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KR101359725B1 - 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물 - Google Patents

자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물 Download PDF

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KR101359725B1
KR101359725B1 KR1020120101669A KR20120101669A KR101359725B1 KR 101359725 B1 KR101359725 B1 KR 101359725B1 KR 1020120101669 A KR1020120101669 A KR 1020120101669A KR 20120101669 A KR20120101669 A KR 20120101669A KR 101359725 B1 KR101359725 B1 KR 101359725B1
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KR
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girder
track
intermediate member
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train
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KR1020120101669A
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Inventor
백진기
신병천
이종민
강흥식
Original Assignee
한국기계연구원
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

본 발명의 목적은 궤도의 사하중을 반영한 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물은, 설정된 폭과 높이 및 길이를 가지는 거더, 상기 거더의 폭 방향 양측에서, 상기 거더의 상부에 적어도 일부가 매립되어 상기 거더의 길이 방향으로 설치되는 중간 부재, 및 상기 중간 부재와 나란하도록 상기 중간 부재의 상부에 고정 설치되어 열차의 하중을 중간 부재로 전달하는 궤도를 포함한다.

Description

자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물 {COMBINED RAIL AND GIRDER STRUCTURE FOR MAGLEV SYSTEM}
본 발명은 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 궤도의 사하중(dead load)을 반영한 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물에 관한 것이다.
예를 들면, 자기부상열차용 궤도 구조물은 거더(girder)의 상면에 침목을 교차하여 설치하고, 침목들 상면에 부상 궤도를 거더의 길이 방향으로 설치하는 구조로 형성된다. 침목은 거더의 상면에 올려진 상태에서 콘크리트로 고정된다.
이 상태에서, 침목과 궤도는 열차 하중을 거더에 전달하는 역할만을 담당하고, 거더의 구조 해석에서 사하중으로 작용한다. 따라서 침목과 궤도의 사하중은 거더의 단면적을 증대시킨다.
즉 거더의 중량이 증가하고, 이에 따라 공사비가 상승한다. 거더의 높이의 증가로 경관성이 저해된다.
본 발명의 목적은 궤도의 사하중을 반영한 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 거더의 단면적, 중량 및 높이를 낮추어, 공사비를 줄이고, 경관성을 향상시키는 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물은, 설정된 폭과 높이 및 길이를 가지는 거더, 상기 거더의 폭 방향 양측에서, 상기 거더의 상부에 적어도 일부가 매립되어 상기 거더의 길이 방향으로 설치되는 중간 부재, 및 상기 중간 부재와 나란하도록 상기 중간 부재의 상부에 고정 설치되어 차량 하중을 중간 부재로 전달하는 궤도를 포함한다.
상기 중간 부재는, H 빔으로 형성되고, H 빔의 상부 평면부를 상기 거더의 외부에 노출하고 나머지 부분을 상기 거더에 매립할 수 있다.
상기 H 빔의 상부 평면부에 스터드 볼트가 설치되고, 상기 궤도는, 상기 스터드 볼트에 관통되고 상기 스터드 볼트에 체결되는 너트에 의하여 고정될 수 있다.
상기 거더 및 상기 중간 부재는, 상기 차량 하중에 저항하기 위한 캠버를 가질 수 있다.
상기 중간 부재는, H 빔으로 형성되고, H 빔의 하부 평면부를 상기 거더에 매립하고 H 빔의 상부 평면부 및 수직 측면부를 상기 거더의 외부에 노출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물은, 상기 거더의 폭 방향 양측에 설치되는 상기 중간 부재들 사이에 배치되어, 양측의 중간 부재를 서로 연결하고 상기 거더에 매립되는 연결 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 연결 부재는, 상기 중간 부재에 용접 또는 와이어 결속으로 연결되는 격자 부재로 형성될 수 있다.
상기 거더, 상기 중간 부재 및 상기 연결 부재는, 상기 차량 하중에 저항하기 위한 캠버를 가질 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 침목을 제거하고 중간 부재를 거더에 매립하며, 중간 부재에 궤도를 설치함으로써 거더의 단면적, 중량 및 높이를 낮추어, 공사비를 줄이고, 경관성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물의 단면도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 궤도와 거더의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물의 단면도이다.
도 4는 도 3에 적용되는 궤도와 거더의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3에 적용되는 거더의 측면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물의 단면도이고, 도 2는 도 1에 적용되는 궤도와 거더의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물은 거더(10)와 궤도(20)를 일체로 구성하며, 이를 위하여, 중간 부재(30)를 적용한다.
거더(10)는 설정된 폭과 높이 및 길이를 가지는 구조물, 예를 들면, 프리캐스트 콘크리트 구조물로 형성될 수 있다. 거더(10)는 교각에 설치되어 자기부상열차(40)의 차량 하중을 지지하며, 자기부상열차(40)의 궤도(20)를 설치할 수 있게 한다.
궤도(20)는 거더(10) 상에 설치되어 자기부상열차(40)의 차량 하중을 거더(10)로 전달하면서, 자기부상열차(40)를 부상 및 주행시킬 수 있도록 구성된다. 궤도(20)는 자기부상열차(40)를 부상시키는 부상 레일(21)과, 부상 레일(21) 상에 설치되어 자기부상열차(40)를 주행시키는 추진 레일(22)을 포함한다.
중간 부재(30)는 거더(10)의 상부에 설치되어 궤도(20)의 설치 위치를 제공한다. 중간 부재(30)는 궤도(20)를 통하여 전달되는 자기부상열차(40)의 차량 하중을 거더(10)로 전달한다.
예를 들면, 중간 부재(30)는 거더(10)의 상부에서 거더(10)의 폭 방향 양측에 나란히 쌍으로 배치되고, 거더(10)의 길이 방향을 따라 거더(10)의 상부에 매립된다. 따라서 중간 부재(30)는 거더(10)와 일체로 형성되어 차량 하중을 받고 거더(10)와 일체로 변형될 수 있다. 즉 중간 부재(30)는 거더(10)의 일부를 형성한다.
예를 들면, 중간 부재(30)는 H 빔으로 형성될 수 있다, 중간 부재(30), 즉 H 빔은 상부 평면부(31)를 거더(10)의 외부에 노출하고 나머지 부분을 거더(10)에 매립하여 설치된다. 즉 중간 부재(30)의 하부 평면부(32)와 수직 측면부(33)는 거더(10)에 매립된다. 또한 중간 부재(30)는 T 빔으로 형성될 수도 있다(미도시).
중간 부재(30)는 하부 평면부(32)를 포함하여 수직 측면부(33)를 거더(10)에 매립함으로써, 거더(10)에 일체로 형성된다. 거더(10)에 일체 구조를 형성하는 중간 부재(30)는 자기부상열차(40)의 하중에 대하여 압축에 저항하는 강체를 형성하므로 설정된 동일 강도에서 거더(10)의 단면적을 축소시킬 수 있다.
궤도(20)는 이와 같은 중간 부재(30) 상에 고정 설치된다. 예를 들면, 중간 부재(30)의 상부 평면부(31)에 스터드 볼트(51)가 설치된다. 즉 스터드 볼트(51)는 중간 부재(30)에 설치된 상태로 거더(10)의 프리캐스트 공정에서 일체로 제작된다. 따라서 스터드 볼트(51)는 거더(10)에서 상면, 즉 상부 평면부(31)의 상측으로 돌출된 상태를 유지한다.
궤도(20)는 거더(10) 및 중간 부재(30)에 설치되는 설치부(23)를 구비하고, 부상 레일(21)을 설치부(23)의 측방에 구비한다. 따라서 궤도(20)는 설치부(23)에 관통구(231)를 형성하여 관통구(231)에 스터드 볼트(51)를 결합하여 설치된다. 이때, 설치부(23)는 상부 평면부(31)에 면접촉 상태를 유지하고, 부상 레일(21)은 거더(10)의 측면에 배치된다.
스터드 볼트(51)는 설치부(23)를 사이에 두고 너트(52)로 체결된다. 따라서 궤도(20)의 설치부(23)는 중간 부재(30) 상에서 서로 체결되는 스터드 볼트(51)와 너트(52)에 의하여 고정 설치된다.
이와 같이, 거더(10)에 중간 부재(30)를 매립하고, 매립된 중간 부재(30)에 궤도(20)를 설치하므로 중간 부재(30)만 사하중으로 작용한다. 따라서 전체적인 사하중의 감소 효과에 따라 거더(10)의 높이를 낮출 수 있고, 이에 따라 경관성을 향상시킬 수 있다.
거더(10) 및 궤도(20) 시공 후, 거더(10)의 상부에는 거더(10)의 폭 방향으로 침목(미도시)이 설치되지 않으므로 거더(10) 상부 표면은 평면 상태를 유지한다. 따라서 거더(10)의 상부 표면은 비상시 이동 통로로 활용 가능하고, 각종 전기설비의 설치 공간을 제공할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 대차(41)의 하측에 구비되는 부상 전자석(42)은 궤도(20)의 부상 레일(21) 하측에 배치되어 흡인력을 발생시키고, 대차(41)의 상측에 구비되는 리니어 모터(43)는 추진 레일(22) 상측에 배치되어 추진력을 발생시킨다. 따라서 대차(41) 위에 객차(44)을 구비하는 자기부상열차(40)는 궤도(20)를 따라 부상 주행할 수 있다.
거더(10) 및 중간 부재(30)는 자기부상열차(40)의 차량 하중에 의한 처짐에 저항하기 위하여 캠버를 필요로 하는데, 차량 하중에 대한 저항력을 증대시키기 위하여, 설정 범위의 캠버(C)를 형성할 수 있다(편의상, 도 5를 참조한다). 거더(10) 및 중간 부재(30)에 부여된 캠버(C)는 차량 하중에 따른 인장 하중에 효과적으로 저항할 수 있다.
중간 부재(30)를 포함하는 거더(10) 제작 중에, 중간 부재(30)에 적정 캠버(C)를 사전에 설정할 수 있으므로 중간 부재(30)에 설치되는 궤도(20)는 자기부상열차(40)의 주행 안정성을 향상시킬 수 있다.
이하에서 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 제1 실시예와 비교하여 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상열차용 궤도(20)와 거더(10)의 구조물의 단면도이고, 도 4는 도 3에 적용되는 궤도(20)와 거더(210)의 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 중간 부재(30)는 하부 평면부(32)를 거더(210)에 매립하고 상부 평면부(31) 및 수직 측면부(33)를 거더(210)의 외부에 노출한다. 수직 측면부(33)는 일부 거더(210)에 매립되고 일부 노출될 수 있다.
제1 실시예는 중간 부재(30) 전체를 거더(10)에 매립하므로 중간 부재(30)와 거더(10)에 강한 일체력을 가진다. 이에 비하여, 제2 실시예는 중간 부재(30)의 일부를 거더(210)에 매립하므로 중간 부재(30)와 거더(210)의 일체력이 약할 수 있다.
이을 보강하기 위하여, 제2 실시예의 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물은 연결 부재(50)를 더 포함한다. 연결 부재(50)는 거더(210)의 폭 방향 양측에 설치되는 중간 부재들(30) 사이에 배치되어, 양측의 중간 부재(30)를 서로 연결하고 거더(210)에 매립된다.
즉 연결 부재(50)는 거더(210)의 상부에서 중간 부재들(30)을 일체로 연결하여, 거더(210)에 일체 구조를 형성한다. 따라서 연결 부재(50)는 자기부상열차(40)의 차량 하중에 대하여 압축에 저항하는 강체를 더 형성하므로 설정된 동일 강도에서 거더(210)의 단면적을 더욱 축소시킬 수 있다.
예를 들면, 연결 부재(50)는 중간 부재(30)에 용접 또는 와이어 결속으로 연결되는 격자 부재로 형성될 수 있다. 격자 부재는 중간 부재(30)를 연결한 상태로 거더(210)의 프리캐스트 공정에서 일체로 설치 제작된다. 연결 부재(50), 즉 격자 부재는 거더(210)를 형성하는 콘크리트와의 부착 면적을 더 증대시킬 수 있다.
또한, 연결 부재(50)는 중간 부재(30)의 간격을 일정하게 유지하는 효과가 있으므로 설치 현장에서 궤도(20)의 간격을 정밀하게 유지시킬 수 있다. 연결 부재(50)는 거더(210)의 상부에 배치되는 철근(미도시)과 연결되어 고정될 수 있고, 거더(210)의 상면의 균열을 억제할 수 있다.
중간 부재(30)의 상부 평면부(31)이 거더(210)의 외부에 노출되므로 중간 부재(30)의 상부 평면부(31)에 궤도(20)의 설치부(23)를 배치한다. 그리고 상부 평면부(31)와 설치부(23)의 관통구(311, 231)을 일치시키고 볼트(251)를 삽입하여 너트(52)로 체결한다.
도 5는 도 3에 적용되는 거더(210)의 측면도이다. 도 5를 참조하면, 거더(210), 중간 부재(30) 및 연결 부재(50)는 캠버(C)를 가지며, 캠버(C)는 차량 하중에 따른 인장 하중에 효과적으로 저항할 수 있다.
중간 부재(30)를 포함하는 거더(210)의 제작 중에, 중간 부재(30) 및 연결 부재(50)에 적정 캠버(C)를 사전에 설정할 수 있다. 따라서 중간 부재(30)에 설치되는 궤도(20)는 자기부상열차(40)의 주행 안정성을 향상시킬 수 있다.
중간 부재(30)는 사전에 캠버(C)만큼 곡률 가공된 후, 콘크리트를 타설함으로써 거더(210)에 매립된다. 따라서 거더(210)의 중간 부재(30)는 일반 PSC (Prestressed concrete) 구조에 비하여 거더(210)에 매립되는 강선의 량을 줄이고, 강선 곡률이 과도하게 커져서 발생되는 인장력 손실 및 정착부 인장력을 감소시킬 수 있다.
즉 제2 실시예의 궤도와 거더의 일체화 구조물은 PSC 구조에 포스트 텐션(post tension)을 가지는 중간 부재(30)를 결합함으로써, 기존의 거더에 궤도를 설치하는 구조에서 침목을 제거할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10, 210 : 거더 20 : 궤도
21 : 부상 레일 22 : 추진 레일
30 : 중간 부재 31 : 상부 평면부
32 : 하부 평면부 33 : 수직 측면부
40 : 자기부상열차 41 : 대차
42 : 부상 전자석 43 : 리니어 모터
44 : 객차 50 : 연결 부재
51 : 스터드 볼트 23 : 설치부
52 : 너트 231, 311 : 관통구
251 : 볼트 C : 캠버

Claims (8)

  1. 설정된 폭과 높이 및 길이를 가지는 거더;
    상기 거더의 폭 방향 양측에서, 상기 거더의 상부에 적어도 일부가 매립되어 상기 거더의 길이 방향으로 설치되는 중간 부재; 및
    상기 중간 부재와 나란하도록 상기 중간 부재의 상부에 고정 설치되어 차량 하중을 중간 부재로 전달하는 궤도
    를 포함하는 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간 부재는,
    H 빔으로 형성되고,
    H 빔의 상부 평면부를 상기 거더의 외부에 노출하고 나머지 부분을 상기 거더에 매립하는
    자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물
  3. 제2항에 있어서,
    상기 H 빔의 상부 평면부에 스터드 볼트가 설치되고,
    상기 궤도는,
    상기 스터드 볼트에 관통되고 상기 스터드 볼트에 체결되는 너트에 의하여 고정되는
    자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 거더 및 상기 중간 부재는,
    상기 차량 하중에 저항하기 위한 캠버를 가지는
    자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중간 부재는,
    H 빔으로 형성되고,
    H 빔의 하부 평면부를 상기 거더에 매립하고 H 빔의 상부 평면부 및 수직 측면부를 상기 거더의 외부에 노출하는
    자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 거더의 폭 방향 양측에 설치되는 상기 중간 부재들 사이에 배치되어, 양측의 중간 부재를 서로 연결하고 상기 거더에 매립되는 연결 부재
    를 더 포함하는 자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결 부재는,
    상기 중간 부재에 용접 또는 와이어 결속으로 연결되는 격자 부재로 형성되는
    자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 거더, 상기 중간 부재 및 상기 연결 부재는,
    상기 차량 하중에 저항하기 위한 캠버를 가지는
    자기부상열차용 궤도와 거더의 일체화 구조물.
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