KRL-2012 하중

왜 배우는가: 철도교량과 선로구조물은 열차하중을 기준으로 설계해야 한다. KRL-2012 하중은 현행 철도 설계의 기본 활하중이라 시험에서 반복해 다뤄진다.

출제 이력: 제137회 1교시 5번, 제128회 1교시 6번, 제113회 1교시 9번, 제104회 1교시 12번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

KRL-2012 하중은 철도 선로구조물 설계에 쓰는 표준열차하중으로, 열차가 주는 활하중을 대표한다.

핵심 키워드: KRL-2012, 표준활하중, 표준열차하중, 활하중, 등분포하중, 집중하중, 충격계수, 여객전용 표준활하중

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, KRL-2012 하중은 열차가 다리 위를 지날 때 구조물이 받는 힘을 정해 둔 기준 열차 모형이다. 설계자는 실제 열차 대신 이 모형을 써서 교량과 선로구조물의 크기를 정한다.

정식 정의는 다음과 같다. 표준열차하중은 열차의 축하중과 배열을 일정한 모형으로 정해 선로구조물 설계에 쓰도록 한 활하중이다. KRL(Korea Rail Load)-2012는 우리나라 철도 설계에서 일반철도와 고속철도에 공통으로 쓰는 표준열차하중의 명칭이다.

핵심 용어를 풀이하면 다음과 같다.

• 활하중: 열차나 사람처럼 위치와 크기가 시간에 따라 바뀌는 하중이다. 교량에서는 교통하중이 여기에 해당한다.
• 표준활하중: 설계 기준이 정한 열차 활하중 모형이다. 노선 등급이나 노선별로 달랐던 값을 하나의 기준 모형으로 정리한 개념이다.
• 등분포하중: 일정한 길이 구간에 고르게 작용하는 하중이다. 연속된 차량의 하중을 단순하게 나타낼 때 쓴다.
• 집중하중: 한 점에 몰려 작용하는 하중이다. 열차 바퀴가 레일을 통해 구조물에 전달하는 힘이 대표적이다.
• 충격계수: 열차 속도에 따른 동적 효과를 정적 하중에 곱해 반영하는 계수이다. 정적 하중만으로는 진동과 충격의 영향을 반영하지 못하므로 쓴다.
• 여객전용 표준활하중: 여객 전용선에 적용하는 값이다. KRL-2012 표준활하중의 75퍼센트를 적용한다.

활하중과 사하중의 구분도 답안에서 자주 쓰인다. 사하중은 구조물의 자중처럼 정지해 있고 치수로부터 계산할 수 있는 하중이다. 활하중은 크기와 분포가 일정하지 않아 기준 모형으로 정해 쓴다. KRL-2012는 이 활하중 기준의 하나다.

구조계산에서 하중의 쓰임은 설계법에 따라 다르다. 강도설계법에서는 활하중에 하중계수를 곱한 계수하중으로 부재의 강도를 검토한다. 허용응력설계법에서는 하중계수를 곱하지 않은 사용하중을 쓴다.

열차하중은 표준열차하중과 실제 열차하중을 구분해서 이해해야 한다. 실제 열차하중은 실제 열차의 차축하중을 모델로 만든 하중으로 동적해석에 쓰인다. 일반 설계에는 표준열차하중이 쓰인다.

3. 등장 배경과 필요성

우리나라 철도의 설계하중은 노선 등급 체계와 함께 바뀌어 왔다. 폐지되기 전 국유철도건설규칙은 건축한계, 건설기준, 최고운행속도를 묶어 1급선부터 4급선까지 나누었다. 이 체계에서는 등급마다 다른 표준활하중을 썼다.

1977년 개정판에서는 1급선과 2급선에 LS-22 표준활하중을, 3급선과 4급선 및 전동차 전용선에 LS-18 표준활하중을 사용했다. 2000년 개정판에서는 선로 등급과 관계없이 LS-22를 쓰고, 전동차 전용선에는 EL-18을 썼다. 경부고속선에는 HL-25 표준활하중이 쓰였다.

2009년 개정 철도의 건설기준에 관한 규정은 급수 구분을 삭제했다. 일반철도는 LS-22, 전동차 전용선은 EL-18, 고속철도 전용선은 HL-25 표준활하중을 쓰도록 했다.

2013년 개정에서는 일반철도와 고속철도의 하중을 KRL-2012로 통합하고 산출 방식을 간략화했다. 전동차 전용선로는 EL-18을 그대로 사용한다.

통합 필요성은 다음과 같다. 노선 종류마다 하중 모형이 다르면 설계자는 노선마다 다른 계산을 해야 한다. 여객열차와 화물열차가 함께 달리는 혼용선도 하나의 기준으로 설명하기 어렵다. 통합 모형은 이 문제를 줄이고 설계 기준을 한 체계로 묶는다.

열차 속도와 축하중이 커지면 교량의 진동과 동적 응답이 설계에서 더 중요해진다. 그래서 설계하중 외에 주행안전성 검토가 함께 이루어진다. 주행안전성 검토는 고속열차의 동적 안정성을 포함해 열차 안전에 필요한 최소 요구조건을 검토하는 절차이다.