궤도재료의종류및특징
목 차 1. 궤도재료규격 2. 차량 & 건축한계 4. 도상자갈 5. 침목
1. 궤도재료의규격 레일 체결장치 침목 도상자갈
1. 궤도재료의규격 궤도재료규격 품명규격 KS 표준번호 한국철도 표준규격 보통레일 열처리레일 30kg, 37kg, 40kg,50kgPS, 50kgN, 60kg, 60kgKR 40kg HH340 50kg HH340,HH370 50kg N HH340,HH370 60kg HH340,HH370 KS R 9106 KRS TR 0001-07 KS R 9110 접착절연레일 50 kg N 레일, 60 kg레일 KS R 9169 KRS TR 0004-07 가압식크레오소트유 방부처리침목 보통, 분기, 교량, 이음매, 보판침목 KS F 3005 KRS TR 0007-07 PC 침목 ( 분기기및신축이음매장치용 ) 분기기용 신축이음매장치용 50 kg N, 60 kg K UIC 60 레일용 60 kg K UIC 60 레일용 KRCS A021 02 프리스트레스콘크리트침목 (PC) 50kg용, 60kg용 KS F 4207 KRS TR 0008-07 도상자갈 도상자갈, 채움자갈, 세척자갈 KRCS A015 02
2. 차량 & 건축한계 차량한계 - 철도차량은차량한계 ( 철도차량의안전을확보하기위하여궤도위에정지된상태에서측정한철도차량의길이와너비및높이의한계를말한다. 이하같다 ) 를벗어나서는아니된다. 다만, 다음각호의어느하나에해당하는경우에는그러하지아니하다. 1. 정차중에개폐하는철도차량의출입문이열려있는경우 2. 제설장치 기중기그밖의특수장치를사용하고있는경우 - 직선구간에서의차량한계는별표와같다. - 곡선구간에서의차량한계는제2항에따른직선구간에서의차량한계에 철도건설규칙 제14조제3항을준용하여확대하여야한다. 다만, 제1항각호의어느하나에해당하는경우에는그러하지아니하다. 총중량 철도차량의총중량은정상적인운전이가능한상태의철도차량자체만의중량 ( 이하 " 공차중량 " 이라한다 ) 과승객 승무원및화물의중량등을합한중량으로하되, 제24조의규정에의한축중의기준에적합하여야한다.
2. 차량 & 건축한계 축중 - 정차상태에서철도차량의축중등은다음각호의기준을만족하여야한다. < 개정 2008.7.10, 2010.9.3> 1. 고속철도차량 : 축중 17톤이하. 다만, 관절형식의주행장치를사용하는편성인경우축중은각종기기장치의배치를고려하여 4퍼센트범위에서초과할수있다. 2. 일반철도차량가. 기관차 : 축중 25톤이하나. 기관차외의철도차량 : 연결기양단의연결면사이의 1미터당평균중량은 7톤이하, 축중은 24톤이하. 다만, 철도사업법 제2조제5호에따른전용철도내에서운행되는철도차량의경우에는그러하지아니하다. 중량분포 - 공차중량상태에서각차축의한쪽차륜하중은동일차축의좌우측차륜하중평균치와의편차가 4퍼센트이내이어야한다. - 공차중량상태에서한쪽선로의차륜의하중합은그동일철도차량의좌우측선로차륜의하중합의평균치와의편차가 4퍼센트이내이어야한다. - 기관차의경우공차중량상태에서측정된각축중은그동일철도차량의축중평균치와의편차가 2퍼센트이내이어야한다.
2. 차량 & 건축한계 차량한계
2. 차량 & 건축한계 건축한계
레일의종류 37kg 50kgN UIC 60 60kgK 60KgKR 화학적성분및기계적성질 구분 화학적성분 (%) 탄소 (C) 규소 (Si) 망간 (Mn) 인 (P) 황 (S) 인장강도 (N/ mm2 ) 기계적성질 연신율 (%) 37kg 0.55~0.70 0.10~0.35 0.60~0.95 0.045 이하 0.050 이하 690 이상 9 이상 50kgN 0.63~0.75 0.15~0.30 0.70~1.10 0.030 이하 0.025 이하 800 이상 10 이상 UIC 60 0.65~0.82 0.13~0.60 0.65~1.25 0.030 이하 0.008~0.030 880 이상 10 이상 60kgK 0.68~0.80 0.15~0.58 0.70~1.20 0.025 이하 0.025 이하 880 이상 10 이상 60kgKR 0.63~0.75 0.15~0.30 0.70~1.10 0.030 이하 0.025 이하 800 이상 10 이상
응력 - 변형율곡선 극한강도 항복점 파괴점 탄성한계 비례한계
하중과온도에의한레일응력 휨응력접촉전위차온도응력
레일의시험 1. 화학성분분석시험 - KS D 0001의규정에따라시료를채취 - 각화학성분의시험주기는매히트 (heat) 당 1회 2. 인장시험 - KS B 0802의규정에따라시행 - 적합하지않을경우처음시험편을채취한인접부에서 1개, 이외의동일로트에서 1개, 합계 2개의시험편을재시험
3. 경도시험 - 시험방법 (1) 시험은일반적으로 10~30 범위에서한다. 온도를관리하는시험조건에서는 23±5 온도범위에서시험을해야한다. (2) 시험하중은 [ 표 2] 에따른다.
(3) 시험하중은누르개자국의지름 (d) 이 0.24~0.6D 사이가되도록선택하여야한다. 시험하중과누르개지금의조합 (0.102 F/ D 2 ) 은 [ 표 3] 과같이재료와경도조건에따라선택하여야한다. 다만, 시험편의대표적인특성이드러날수있도록누르개의지름은가능한한큰것을선택하여야한다. 시험편의두께가허용된다면 10mm지름의누르개를선택하는것이좋다.
(4) 시험편은시험도중움직이지않도록단단한시료받침대위에잘놓아야한다. 또한받침대에접촉하는면은이물질이없이깨끗하여야한다. (5) 누르개를시험면에접촉시킨다음누르개에충격이나진동이가해지지않도록하면서시험면에수직방향으로규정된값의시험하중을가한다. 이때, 하중은 2~8초사이에시험하중까지증가시키고, 10~15초동안시험하중을유지하도록한다. 어떤재료에대해더긴시간동안시험하중을유지할필요가있다면 ±2초의범위내에서허용할수있다. (6) 시험기는시험도중시험결과에영향을미칠수있는충격이나진동으로부터보호되어야한다. (7) 2개의이웃하는누르개자국의중심사이거리는적어도누르개자국평균지름의 3배이상이되어야하며, 누르개자국의중심에서시료의가장자리까지의거리는최소한누르개자국평균지름의 2.5배이상이어야한다. (8) 서로수직한두방향의누르개자국지름을측정한다음, 이들의산술평균값으로부터브리넬경도값을산출한다.
4. 설퍼프린트시험 - 시험방법 (1) 설퍼프린트시험용인화지는 KS M 3906을사용한다. (2) 검사면에적당한치수로재단한인화지를 1~5% 황산용액속에담가충분히용액을침투시킨후 ( 약 5분간 ), 꺼내어종이사이에끼우든가또는탈지면으로수분을닦아낸다. (3) 수분을닦은인화지를곧검사면전면에걸쳐충분히밀착시켜인화지가미끄러지지않게탈지면으로눌러기포를제거한다. 인화지가강에함유되어있는황과반응하여적당한농도로착색하는데충분한시간이경과한후, 인화지를검사면에서떼어낸다. 이때, 인화지의밀착시간은 1~3분정도로한다. (4) 검사면에서떼어낸인화지는수세후사진용티오황산나트륨의 15~40% 수용액중에상온에서 5~10분간담가정착시킨후 30분이상흐르는물에서수세한다. (5) 정착수세한후건조시킨인화지에서황의분포상태를조사한다. (6) 동일검사면에대하여다시시험할경우, 그검사면은전에한시험의영향이없도록절삭한다.
- 설퍼프린트시험결과의분류
용접레일의시험 1. 휨파괴강도시험 - 정격하중 3,000kN인레일휨파괴강도시험기사용 - 용접부가중앙에위치하도록 1.2m로절단, 용접부를중심으로지점간의거리를 1.0m로하여용접부를가압 - 시험방법 (1) 정격하중 3,000kN인레일휨파괴강도시험기를사용하여시험하였으며, 사용레일시험편 ( 교체주기시점에도래한레일 ) 현황은 Table 6-20과같다.
(2) Fig. 6-22에서와같이교체기에도래한사용레일을현장에서채취하여용접부가중앙에위치하도록길이 1.2m로절단하였으며, 용접부를중심으로지점간의거리를 1.0m로하여용접부를가압하되레일두부를상면으로놓고정적재하시험 (H.U.) 을하였다. (3) 레일용접부휨파괴강도시험시하중은레일두부에재하였으며, 이때충격하중이작용하지않도록 ( 정하중시험을만족하도록 ) KS 시험방법을적용하였다. (4) Fig. 6-22에서와같이교체기에도래한사용레일을현장에서채취하여용접부가중앙에위치하도록길이 1.2m로절단하였으며, 용접부를중심으로지점간의거리를 1.0m 로하여용접부를가압하되레일두부를상면으로놓고정적재하시험 (H.U.) 을하였다. (5) 레일용접부휨파괴강도시험시하중은레일두부에재하였으며, 이때충격하중이작용하지않도록 ( 정하중시험을만족하도록 ) KS 시험방법을적용하였다.
- 레일용접부휨파괴강도시험결과 가스압접의경우가테르밋용접부의평균파괴강도보다약 19% 높게나타남. 가스압접이테르밋용접부보다내구성이우수 국내신품레일시험결과와비교해보았을때약 20% 정도적은파괴강도를가지고있음.
2. 휨피로시험 - 2,500kN 피로시험기에 test-zig는 4점휨피로시험이가능하도록제작 - 레일지점부위아래로롤러를설치 - 레일용접부열영향부 (100~120mm) 에직접적인충격및전단응력발생하지않고레일저부에만인장응력이발생하도록하중지점간거리를 150mm로설정 레일용접부휨피로시험전경
- 휨피로시험결과 (60kg/m 레일 )
- 휨피로시험결과 - 파단유형
궤도유지관리의경제적효율성향상방안필요 레일의사용수명연장을통한선로유지보수비용의절감 - 레일교체주기기준 50kg/m : 5억톤, 60kg/m : 6억톤 50kg/m : 7억톤, 60kg/m : 9억톤연장시또는 50kg/m : 8억톤, 60kg/m : 10억톤연장시, 서울메트로통계자료인용 일본의레일교체기준
레일수명연장에관해, 일본철도시설협회지, 2002.3 참조
국내 외레일연마기준 일본의레일연마기준 유럽및북미의레일연마기준
국내 외레일연마기준 국내철도운영기관들의레일연마기준
레일의손상유형및원인 1. 레일표면의경화 ( 표면박리 ) - 레일강의경화와하중을받는경계면에서가공경화층이생성 - 계면분리가발생하며, 추가노치효과에의해레일의비금속함유물에의해촉진 2. 레일표면상의균열 - 표면미세균열은외궤측곡선레일과차륜의접촉에의해발생하는미끄러짐과종방향힘에의해외궤측레일의주행테두리에형성됨 - 2~7 mm의가는실선모양으로발생, 얇은금속조각형태로떨어지는현상발생 - 압죄는레일주행면의어두운얼룩으로나타나고, 차륜과레일간의동적윤중증가를가져옴 3. 파상마모 - 파상마모는레일표면의단파장결함이며, 전형적인파장은 3~6 cm이고, 깊이는 0.1~0.4 mm정도임 - 직선궤도및곡선반경이큰곡선부에서사인곡선형태로발생 표면박리 (Shelling) 표면미세균열및 tache ovale
레일열화에영향을미치는인자
실용식 (simplified equation) 을이용한매개변수해석 레일종류열차속도열차축중 궤도지지강성침목간격궤도상태
레일종류및용접방법별휨피로시험결과 레일종류및용접방법별 S-N 선도 1% 파괴확률 0.1% 파괴확률 0.01% 파괴확률
레일의피로수평산정방법 S-N 선도를이용한피로해석방법
레일의휨피로수명평가 요철지수에따른레일의휨피로수명평가결과 - 요철지수관리치는 50kg/m 7억톤, 60kg/m 9억톤을만족하기위한요철지수관리치 - 50kg/m레일에비해 60kg/m 레일의피로수명이크고, 자갈궤도에비해콘크리트궤도레일의피로수명이큼
4. 도상자갈 도상자갈의분류 1. 도상자갈 : 22.4 ~ 63mm 2. 채움자갈 : 10 ~ 22.4mm 3. 세척자갈 : 22.4 ~ 63mm 물리적성질 품명규격단위중량마모율압축강도 ( 흡수 ) 도상자갈 채움자갈 22.4~63 mm 10~22.4 mm 1.4t/ m3이상 25% 이하 800kg/ cm2이상 체가름통과백분율 품명 체를통과하는무게백분율 (%) 10 22.4 31.5 40 50 63 도상자갈 - 0~5 5~35 30~65 60~100 100 채움자갈 0~3 100 - - - -
4. 도상자갈 자갈의시험 1. 물리적성질시험 - KS F 2505( 골재의단위중량시험 ), KS F 2508( 로스엔젤레스시험에의한굵은골재의마모시험 ), KS F 2519( 석재의압축강도시험 ) 의시험방법으로측정하여아래표에적합하여야한다 품명규격단위중량마모율압축강도 ( 흡수 ) 도상자갈 채움자갈 22.4~63 mm 10~22.4 mm 1.4t/ m3이상 25% 이하 800 kg / cm2이상 2. 입도시험 - 감도가시료중량의 0.1% 까지측정할수있는저울또는천칭과아래 [ 표2] 의호칭치수를 가진한벌의체를사용 KS F 2502( 골재의체가름시험방법 ) 의시험방법으로 3회의시험을실시 종별 규격 호칭치수 ( mm ) 깬자갈 22.4~63mm 22.4, 31.5, 40, 50, 63 채움자갈 10~22.4mm 10, 22.4
4. 도상자갈 - 입도분포곡선
4. 도상자갈 3. 유해물질시험 - 깬자갈 ( 도상자갈, 채움자갈 ) 은능각이풍부하고각면이거의균등한입방체혹은다면체로얇거나가느다란석편등해로운모양을함유하지않아야하며, 아래 [ 표5] 의방법으로시험을실시하여부스러지기쉬운돌조각등유해물질함유량의시험값합이 3.5% 이내이어야함. 점토덩어리시험 KS F 2512 석탄및갈탄함유량시험 KS F 2513 연석량시험 KS F 2516
5. 침목 침목의종류 목침목 (1) 표준궤간용 : 보통침목, 분기침목, 교량침목, 이음매침목 (2) 건널목보판용 : 50kgN 레일용, 60kg 레일용 PSC 침목 (1) e-클립용 : 50kgN 레일용, 60kgK 레일용, UIC 60 레일용 (2) Rheda Vossloh용 : 50kgN 레일용, 60kgK 레일용 (3) 패스트클립용 : 50kgN 레일용, 60kgK 레일용, UIC 60 레일용 (4) 이음매용 : 50kgN 레일용, 60kgK 레일용 (5) 분기기용 : 50kgN 레일용, 60kgK 레일용, UIC 60 레일용 RC 침목 (1) Delkor 궤도구조용 : 50kgN 레일용, 60kgK 레일용 (2) L.V.T 궤도구조용 : 50kgN 레일용, 60kgK 레일용 (3) Rheda 궤도구조용 : 50kgN 레일용, 60kgK 레일용, UIC 60 레일용 (4) E.R.S 궤도구조용 : 50kgN 레일용, 60kgK 레일용
5. 침목 목침목 목침목의수종 군별 수 종 별 1군 참나무, 세랑강바투, 기암 ( 야칼 ), 비텍스, 퀴일라, 카폴 2군 낙엽송, 더글러스전나무, 헴록 3군 케루잉 ( 아피톤 ), 켐파스, 말라스, 단풍나무, 딜레니아 목침목의치수 구분종류 치수 (mm) 두께폭길이 보통침목 150 240 2,500 표준궤간용 분기침목 150 240 2,800 3,100 3,400 3,700 4,000 4,300 4,600 교량침목 230 230 3,000 이음매침목 150 300 2,500 건널목보판용 50kgN 레일용 173 225 2,400 60kg 레일용 194 225 2,400
5. 침목 목침목 목침목의허용치
5. 침목 목침목시험 1. 방부제주입량시험 2. 방부제침투도시험 3. 표준주입량및침투도 항 목 수종 1 군 2 군 3 군 표준방부제주입량 (kg/ m3 ) 80 112 144 방부제침투도 (%) 95 이상 90 이상 85 이상
5. 침목 PSC 침목 PSC 침목의재료 (1) 시멘트 : KS L 5201 또는동등이상품사용 (2) 골재 : 굵은골재최대치수 20mm, 콘크리트표준시방서기준에적합할것 (3) 혼합수 : 유해물질을함유하지않을것 (4) 혼화재료 : 염화칼슘또는염화물을함유하지않을것 (5) PS 강재 : KS D 7002 에적합할것 PSC 침목의허용차 항목허용차 침목길이단면의외형좌면요철좌면경사틀림상면모서리코떨어짐, 면깨짐 ±10mm +5mm, -3mm 1.0mm 이하 1.0mm 이하허용없음 측면콘크리트면깨짐 하면모서리코떨어짐 레일좌면부그외레일좌면부그외 허용없음깊이 0.5cm이하, 최대길이 2cm이하, 2개이하허용없음탈락면폭 2cm이하, 길이 5cm이하, 2개이하
5. 침목 PSC침목의시험 1. 원재료시험 - 시멘트시험 : 3개월이상또는품질에이상이생겼다고판단되는시멘트는사용전에 KS L 5201에규정된시험실시 - 골재시험 : KS F 2545에의하여골재의알칼리골재반응성시험을실시 - PS강재시험 : KS D 7002에의하여실시 - 혼화재료 : 사용전에품질, 성능, 화학성분등에대한시험을실시 2. 콘크리트시험 - 슬럼프시험 : 콘크리트타설전 KS F 2402에의하여시험실시 - 공기량시험 : KS F 2409, KS F 2421 등에의하여시험실시후필요시배합조정 - 염화물시험 : KS F 4009에의하여타설전굳지않은콘크리트에대하여실시하며, 빈도는매일타설하는콘크리트마다 1회이상, 배합변경시마다실시 - 압축강도시험 : KS F 2405에의하며, 공시체제작은 KS F 2403에의한다. 원주형공시체 (ø10 20cm ) 9개를제작하여압축강도시험결과시편 3개의시험치가설계기준강도의 85% 이상, 3개의평균치가설계기준강도이상이면합격
5. 침목 3. 휨강도시험 - 1 일타설한침목단수를 1 로트각로트마다침목 1 정을무작위추출하여아래그림의 재하방법에의해 1 회실시하며, 기준하중하에서유해한균열이일어나지않아야함. 4. 전기절연저항시험 - PC 침목설계시방서 ( 일반철도, 고속철도 ) 에의하여 DC 500V 급절연저항계로측정하여 5 MΩ이상이어야함.
5. 침목 RC침목 RC침목의재료 (1) 시멘트 : KS L 5201 또는동등이상품사용 (2) 골재 : 굵은골재최대치수 20mm, 콘크리트표준시방서기준에적합할것 (3) 혼합수 : 유해물질을함유하지않을것 (4) 혼화재료 : 염화칼슘또는염화물을함유하지않을것 (5) 강재 : 보강용앵글바는 KS D 3503, 보강철근은 KS D 3504에적합할것 RC 침목의허용차 구분허용차비고 표면균열 기포 길이 10 mm이내 지름 7 mm이내 체결장치또는레일접촉면의경사및평활도 1 mm이내 GO-NO 게이지
5. 침목 RC침목의시험 1. 원재료시험 - 시멘트시험 : 3개월이상또는품질에이상이생겼다고판단되는시멘트는사용전에 KS L 5201에규정된시험실시 - 골재시험 : 알칼리골재반응성시험 (KS F 2545), 골재의안전성 (KS F 2507), 마모율 (KS F 2508), 입도 (KS F 2502), 함수율 (KS F 2503, 2504) 시험실시 - 강재시험 : 형강은 KS D 3503에의하고, 철근은 KS D 3504의내용에적합하여야함. - 혼화재료 : 사용전에품질, 성능, 화학성분등에대한시험을실시 2. 콘크리트시험 - 슬럼프시험 : 콘크리트타설전 KS F 2402에의하여시험실시 - 공기량시험 : KS F 2409, KS F 2421 등에의하여시험실시후필요시배합조정 - 염화물시험 : KS F 4009에의하여타설전굳지않은콘크리트에대하여실시하며, 빈도는매일타설하는콘크리트마다 1회이상, 배합변경시마다실시 - 압축강도시험 : KS F 2405에의하며원주형공시체 (ø10 20cm ) 6개를제작하여시행재령 28일압축강도는제작도면에표기된강도이상이면합격.
5. 침목 3. 동적휨강도시험 - 10개이상의제품중 5개의제품을임의추출하여실시 - 침목생산후적어도 28일경과후 42일이내에 50~400kN의하중을 4Hz의주파수로반복 - 하중을최소 100kN부터 20kN씩증가하여 340kN까지각단계별로 5,000회씩반복적으로하중을인가하면서균열발생여부, 균열의크기및위치관찰
5. 침목 4. 정적휨강도시험 - 28일경과한후 35일이내의침목을최초하중 100kN으로부터시작하여 10kN단위로최소 10초에서최대 5분까지유지시킨후하중을증가하면서, 확대경을통하여균열상태를조사하고, 그크기를기록