본 연구는 고속철도 궤도 구조의 핵심 부재인 상부 콘크리트층(TCL)에 GFRP 보강근을 적용하여 기존 철근을 대체한 구조의 비선형 동적 거동 특성을 규명하였다. GFRP는 비도전성, 내식성, 경량성과 같은 특성을 갖추고 있어 철도 신호 간섭 방지와 내구성 향상에 적합하다. 국내외 설계기준은 정적 하중 중심이어서 GFRP 적용 구조의 동적 응답과 균열 거동에 대한 연구가 부족한 상황이다. 이에 본 연구에서는 동적 비선형 3차원 유한요소해석을 수행하여 GFRP 보강 TCL 구조와 기존 철근 보강 구조의 하중-변위, 균열폭, 응력 분포를 비교하였다. 분석 결과, 철근 적용 구조는 높은 연성으로 인해 반복 재하에 따른 균열 확대가 크지만 GFRP 적용 구조는 취성적 파괴 양상을 보이며 균열폭이 작고 안정적이었다. 두 구조 모두 허용기준 내의 성능을 만족하였으며, GFRP 보강 구조는 특히 반복 하중에 대한 안정성과 구조 신뢰성에서 우수한 결과를 나타냈다. 본 연구는 GFRP 보강근을 활용한 철도 구조물의 설계 및 유지관 리 측면에서 실용적 근거를 제시하며, 향후 설계기준 수립에 기여할 수 있을 것이다.

In constructing the cast-in-place concrete track system, the installation of reinforcing bars to a TCL is one of the main causes of consuming construction time. In this study, to eliminate the reinforcing bar installation process, the applicability of the fiber reinforced concrete to the TCL is studied using the numerical analysis. The analysis is performed using the commercial finite element program, ABAQUS, and, in the analysis, the effect of the variations in fiber content rate and the surrounding temperature is considered. From the analysis, it is found that the fiber reinforced concrete has better applicability than the existing reinforced concrete with steel bar.