Abstract
The dynamic behavior of bridges crossed by the Korean High Speed Train (KHST) has been investigated experimentally and theoretically. The bridge is a 2-span continuous concrete box bridge with spans of 40 m length. The KHST considered in this study is composed by two power cars, two motorized cars and sixteen passenger cars (2P+187). For the theoretical study, the KHST has been constituted by a system of articulated bogie coaches, differently from classical trains, and its equation of motion has been derived from the Lagrangian equation considering the motions of the car-body, the bogie frame or chassis, and the axle. The dynamic response of the bridge crossed by moving train has been obtained by iterative predictor-corrector method using Newmark- method. For the experimental study, large amount of sensors and data loggers have been installed on the Yeon-Jae bridge located in the experimental section of the KHST track and tests have been performed. The train adopted for tests is the TGVK imported from France. The basic dynamic characteristics of the train and bridge used in the experimental and theoretical studies are identical. Through this study, significantly amplified dynamic responses compared to static responses of the bridge crossed by trains running at speed close to the critical speed have been obtained. Because of such resonance phenomenon, attention shall be paid about the selection of adequate damping during dynamic analysis of bridges crossed by the KHST. The numerical method technique presented in this study shows reasonable results concerning the dynamic behavior analysis of bridges under trains running at high-speed. In the case of the KHST, train-bridge interaction effects related to the dynamic response of the bridge appeared to be significant at every speed.
한국고속철도(이하 KHST; Korean High Speed Train)의 주행에 의한 교량의 동적거동 파악을 위한 실험적 및 이론적인 연구를 수행하였다. 대상 교량은 콘크리트 상자형 교량으로 각 40m 길이의 경간을 갖는 2경간 연속교이다. 본 연구에서 대상으로 하는 KHST는 2량의 동력차. 2량의 동력객차, 그리고 16량의 객차로 구성되어있다(2P+18T). 이론적인 연구에서, 일반열차와는 다르게 관절형 대차시스템으로 구성된 대상 열차의 운동방정식은 차체, 대차, 축의 운동을 고려하여 Lagrangian방정식으로부터 유도된다. 열차의 주행에 의한 교량의 동적 응답은 predictor-corrector반복기법을 채용한 Newmark-beta법을 이용하여 구하게된다. 대상 교량은 3차원 공간뼈대요소를 사용하여 수치모델링 하였다. 실험적인 연구에서는 많은 다양한 센서와 데이터 로거를 KHST 시험주로 내에 위치한 연제교에 설치하고 주행실험을 실시하였다. 실험에 사용된 열차는 프랑스에서 수입된 TGVK이다. 실험적인 연구와 이론적인 연구에서 사용된 차량과 교량의 기본적인 동특성치는 같다. 본 연구를 통하여, 위험속도(critical speed) 부근의 고속으로 주행하는 열차에 의해서 교량은 정적인 응답에 비하여 매우 크게 증폭된 동적인 응답을 얻을 수 있었다. 이러한 공진현상 때문에 KHST가 주행하는 교량의 동해석시 감쇠의 선택에 매우 신중을 기해야 한다. 본 연구에서 제시한 방법에 의한 수치해석 기법을 이용한 고속열차의 주행에 의한 교량의 동적거동 해석은 합리적인 결과를 보여주고 있다. KHST의 경우에 교량의 동적 응답에 있어서 차량과 교량의 상호작용 효과는 모든 주행 속도에 걸쳐서 크게 나타났다.