동조질량감쇠기술을 이용한 철도선하역사의 진동감소

Vibration Mitigation of the Railway Elevated Station Using Tuned Mass Damper Technology

정시성과 대량수송성 및 에너지효율성을 갖춘 철도는 고속화에 따른 효용성 증가로 인하여 국ㆍ내외적으로 많은 투자가 이뤄지고 있으며, 자기부상열차, 모노레일 등 신교통시스템의 발전에 힘입어 도심지 내 건설도 증가하는 추세이다. 선하역사는 열차 운행에 따른 진동이 직접 역사구조물로 전달되는 구조적인 특성으로 인하여 소음ㆍ진동 수준이 높다는 약점이 있다. 이러한 단점에도 고속화에 따른 고가구조물 사용의 증가 등의 이유로 선하역사의 건설이 증가하고 있으며, 상업시설 입점 등으로 역사 내부 공간의 가치가 상승하고 있는 추세를 감안할 때 선하역사 내부의 소음ㆍ진동을 감소시킬 수 있는 기법의 개발이 필요한 상황이다. 이 논문에서는 동조질량감쇠기(TMD) 기술을 이용하여 선하역사에 발생하는 진동을 저감할 수 있는 기법을 제시하였다. 제시된 기술은 기존 다중 동조질량감쇠기 기술 적용 시의 단점이었던 승강장 상부의 진동증가를 해결할 수 있도록 이중질량화한 승강장을 사용하는 기술이며, 하부 질량은 역사구조물과동조하여 열차 운행에 따른 진동을 감소시키고 상부질량의 진동은 최소화될 수 있도록 스프링-감쇠시스템의 설계파라미터를 최적화하는 것이다. 이 연구에서는 이러한 동조질량감쇠 기술 알고리즘을 제시하고 수치해석 예제를 이용하여 가능성을 검토하였다. 수치해석 예제에 사용된 구조물은 국내 가장 많이 건설되어 있는 자갈궤도가 부설된 2층 선하역사이다. 일반적인 승강장 설치 시의 진동과 비교한 결과 열차 통과 직후 역사구조물 슬래브에 발생하는 진동 감소량은 RMS 기준 6dB ~ 7dB, 최대값 기준 5dB 가량으로 나타나 동조질량감쇠기 기술은 선하역사의 진동 감소에 효과가 있는 것으로 나타났다.