비정형 구조물군 건설이 철도 환승교각에 미치는 영향 및 풍하중 반응에 관한 연구

Feb 26, 2024

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10469(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

기존 철도 교량 기초 구조물은 근접한 대규모 비정형 구조물의 집합으로 인한 변형 및 충돌 가능성과 강한 풍하중으로 인해 전복될 가능성이 잠재적인 위협으로 제기됩니다. 본 연구에서는 주로 교각에 대형 불규칙 조형물의 건설이 미치는 영향과 강한 풍하중에 대한 반응을 조사했습니다. 교량구조, 지질구조, 조각구조의 공간적 관계를 정확하게 반영하기 위해 실제 3차원 공간정보를 기반으로 한 모델링 방법을 제안한다. 조각구조의 건설이 교각의 변형과 지반침하에 미치는 영향을 분석하기 위해 유한차분법을 사용하였다. 교량 구조는 조각품에 인접한 중요한 이웃 교각 J24 측면의 구부러진 캡 가장자리에 위치한 교각의 최대 수평 및 수직 변위와 함께 전체적으로 작은 변형을 나타냅니다. 전산유체역학을 이용하여 조각구조물과 서로 다른 두 방향의 풍하중 사이의 상호작용에 대한 유체-고체 결합 모델을 구축하고, 조각품의 전도방지 성능에 대한 이론적 분석과 수치계산을 수행하였다. 두 가지 작업조건에서 유동장 내 조각구조의 변위, 응력, 모멘트 등의 내력 지표를 연구하고, 대표적인 구조에 대한 비교분석을 실시한다. 조각품 A와 B는 크기 효과의 영향으로 서로 다른 불리한 바람 방향과 특정 내부 힘 분포 및 응답 패턴을 나타냅니다. 두 가지 작업 조건 모두에서 조각품 구조는 안전하고 안정적으로 유지됩니다.

중국 경제의 급속한 발전으로 인해 교통 인프라에 대한 수요가 증가했습니다. 교외 간 빠른 교통 연결을 제공하려면 도시 철도 운송이 이상적인 선택입니다. 통계에 따르면, 중국 본토의 총 50개 도시에서 9,192km의 도시 철도 운송 노선을 운영했으며, 그 중 고가 노선은 950km가 넘습니다1. 고가 철도는 도시 도로를 가로지르거나 평행하는 경우가 많기 때문에 도시 도로를 건설하는 동안 철도 교량이 영향을 받는 것은 불가피합니다. 철도 고가교는 관리 기준이 엄격하고, 허용 변형량이 작기 때문에 철도 교량 아래에 시공할 경우 엄격한 시공 품질 관리가 필요하다2, 3. 예를 들어 철도 교량 근처에 얕은 매설 말뚝 기초 구조물을 시공하는 경우 , 교량 파일 기초, 파일 캡, 교각, U-빔, 레일 및 기타 기본 구조물에 대한 구조물의 변형 영향과 강한 풍하중에 대한 저항에 특별한 고려가 필요합니다4. 따라서 철도교량 건설이 미치는 영향에 대한 연구가 필요하다.

학자들은 외부 하중의 영향을 받는 철도 인프라의 변형 법칙에 대해 상당한 연구를 수행해 왔습니다. Feng et al.5은 교량 구조물의 수직 변형과 고속철도 레일의 변형 사이의 매핑 관계를 연구하기 위해 해석적 방법을 사용하고 이에 상응하는 해석 모델을 제안했습니다. 세 가지 일반적인 교량 구조 변형에 따른 레일 변형은 해석적 및 유한 요소 수치적 방법을 사용하여 계산되었으며, 이 경우 레일 형상의 진화가 분석되었습니다. 결과는 교량 구조 변형과 레일 변형 사이의 매핑 계수가 교량 구조 변형 진폭이 증가함에 따라 비선형적으로 증가함을 보여줍니다. Gou 등6은 교량 변형과 층간 열화로 인한 선로 변형을 정량적으로 평가하는 방법을 제공했습니다. 이 방법을 사용하여 교량 변형의 실시간 모니터링을 기반으로 고속철도 선로의 실시간 상태 평가를 수행했습니다. 분석 및 연구는 3D 유한 요소 모델에 대해 검증되었으며 주요 매개변수의 영향을 연구하는 데 사용되었습니다. Salcher et al.7은 고유 진동수, 고유 진동 모드 및 등가 감쇠 계수의 수치 시뮬레이션을 기반으로 철도 교량의 역학에 대한 토양 구조 상호 작용의 영향을 평가했습니다. 에너지 변화 원리에 기초하여 Jiang et al.8은 전단 변형 효과를 고려하여 고속철도 단순 지지 빔 교량-궤도 구조 시스템의 결합 진동 해석 모델을 확립했습니다. ANSYS와 MIDAS 유한 요소 수치 계산 방법을 해당 논문에서 확립된 해석 방법과 비교했습니다. 연구에서 확립된 해석 방법은 다양한 층간 강성과 노상 단면의 다양한 레일 길이에 따른 구조 시스템의 자연 진동 특성을 평가하는 데 사용되었습니다. Han et al.9은 극단적인 풍하중에 대한 장경간 교량의 반응을 얻기 위해 GPS(Global Positioning System), 가속도계 및 풍속계를 포함하는 통합 시스템을 개발했습니다. 천천히 변화하는 움직임을 분리하기 위해 적응형 재귀 최소 자승 필터가 채택되었으며, 준정적 및 고주파수 동적 변위를 결합하여 측정 정확도가 향상된 전체 변위를 얻었습니다. 결과는 제안된 기술이 강풍 하에서 변위 측정의 정확도를 크게 향상시킬 수 있음을 보여줍니다.