경량 전철 - 시스템 엔지니어링 기술, 노면 전차, 리니어 모터카, 철제차륜 경량 전철, 모노 레일, AGT, PRT, 트로리 버스

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an Railway Engineering Association(AREA) 시방규준을 적절히 준용하고 있는 실정이다. 국내에서도 이번의 경량전철시스템 기술개발에서 경량전철 전용 설계표준시방서를 작성할 계획이며, 차량 및 하중특성을 충분히 검토고려한 각 시스템별 구조물 설계지침이 발간되어 경량전철 구조물의 표준화 및 규격화를 유도할 계획이다.
경량전철 시스템은 전용의 토목구조물 즉 선로구축물을 갖추어야 하는데 경량전철 차량하중을 직접 받는 궤도 및 상부구조, 상부구조의 하중을 암반까지 전달하는 교각구조 및 기초구조를 포함하는 하부구조로 구성된다. 상부구조는 강재 및 콘크리트재료를 주로 이용하며, 강형의 경우는 강판형이나 강상자형, 콘크리트교는 PC형교, T형교, 중공 슬래브교, PC박스 및 단순RC교를 주로 사용하고 있다. 경량전철 시스템 도입 초기에는 콘크리트 계통의 상부구조가 많이 적용되었다. 일본의 요코하마시 Seaside 선에서는 총 연장 18.4km중 5.7km 구간은 강재를 나머지 구간은 PC교량으로 설계하였다. 하지만 최근에는 미관이 좋고 장경간에 유리한 강재 또는 합성형을 이용한 구조물이 증가하는 추세이다.
국내 기술현황 및 향후 기술개발 방향에 대해 살펴보면, 설계기술은 하남시, 의정부시, 김해시, 부산시 등에서 경량전철을 기본설계까지는 시행한 경험이 있지만, 선로구축물분야(특히 궤도분야)의 기술은 아직 미비한 상태이며, 실시설계 및 정밀해석은 그 기술이 초보단계이다. 특히 경제적이고 합리적인 설계 및 시공을 위한 경량전철 전용 표준설계 시방서가 없어 설계회사마다 제각기 기준을 세워 설계를 수행한 실정이다. 또한 경량전철의 특수한 상황을 고려한 시공기술은 좀더 연구개발되어야 할 것이다. 구체적으로 도심구간에서의 미관을 고려하면서 교통장애를 최소로 할 수 있는 시공법, 장경간 및 급곡선부 교량의 기술과 같은 많은 부분에서 기술개발이 필요한 것으로 생각된다. 특히 미관을 고려한 강합성형교의 적용에 대한 관심이 큰 만큼 이에 대한 핵심기술의 개발이 시급한 실정이다.
이러한 추세에 맞추어 포항산업과학연구원에서는 경량전철의 강구조물 설계 요령집(1998)을 통해 경제성 및 시공성을 비교 검토하고, 경량전철에 의한 소음 및 진동에 대해 연구하였다. 또한 강고가교의 적용을 위해 설계일반을 제시하였으며, 강합성 단순교, 강상판 3경간 연속교에 대한 설계예제를 제시하였다. 그러나 이 연구에서는 기존 도로교 설계법에서 경량전철 교량만이 갖는 특수한 하중들에 대한 추가적인 검토만이 이루어졌고 실제 교량의 적용을 위한 기술적 연구가 필요한 실정이다.
또한 재료의 효율적인 이용과 미관적인 측면에서 우수한 강합성형교에 대한 관심이 높아지는 가운데 경량전철 교량으로서 강합성교량의 적용에 대해 연구중이다. 특히 이주형교의 적용에 대해 포항산업과학연구원(1999～)에서 연구중에 있다. 이 연구에서는 이주형교의 특징에 대해서 분석하고 이주형교의 적용을 위한 설계 예제를 제시하였다. 특히 가로보의 위치에 따른 구조적 거동에 대해 유한요소를 이용한 해석적 연구를 수행하였다. 그리고 이러한 연구의 연장선상에서 성택룡, 윤태양, 이안호(2001)는 경량전철 2주형 판형교의 대칭연직하중에 의해 가로보의 배치와간격을 매개변수로 하여 국부적인 변형과 거동을 유한요소법을 이용한 해석적 연구를 수행하였다. 그러나 이들 연구가 모두 해석적인 연구 차원에서 그치고 있어서 실제 거동에 대한 연구가 부족한 실정이다. 이에 더 나아가서 실제 시공시 발생할 수 있는 문제에 대한 다양한 고려가 매우 필요한 실정이다. 그리고 강합성교량의 경우 연속교에 대한 설계 및 해석적 연구는 아직 되어있지 못한 실정이다.
궤도 구조물의 설계
일본 신교통의 궤도구조물은 기본적으로 일본 도로교 시방서에 따르고 있으나, 차량 및 그 외 조건이 도로교의 경우와는 다른 부분 즉, 안내 rail, 분기 안내 rail 등 특수한 시설의 설치에 대해서는 다음 6개의 하중으로 구분하여 설계기준을 제시하고 있다. 즉 도로교의 활하중에 상당하는 설계 차량하중, 곡선주행에 의해 발생하는 원심하중, 안내륜에 의해 궤도에 작용하는 횡하중, 급제동급발진시에 진행방향으로 자극하는 수평하중, 궤도의 종단부에 설치하는 차 보호막에 차량이 충돌시 구조물에 작용하는 하중, 승강장등 승객용시설 설계에 사용하는 군집하중이다.
고무타이어식 차량에 있어서 중앙안내방식과 측방안내방식 2개의 안내방식에 대한 궤도 상부공의 구조상 특징은 다음과 같다.
우선, 중앙안내방식에서 중앙에 설치하는 1선의 안내레일과 이 안내레일 양측에 병행하여 설치한 좌우 2선의 주행레일을 그대로 차량하중의 지지부재로 쓸 수가 있다면 합계 3선의 레일을 공간에 배치하여 고정시키는 단순한 궤도구조가 된다. 이 경우 전차선 배치에 문제가 없다면 궤도의 최대폭원은 일본 모노레일과 같이 차체폭보다 작아질 수 있다. 그러나 고가궤도상에서 발생하는 소음을 차단하던가 궤도로부터 지상에 낙하물을 방지하기 위해서 궤도의 양측에 방음벽을 설치하고 바닥면을 덮게되면 이 단순하고 기능적인 특징은 살릴수 없게 된다.
한 편 측방안내방식의 궤도에서는 양단에 약 3m의 폭으로 위치하는 좌우 안내레일에서 차량의 횡하중을 지지하고 안내면 간격을 조정하는 것이 필요하므로 구조가 복잡해진다. 그러나 이 경우 궤도는 측벽 부분이 일체화된 폐쇄식 구조를 취하는 경우가 많으므로 그대로 소음 및 낙하물 대책이 되는 잇점이 있다. 이와 같은 주변환경을 고려할 때 궤도는 폐쇄식이 바람직하므로 측방안내방식을 채택하고 있다.
폐쇄식의 궤도에는 콘크리트 상판을 사용하는 경우가 많다. 다음 그림은 측방안내방식에서의 대표적인 궤도 상부공의 단면구성을 표시하였다. 철근 콘크리트의 중공슬라브보, PC빔 및 BOX형의 강재에 콘크리트 상판을 조합한 Box형 합성보 등 3가지가 있다.
콘크리트 구조가 많이 사용되는 이유는 건설 및 보수비가 상대적으로 저렴하기 때문이며 강구조와 비교해서 진동의 내부감쇠율이 크고 진동이나 소음방지에 비교적 유리하기 때문이다. 또 콘크리트의 색채나 재질감은 무채색이기 때문에 이질감이 적고 강재와 같이 도장을 할 필요가 없다.

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