) 구축계획 1. 목적 무도상교량장대화를위하여본과제에서개발하는궤도구성품들과신형식궤도구 조시스템의현장적용성및요구성능을확인하기위함. 2. 기본방향 가. 개발궤도구성품및궤도시스템의성능과적용에따른구조안전성, 장기내구성, 사용성, 친환경성을충분히검증할수있는구간을선정한다. - 통과톤수년 1000만톤이상 - 열차속도가 120km/h 이상 - 궤도및교량거동및소음, 진동측정이용이한구간 나. 레일을장대화함에따라발생하는궤도 - 교량종방향상호작용력이충분히크게 발생함에도이러한하중이궤도및교량의구조안정성에문제가없는것을증명 할수있도록교량길이가충분히긴교량 (250m 이상 ) 을선정한다. 다. 열차운행중에공사를시행하여야하므로열차차단시간을어느정도확보할수 있는개소를선정한다. 라. 테스트베드구축에따른비용을최소화한다. - 비교적교좌장치, 교대및교각상태가양호한교량을선정함으로써교량보수비용을최소화 - 시험시공구간전체길이에서기존궤도구성품을활용하는구간을최대한길게하고비용이많이소요되는신형식궤도구간은일부구간에부설 마. 철도시설공단에서정한 철도시설성능검증지침 을만족할수있도록개발궤도구성품및궤도구조의시험시공길이를계획함으로써상용화를촉진토록한다. 따라서궤도구성품부설구간 75m(=0.5x150) 이상, 궤도구조 75m(=0.5x150) 이상부설 철도시설성능검증지침 33 조 ( 현장설치시험조건 ) 2. 철도시설의시험구간길이 는최소 0.5V( 단위 : m, V : 해당구간의최고운영속도 ) 이상

135 3. 테스트베드구축계획 가. 현장조사결과테스트베드구축기본방향에부합하는전라선동진강판형교를선정 나. 동진강판형교 - 일반현황 선 로 궤 도 구 조 고유번호 선별 호남선 역구간 신태인 ~ 초강 위치 119k.006 행정구역 전북정읍시정우면산북리 상하별 상선 구배 L 직곡선 직선 레일종별 50kg/M 50.00M 가드레일 50PS 교량침목 632개 구분종별직사별설계하중 보판 일반교상로교직선 LS-18 -> LS *1+8.96*6+8.87*1 경간및련수 * *2 대피소 레일식 ( 좌 ) 교측보도 1.20( 우 ) 홍수위 ( 년월일 ) 평수위 준공년월일 상부구조제원 경간번호 경간 (M) 지간 (M) 전장 (M) 구조형식설계하중 보자리에서 R.B 까지의높이 (mm) 형식 받침 규격 복부판높이 X 두께 주형 (mm) 플랜지매수 X 폭 X 두께 앵글 앵글배면간거리 (mm) 주형중심간격 (mm) 도장면적 (m2) 판형 (B) 용접형 LS 선받침 360X X10 300X18300X28, 90X90X X ~ 판형 (B) 용접형 LS 면받침 360X X10 300X18300X28, 90X90X X 판형 (B) 용접형 LS 면받침 360X X10 350X16350X25 90X90X10 350X ~ 판형 (B) 용접형 LS 면받침 360X X10 350X16350X25 90X90X10 350X 판형 용접형 LS 축력저감형 600X500X X20 2X300X32 90X90X 판형용접형 LS 축력저감형 600X500X X20 2X300X32 90X90X

136 - 현장사진 다. 구간별궤도구성품및신형식궤도구조부설계획