JP2011017150A

JP2011017150A - まくらぎ

Info

Publication number: JP2011017150A
Application number: JP2009161300A
Authority: JP
Inventors: Akira Aikawa; 明相川
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-08
Also published as: JP5362463B2

Abstract

【課題】まくらぎの鉛直方向、水平方向の変形およびねじり変形を抑制し、バラスト層の崩壊を防止し、バラスト軌道の保守管理を容易にする。
【解決手段】バラスト軌道に用いられるコンクリート製のまくらぎであって、列車走行時に発生する動的荷重と衝撃荷重によるまくらぎのねじりおよび曲げ変形を抑制する配筋構造を有することを特徴とするまくらぎである。具体的には、まくらぎ１０は、外形は通常のコンクリート製のまくらぎであるが、まくらぎ下部の長手方向に対して斜めに埋め込まれた配筋構造である鉄筋１１を有する構造となっている。鉄筋１１は、まくらぎ１０の底面近くにおける対角線上に一対互いにクロスするように底面に沿って配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、バラスト軌道の破壊を防止するまくらぎに関するものである。

バラスト軌道は、図１０（ａ）に示すようにバラスト層１０５の上に敷かれたまくらぎ１００に軌道１０３を敷設したものである。バラスト層１０５が列車走行時にまくらぎ１００から受ける荷重を効率よく分散させ路盤に伝えるので、低振動・低騒音であること、排水が良いこと、建設費が安いこと等の利点が多い。しかし、バラスト層１０５が崩壊しやすく、保守管理に手間がかかるという問題があった。このバラスト層１０５の崩壊は列車走行時、まくらぎ１００が受ける動的荷重と衝撃荷重により、まくらぎ１００が変形することによると考えられてきた。

従来、軌道１０３下に使用されるまくらぎ１００は、図１０（ｂ）或は図１０（ｃ）に示すように鉛直方向にのみ変形すると考えられてきた。このような鉛直方向の変形を抑制するまくらぎとしては、例えば特許文献１に記載されているまくらぎがある。

特開２００５−９０１０６

まくらぎ１００が鉛直方向にのみ変形するのであれば、バラスト層１０５は均等に圧縮されるのみで、バラスト層１０５が崩壊することはない。しかしながら、実際にはまくらぎ１００を介して列車からの動的荷重と衝撃荷重を受け、劣化によりバラスト層１０５が崩壊し、バラスト軌道の保守管理が必要であった。すなわち、従来考慮されていたまくらぎ１００の挙動に対する対応のみでは、バラスト層１０５の崩壊を確実に抑えることができなかった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、従来の鉛直方向の変形のみを考慮したまくらぎでは防ぎきれなかったバラスト層の崩壊を防ぎ、バラスト軌道の保守管理を容易にすることを目的とするものである。

前述した目的を達成するため本発明は、バラスト軌道に用いられるコンクリート製のまくらぎであって、列車走行時に発生する動的荷重と衝撃荷重によるまくらぎのねじりおよび曲げ変形を抑制する配筋構造を有することを特徴とするまくらぎである。

前記配筋構造の少なくとも一部は、前記まくらぎの長手方向に対して斜めに埋め込まれた鉄筋であってもよい。

前記斜めに埋め込まれた鉄筋は、前記まくらぎの対角線上に埋め込まれてもよい。

前記配筋構造の少なくとも一部は、前記まくらぎ下部の長手方向に埋め込まれた複数の鉄筋であってもよい。

前記配筋構造の少なくとも一部は、前記まくらぎ下部の長手方向に埋め込まれた複数の鋼管であってもよい。

前記配筋構造の少なくとも一部は、前記まくらぎ下部に埋め込まれた鋼製の網であってもよい。

前記配筋構造の少なくとも一部は、前記まくらぎ底面に貼り付けられた鉄板であることを特徴とするまくらぎである。

前記まくらぎの材料が炭素繊維を含んだコンクリートであってもよい。

本発明のまくらぎは、まくらぎのねじりおよび曲げ変形を抑制する配筋構造を有することで、まくらぎの曲げ変形あるいは捻り変形を抑制でき、従来の鉛直方向の変形のみを考慮したまくらぎでは防ぎきれなかったバラスト層の崩壊を防ぎ、バラスト軌道の保全を容易とし、安全な列車の走行を確保することができる。

バラスト軌道を示す図であり、（ａ）はバラスト軌道の敷設状態を示す図、（ｂ）は列車通過時のバラスト５ａの挙動を示す図である。まくらぎ１の挙動を示す図であり、（ａ）はまくらぎ１の変形前の図であり、（ｂ）はまくらぎ１が１箇所で水平方向且つ鉛直方向に変形した図、（ｃ）は２箇所で鉛直方向に変形した図、（ｄ）はまくらぎ１がねじり変形した図、（ｅ）はまくらぎ１が２箇所で水平方向且つ鉛直方向に変形した図である。（ａ）はまくらぎ１０の平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ−Ｄ面の図、（ｄ）は（ｂ）のＥ−Ｅ断面図である。（ａ）はまくらぎ２０の平面図であり、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＦ−Ｆ面の図、（ｄ）は（ｂ）のＧ−Ｇ断面図である。（ａ）はまくらぎ３０の平面図であり、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＩ−Ｉ面の図、（ｄ）は（ｂ）のＪ−Ｊ断面図である。（ａ）はまくらぎ４０の平面図であり、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＫ−Ｋ面の図である。（ａ）はまくらぎ５０の平面図であり、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＬ−Ｌ面の図である。（ａ）はまくらぎ６０の平面図であり、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＭ−Ｍ面の図である。（ａ）はまくらぎ７０の平面図であり、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＮ−Ｎ面の図である。（ａ）は従来のまくらぎ１００を示す図であり、（ｂ）、（ｃ）はまくらぎ１００の変形を示す図である。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１はバラスト軌道を示す図で、図１（ａ）は軌道３の軸方向から見た図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。まくらぎ１は、バラスト層５上に配置される。まくらぎ１上には一対の軌道３が配置され、軌道３上を列車等が走行する。

発明者は、まくらぎ１の挙動を知るために、図１（ｂ）に示すように、まくらぎ１下のバラスト層５のバラスト５ａに加速度センサを設け、バラスト５ａの挙動を細かく調査した。その結果、軌道３上を列車が通過する際には、バラスト５ａは鉛直方向（図中矢印Ｂ方向）への変位のみではなく、回転方向（図中矢印Ｃ方向）の変位が発生しているとの知見を得た。

すなわち、このバラスト５ａの回転方向の変位の原因として、まくらぎ１の変形が考えられ、まくらぎ１は鉛直方向の変形のみでなく、より複雑な挙動を呈しているという結論に達した。そこで、有限要素法により繰り返し荷重によるまくらぎ１の変形モードをより詳細に解析したところ、図２に示すような複数の変形モードがまくらぎ１に生じていることが判明した。

図２（ａ）はまくらぎ１を示す斜視図である。図２（ａ）に示すように、まくらぎ１の長手方向を（Ｘ）方向、幅方向を（Ｙ）方向、厚み方向を（Ｚ）方向とする。このまくらぎ１が繰り返し荷重を受けると、図２（ｂ）から図２（ｅ）のようなモードの変形が発生する。

図２（ｂ）の変形モードは、まくらぎ１の単なる鉛直方向（Ｚ方向）の曲げのみならず、水平方向（Ｙ方向）にも曲げ変形が生じている。図２（ｃ）の変形モードは、まくらぎ１は長手方向の２箇所で鉛直方向（Ｚ）方向に曲げ変形を生じている。図２（ｄ）の変形モードは、まくらぎ１は（Ｘ）方向を中心としたねじり変形である。また、図２（ｅ）の変形モードは、まくらぎ１は、長手方向の２箇所で鉛直方向（Ｚ方向）に変形するとともに水平方向（Ｙ方向）にも曲げ変形を生じている。なお、これらの変形モードは、それぞれ固有の振動数を有している。

このようにまくらぎ１は、図１０（ｂ）、（ｃ）に示したような単なる鉛直方向（Ｚ方向）の変形モードのみではなく、水平方向（Ｙ方向）にも変形し、またねじり（Ｘ軸を中心としたねじり方向）変形も生じることが解明された。この複雑なまくらぎ１の挙動がバラスト層５に鉛直方向の変位のみならず、水平方向の変位、あるいは回転変位を生じせしめ、バラスト層５が崩壊する原因となっているとの知見を得た。すなわち、バラスト層５の崩壊を防止するためには、まくらぎ１の鉛直方向のみではなく、水平方向およびねじり変形を抑制することが必要であることが判明した。

なお、図２（ｂ）〜図２（ｅ）に示すような変形モードは、従来の鉛直方向のみの変形モード（図１０（ｂ）〜図１０（ｃ））と比較して、変形の変位量は小さく、従来のまくらぎでは考慮されていないものであるが、繰り返しの荷重によって、このような小さな変位を有する変形モードの影響が大きくなり、バラスト層５の崩壊を招く結果となる。

次に、図２に示すような水平方向やねじり方向の変形モードに対して、効率良く変形を抑制することが可能な配筋構造を有する本発明のまくらぎについて説明する。図３は、まくらぎ１０を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図、図３（ｄ）は図３（ｂ）のＥ−Ｅ線断面図である。

まくらぎ１０は、外形は通常のコンクリート製のまくらぎであるが、まくらぎ下部の長手方向に対して斜めに埋め込まれた配筋構造である鉄筋１１を有する構造となっている。鉄筋１１は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、まくらぎ１０の底面の対角線上に一対互いにクロスするように底面近傍に沿って配置される。すなわち、図３（ｃ）に示すように、まくらぎ１０の端部近傍では、鉄筋１１は底面近傍の幅方向端部近傍に配置されており、図３（ｄ）に示すように、まくらぎ１０の長手方向中央近傍では、鉄筋１１同士が接近し、やがて交わるように配置される。

なお、鉄筋１１には、あらかじめプレストレスが付与されることが望ましい。この長手方向に埋め込まれた鉄筋１１により、まくらぎ１０の鉛直方向、水平方向の断面二次モーメントと縦弾性係数が増加し、曲げ剛性が高くなると同時に、断面二次極モーメントと横弾性係数ともに増加し、ねじり剛性が高くなる。まくらぎ１０のこの曲げ剛性とねじり剛性が高くなることにより、まくらぎ１０は曲げおよびねじり変形が抑制される。

まくらぎ１０の材料はコンクリート製であるが、炭素繊維を含んだコンクリートであってもよい。炭素繊維を含んだコンクリートまくらぎは通常のコンクリートまくらぎ縦弾性係数および横弾性係数が増加し、まくらぎ下部の長手方向に対して斜めに埋め込まれた鉄筋１１と相まって、さらに曲げ剛性、ねじり剛性が増大し、まくらぎの曲げおよび捻り変形がより抑制される。

図４は本発明の別の実施例を示すものであり、図４（ａ）〜図４（ｄ）は図３（ａ）〜図３（ｄ）に対応したまくらぎ２０を示す図である。なお、以下の実施例においては、まくらぎ１０と同様の構成・効果については重複する説明を省略する。まくらぎ２０はまくらぎ１０に対して、配筋構造である鉄筋１１に代えて、鉄筋２１が埋め込まれる。鉄筋２１は、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、まくらぎ２０の長手方向および高さ方向の対角線上に４本斜めにまっすぐに埋め込まれた構造となっている。

すなわち、図４（ｃ）に示すように、まくらぎ２０の端部近傍では、鉄筋２１は幅方向および厚さ方向の４隅近傍に配置されており、図４（ｄ）に示すように、まくらぎ２０の長手方向中央近傍では、鉄筋２１同士が接近し、やがて交わるように配置される。なお、鉄筋２１はプレストレスが付与されていることが望ましい。まくらぎ２０もまくらぎ１０同様の効果を有し、鉄筋２１を水平方向のみではなく鉛直方向に対しても斜めに配置することで、より、曲げ剛性およびねじり剛性が増大し、まくらぎの曲げおよび捻り変形が抑制される。

図５は本発明の別の実施例を示すもので、図５（ａ）〜図５（ｄ）は図３（ａ）〜図３（ｄ）に対応してまくらぎ３０を示す図である。まくらぎ３０はまくらぎ１０に対し、配筋構造である鉄筋１１に代えて、まくらぎ３０の長手方向に複数の鉄筋３１が埋め込まれた構造となっている。この埋め込まれた鉄筋３１は、まくらぎ３０中央部ではまくらぎ３０の底面に沿うように配され、まくらぎ３０の両端部近傍では上方（厚み方向）に斜めに配された構造となっている。

すなわち、鉄筋３１は、両端を上方に屈曲された形状で埋め込まれ、図５（ｃ）に示すように、まくらぎ３０の端部近傍では、鉄筋３１はまくらぎ３０の厚さ方向上方に配置され、図５（ｄ）に示すように、まくらぎ３０の長手方向中央近傍では、鉄筋３１が底面近傍に配置される。なお、鉄筋３１の本数は、図５に示す例に限られず、鉄筋３１のサイズ等に応じて、適宜設定される。まくらぎ３０もまくらぎ１０同様の効果を有し、鉄筋３１の両端部のみを高さ方向に斜めに配置することで、曲げ剛性およびねじり剛性が増大し、まくらぎの曲げおよび捻り変形が抑制される。

図６は本発明の別の実施例を示すもので、図６（ａ）〜図６（ｃ）は図３（ａ）〜図３（ｃ）に対応したまくらぎ４０を示す図である。まくらぎ４０はまくらぎ１０に対し、配筋構造である鉄筋１１に代えて、まくらぎ４０の底部の長手方向に沿うように複数の鉄筋４１が埋め込まれた構造となっている。すなわち、鉄筋４１は、図６（ｃ）に示すように、まくらぎ４０の底面に沿って真っすぐにまくらぎ４０の長手方向に向けて複数並列される。なお、鉄筋４１はプレストレスが付与されていることが望ましい。まくらぎ４０もまくらぎ１０同様の効果を有する。

図７は本発明の別の実施例を示すもので、図７（ａ）〜図７（ｃ）は図３（ａ）〜図３（ｃ）に対応したまくらぎ５０を示す図である。まくらぎ５０はまくらぎ１０に対し、配筋構造である鉄筋１１に代えて、まくらぎ５０の底部の長手方向に沿うように複数の鋼管５１が埋め込まれた構造となっている。すなわち、鋼管５１は、図７（ｃ）に示すように、まくらぎ５０の底面に沿って真っすぐにまくらぎ５０の長手方向に向けて複数並列される。なお、鋼管５１はプレストレスが付与されていることが望ましい。まくらぎ５０もまくらぎ１０同様の効果を有する。

図８は本発明の別の実施例を示すもので、図８（ａ）〜図８（ｃ）は図３（ａ）〜図３（ｃ）に対応したまくらぎ６０を示す図である。まくらぎ６０はまくらぎ１０に対し、配筋構造である鉄筋１１に代えて、まくらぎ６０の底面に沿うように鋼製の網６１が埋め込まれた構造となっている。すなわち、網６１は、図８（ｃ）に示すように、まくらぎ６０の底面近傍全体に埋め込まれる。まくらぎ６０もまくらぎ１０同様の効果を有する。

図９は本発明の別の実施例を示すもので、図９（ａ）〜図９（ｃ）は図３（ａ）〜図３（ｃ）に対応したまくらぎ７０を示す図である。まくらぎ７０はまくらぎ１０に対し、配筋構造である鉄筋１１に代えて、まくらぎ７０の底面に鉄板７１が貼り付けられた構造となっている。すなわち、鉄板７１は、図９（ｃ）に示すように、まくらぎ７０の底面全体に配置される。まくらぎ７０もまくらぎ１０同様の効果を有する。

本発明によれば、まくらぎの鉛直方向、水平方向の断面二次モーメントと縦弾性係数が増加し曲げ剛性が高くなると同時に、断面二次極モーメントと横弾性係数ともに増加し、ねじり剛性が高くなり、まくらぎの曲げおよびねじり変形が抑制される。これによりバラスト層の破壊が防止でき、より安全な列車の運行が確保されるとともに、バラスト軌道の保守管理が容易になる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

たとえば、図３〜図９に示した配筋構造は、いずれを組み合わせても良い。たとえば、まくらぎ６０の底部に埋め込まれた鋼製の網６１を、他の実施形態におけるまくらぎに適用しても良く、また、まくらぎ７０の底面に設けられた鉄板７１を他の実施形態のまくらぎに適用してもよい。また、まくらぎ１０、２０、３０の鉄筋に代えて鋼管を用いることもできる。このような組み合わせによりまくらぎの配筋構造がさらに強化され、曲げ剛性、ねじり剛性ともに増大する。

１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、１００………まくらぎ
３、１０３………軌道
５、１０５………バラスト層
５ａ……バラスト
１１、２１、３１、４１………鉄筋
５１……鋼管
６１……網
７１……鉄板

Claims

バラスト軌道に用いられるコンクリート製のまくらぎであって、列車走行時に発生する動的荷重と衝撃荷重によるまくらぎのねじりおよび曲げ変形を抑制する配筋構造を有することを特徴とするまくらぎ。
前記配筋構造の少なくとも一部は、前記まくらぎの長手方向に対して斜めに埋め込まれた鉄筋であることを特徴とする請求項１記載のまくらぎ。
前記斜めに埋め込まれた鉄筋は、前記まくらぎの対角線上に埋め込まれることを特徴とする請求項２記載のまくらぎ。
前記配筋構造の少なくとも一部は、前記まくらぎ下部の長手方向に埋め込まれた複数の鉄筋であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のまくらぎ。
前記配筋構造の少なくとも一部は、前記まくらぎ下部の長手方向に埋め込まれた複数の鋼管であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のまくらぎ。
前記配筋構造の少なくとも一部は、前記まくらぎ下部に埋め込まれた鋼製の網であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のまくらぎ。
前記配筋構造の少なくとも一部は、前記まくらぎ底面に貼り付けられた鉄板であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のまくらぎ。
前記まくらぎの材料が炭素繊維を含んだコンクリートであることを特徴とする請求項１から請求項７いずれかに記載のまくらぎ。