폴리머 복합소재 전철주의 구조 성능에 관한 해석적 연구 = Analytical Study on the Structural Performance of Polymer Composite Catenary Poles

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 재생 플라스틱을 이용한 폴리머 복합소재 전철주의 구조적 거동을 해석적으로 규명하고 그 적용 타당성을 검증하였다. 강재의 부식 및 탄소 배출 문제를 해결할 대안으로 주목받는 폴리머 복합소재는, 강재 대비 현저히 낮은 탄성계수로 인해 구조물적용 시 과도한 변형을 제어하는 것이 기술적 핵심 과제이다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 본 연구에서는 재료의 강도보다 변형을우선으로 제어하는 ‘강성 지배 설계(Stiffness-Governed Design)’를 채택하였다. 유한요소해석을 통해 국내 전철주 규격(KR E-03080)의 요구조건 만족 여부를 평가하여 폴리머 복합소재 전철주의 단면 강성 요구수준을 분석하였다. 매개변수 연구 결과, D302mm 단면에 탄성계수 16,000 MPa 이상의 폴리머 복합소재를 적용했을 때, 전철주 허용 처짐 기준을 안정적으로 만족하였다.
본 연구에서는 이처럼 비전통적 소재인 재생 플라스틱을 이용한 폴리머 복합소재가 어느 정도의 탄성계수를 확보한다면 철도 구조물로서 요구되는 구조적 성능을 충분히 확보할 수 있음을 공학적으로 입증하였으며, 이는 폐자원의 고부가가치 재활용을 통한 순환 경제및 탄소중립 실현에 기여할 수 있는 기술적 토대를 마련했다는 점에서 중요한 의의가 있다

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study analytically investigated the structural behavior of polymer composite catenary poles using recycled plastic and verified their applicability. Polymer composites, which are attracting attention as an alternative to steel for corrosion and carbon emissions, have a significantly lower elastic modulus compared to steel, making controlling excessive deformation a key technical challenge in structural applications. To overcome this limitation, this study adopted a "stiffness-governed design" approach, prioritizing deformation control over material strength. Finite element analysis was used to assess compliance with the requirements of the Korean Electric Power Pole Standard (KR E-03080) and analyze the required cross-sectional stiffness of polymer composite poles. Parametric studies revealed that when polymer composites with an elastic modulus of 16,000 MPa or greater were applied to a section with diameter of 308 mm, the permissible deflection standards for catenary poles were stably satisfied. This study has proven from an engineering perspective that polymer composites using recycled plastics, a non-traditional material, can sufficiently secure the structural performance required for railway structures if they have a certain level of elastic modulus. This is significant in that it provides a technological foundation that can contribute to the realization of a circular economy and carbon neutrality through high-value-added recycling of waste resources.