JP2012162933A - 横まくらぎ構造及び緩衝パッド - Google Patents

Abstract

【課題】横まくらぎに対する車輪の衝突時の衝撃力を緩和させる機能を有する横まくらぎ構造を提供する。
【解決手段】横まくらぎ１の上面１３を緩衝材で覆った端部上面保護部３１及び内部上面保護部４１と、走行する車両の前面と対面する側の横まくらぎの側面（対向面１１）の少なくとも上部を、端部上面保護部又は内部上面保護部に連続するように緩衝材で覆った端部側面保護部３２及び内部側面保護部４２とを備えた横まくらぎ構造である。また、端部パッド３には、横まくらぎの端面１ｄの上部を緩衝材で覆う端面保護部３３が成形されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、横まくらぎに対する車輪の衝突時の衝撃力を緩和させる機能を有する横まくらぎ構造及びそれに使用する緩衝パッドに関するものである。

従来、コンクリート製の横まくらぎを使用した鉄道の軌道において、レールと横まくらぎとの間、又は横まくらぎと道床コンクリートとの間に軌道パッドなどの緩衝材を介在させる構造が知られている（特許文献１、２など参照）。

特許文献１の従来の技術の欄には、バラスト上に所定の間隔を置いてコンクリート製の横まくらぎを設置し、これらの横まくらぎの上にゴム上弾性体からなる軌道パッドを介してレールを載置する構造が記載されている。

また、特許文献２には、プレストレストコンクリート製のＰＣまくらぎを道床コンクリート上に設置するに際して、合成ゴムなどの縁切り部材を介在させることで、長期的に安定性が維持される支持構造にできることと、列車の乗り心地が向上することが記載されている。

特開平１１−２４７１０４号公報 特許第３８５３２０２号公報

ところで、列車が高速で走行中に大地震が起きると、列車を構成する車両の車輪がレールから外れて、横まくらぎ上を走行する可能性があることが知られている。

そして、横まくらぎは、車両の進行方向に間隔を置いて設置されているので、脱線後の走行面は凹凸になり、横まくらぎ上に落ちた車輪が大きく跳ね上がって横まくらぎや車両に大きな衝撃力を与えるおそれがある。これに対して従来の横まくらぎ構造は、このような衝撃力を緩和させる対策が施されていなかった。

そこで、本発明は、横まくらぎに対する車輪の衝突時の衝撃力を緩和させる機能を有する横まくらぎ構造及びそれに使用する緩衝パッドを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の横まくらぎ構造は、横まくらぎに対する車輪の衝突時の衝撃力を緩和させる機能を有する横まくらぎ構造であって、横まくらぎの上面を緩衝材で覆った上面保護部と、走行する車両の前面と対面する側の横まくらぎの側面の少なくとも上部を、前記上面保護部に連続するように緩衝材で覆った側面保護部とを備えたことを特徴とする。ここで、前記側面保護部から前記上面保護部にかけて曲面に成形することが好ましい。

また、前記上面保護部と前記側面保護部は前記横まくらぎの長手方向の両端部に配置されるものであって、前記横まくらぎの長手方向の端面の少なくとも上部を、前記上面保護部及び前記側面保護部に連続するように緩衝材で覆った端面保護部を備えた構造とすることができる。

さらに、前記上面保護部と前記側面保護部は、前記横まくらぎに取り付けられるレールより前記横まくらぎの長手方向の中央側に配置されるものであってもよい。また、前記レールに並行して逸脱防止ガードが延設されている軌道において、前記上面保護部と前記側面保護部とを、前記逸脱防止ガードとそれに近接するレールとの間にのみ設けることもできる。

また、本発明の緩衝パッドは、上記の横まくらぎ構造に使用する緩衝パッドであって、前記上面保護部と前記側面保護部とが一体の緩衝材によって成形されたことを特徴とする。

このように構成された本発明の横まくらぎ構造は、横まくらぎの上面と側面の少なくとも上部とが、上面保護部と側面保護部の緩衝材によって覆われている。

このため、車両の車輪が横まくらぎに落下しても、緩衝材によって車輪の衝突時の衝撃力が緩和され、横まくらぎの損傷を抑えることができる。また、衝撃力が緩和されることによって、車両に伝達される衝撃力も緩和され、乗客の安全性を高めることができる。

さらに、側面保護部から上面保護部にかけて曲面に成形されていれば、車輪が側面保護部に衝突した後に進行方向に向けてスムーズに転がるように力の方向が転換されるので、車輪の跳ね上がり高さを低減させることができる。

また、横まくらぎの長手方向の両端部を緩衝材で覆うとともに、横まくらぎの端面を端面保護部の緩衝材によって覆うことで、脱輪時に大きな衝撃力を受け易い横まくらぎの端部の損傷を防ぐことができる。

また、端部とはレールを挟んだ反対側の横まくらぎの上面と側面の少なくとも上部が緩衝材によって覆われていれば、車輪が端部とは反対側に落ちたときにも衝撃力を緩和することができる。

さらに、逸脱防止ガードが延設されている軌道では、それよりも中央側に車輪が落下することがないので、その部分の上面保護部と側面保護部とを省略することができ、経済的である。

また、本発明の緩衝パッドは、上面保護部と側面保護部とが一体の緩衝材によって成形されているので、一度に横まくらぎに取り付けることができ、施工性に優れている。

本発明の実施の形態の横まくらぎ構造を説明する図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 （ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ矢視方向で見た端面図、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ矢視方向で見た断面図である。 バラスト上に並べられた横まくらぎ上にレールを敷設する鉄道の軌道の構成を説明する斜視図である。 脱線後に横まくらぎ上を車輪が走行するときの鉛直挙動を示した図と、そのときに車輪と横まくらぎ間に発生する接触力を説明する図である。 横まくらぎ間を車輪が走行するときの動きを示した説明図である。 車輪が横まくらぎに衝突したときの損傷状態を説明する図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の横まくらぎ１構造の構成を示す説明図、図２は断面図、図３は、本実施の形態の横まくらぎ１が配置される鉄道の軌道２０を説明する斜視図である。

この軌道２０は、図３に示すように例えば鉄筋コンクリート製の道床コンクリート２３上に設けられる。この道床コンクリート２３の上には、バラスト２４が敷き詰められており、その上に軌道２０の延伸方向に略直交する方向に向けて横まくらぎ１が配置される。

この横まくらぎ１は、軌道２０の延伸方向に一定の間隔を置いて平行に並べられ、その上にレール２，２が敷設される。また、この軌道２０には、レール２と並行して逸脱防止ガード２２が敷設される。

続いてこの横まくらぎ１の詳細について、図１を参照しながら説明する。この横まくらぎ１は、例えばプレストレストコンクリートによって成形されたコンクリート製のまくらぎである。

以下では、横まくらぎ１の長手方向（軌道２０の延伸方向に略直交する方向）の両側の端部１ａ，１ａと、長手方向の略中央の中央部１ｃと、端部１ａと中央部１ｃとの間の間隙部１ｂとを区分して説明する。

まず、端部１ａと間隙部１ｂとの境界には、レール２が載置される。このレール２は、両側に配置される締結装置２１，２１によって横まくらぎ１に固定される。

また、間隙部１ｂと中央部１ｃとの間には、断面視Ｌ字状の逸脱防止ガード２２がレール２と平行になるように取り付けられる。この逸脱防止ガード２２は、車両の車輪がレール２から脱線した際に、逸脱防止ガード２２より中央部１ｃ側に車輪が移動するのを妨げるために取り付けられる。

続いて、高速走行中の車両の車輪がレール２から外れた場合（脱線した場合）にどのような状態になるかについて説明する。

図４は、時速270 kmで走行中の列車の車両の車輪が脱線した状態をシミュレーションした解析結果を示した図である。このシミュレーションでは、脱線後に車輪が横まくらぎ１，・・・上を走行するケース（以下、「まくらぎ走行ケース」という。）と、脱線後に平坦なコンクリート面上を走行するケース（以下、「平坦面走行ケース」という。）との２つのケースについて計算をおこない比較した。

まず、図４の下図に示した車輪の鉛直変位について見ると、平坦面走行ケース（破線）では、脱線して落下した後に車輪が少し跳ね上がるが、その後はほとんど水平に移動していることがわかる。これに対してまくらぎ走行ケース（実線）では、脱線して落下した後に車輪は大きく跳ね上がり、その後も横まくらぎ１と隙間との凹凸の影響を受けながら移動していくことがわかる。

このように横まくらぎ１と隙間との凹凸の影響を受けている状態は、図４の上図に示した車輪と横まくらぎ１との接触力の大きさを示した結果を見るとさらに明らかである。

すなわち、図４の上図に示されているように、まくらぎ走行ケース（実線）では、横まくらぎ１，・・・の間隔に合わせて接触力が繰り返し上下し、平坦面走行ケース（破線）に比べて大きな接触力が繰り返し発生していることがわかる。また、脱線直後においても、まくらぎ走行ケースの方が平坦面走行ケースに比べて２倍以上の大きな接触力が発生していることがわかる。

一方、図５は、進行方向に間隔を置いて配置された横まくらぎ１，１上を車輪５が転がるときの状態を一図に示したものである。ここで、車輪５の中心となる車軸５１の軌跡を一点鎖線で示した。また、車輪５と横まくらぎ１との接触点５２の軌跡も白丸で示した。なお、横まくらぎ１，１間の黒丸は、その間に車輪５がきたときの最下点５３を示している。

この接触点５２の軌跡を見ると、車輪５は、横まくらぎ１の上面１３に接触している。また、走行する車両の前面と対面する側の横まくらぎ１の側面である対向面１１の上部にも接触する可能性があることがわかる。

これに対して、対向面１１とは反対側の横まくらぎ１の背面１２には車輪５は接触しないといえる。また、横まくらぎ１，１間隔と車輪５の直径との関係にもよるが、横まくらぎ１の対向面１１であっても下部は、車輪５と接触する可能性が低いといえる。

さらに、図６は、車輪５の衝突を想定した荷重を横まくらぎ１に載荷したときの損傷状況を示した図である。なお、試験時の横まくらぎ１には、レール２及び逸脱防止ガード２２は取り付けられていない。

この実験では、図６（ａ）の横まくらぎ１上面に星印で示した落下点Ｔ１−Ｔ６に、車輪５に模擬させた錘を落下させ、その衝突による損傷状況を確認した。

まず、落下点Ｔ５がある横まくらぎ１の左側の端部１ａを見ると、上面１３及び対向面１１にせん断ひび割れＳ１が入っているのが確認できる。また、落下点Ｔ６がある右側の端部１ａにも、上面１３及び背面１２にせん断ひび割れＳ２と表面剥離Ｈ１が発生していることが確認できる。このようなせん断ひび割れＳ１，Ｓ２は、発生箇所に大きな衝撃力が作用したことによって発生したものといえる。

続いて、落下点Ｔ４がある間隙部１ｂの上面１３及び対向面１１には、表面剥離Ｈ２が発生していることが確認できる。また、落下点Ｔ３がある間隙部１ｂの上面１３には表面剥離Ｈ３が発生し、対向面１１には曲げひび割れＭ１が発生していることが確認できる。さらに、落下点Ｔ１，Ｔ２がある中央部１ｃには、曲げひび割れＭ２と表面剥離Ｈ４が発生していることが確認できる。

ここで、曲げひび割れＭ１，Ｍ２は、横まくらぎ１に曲げモーメントが作用して生じるものであり、必ずしも衝撃力の作用位置とひび割れ発生位置とが一致するわけではない。

これに対して、端部１ａ，間隙部１ｂ及び中央部１ｃに発生している表面剥離Ｈ１−Ｈ４は、錘（車輪５）の衝突によって起きたものと考えられる。なお、逸脱防止ガード２２が横まくらぎ１に取り付けられた場合は、それよりも中央部１ｃ側に車輪５が移動しないため、中央部１ｃの衝突を原因とする表面剥離Ｈ４は発生しない。

そして、本実施の形態の横まくらぎ１構造では、車輪５との衝突によって損傷が発生する箇所や大きな衝撃力が発生する箇所を保護するために、図１，２に示すように、横まくらぎ１の端部１ａには緩衝パッドとしての端部パッド３を配置し、レール２と逸脱防止ガード２２との間の間隙部１ｂには緩衝パッドとしての内部パッド４を配置する。

この端部パッド３及び内部パッド４は、衝撃力を吸収することが可能な緩衝材によって成形される。この緩衝材には、スチレンブタジェン系ラバー（ＳＢＲ）などの合成ゴムや天然ゴムを主成分とした黒色加硫ゴム、又は発泡ウレタンなどが使用できる。また、その厚さは、材質（ばね定数など）と所望される吸収力の大きさにもよるが、6mm−12mm程度の厚さに成形することができる。

例えば、車輪５と横まくらぎ面（コンクリート面）間の衝突ばねを200kN/mmとした場合に、車輪５が35mm程度持ち上がる挙動を示すという知見がある。この200kN/mmという衝突ばねの値は静的載荷実験により求められた値であり、車両が高速で走っている場合には最大5倍程度になるともいわれている。その場合には、単純に車輪５の持ち上がり高さは175mmとなり逸脱を起こしてしまう。

そこで、ばね定数60kN/mmの緩衝材を介在させると、衝突ばねは1/(1/1000+1/60)=56.6kN/mmとなり、単純計算で車輪５の持ち上がり高さが35×56.6/200=9.9mmと３から４分の１になって逸脱防止ガード２２が機能する範囲に収まることになる。

続いて、詳細について説明すると、端部パッド３は、図１及び図２（ａ）に示すように、横まくらぎ１の端部１ａの上面１３を緩衝材で覆った上面保護部としての端部上面保護部３１と、端部１ａの対向面１１の上部を緩衝材で覆った側面保護部としての端部側面保護部３２と、横まくらぎ１の端面１ｄの上部を緩衝材で覆った端面保護部３３とを備えている。

この端部パッド３は、端部上面保護部３１と端部側面保護部３２と端面保護部３３とが連続した一体の緩衝材によって成形されている。また、端部側面保護部３２と端面保護部３３によって覆う範囲は、図５，６を使って上述したように車輪５が横まくらぎ１の対向面１１に接触するおそれのある範囲内で設定すればよい。

また、図２（ａ）に示すように、端部側面保護部３２は、横まくらぎ１の長手方向で見て表面が円弧状になるように曲面に成形されて端部上面保護部３１に接続される。

一方、内部パッド４は、図１及び図２（ｂ）に示すように、横まくらぎ１の間隙部１ｂの上面１３を緩衝材で覆った上面保護部としての内部上面保護部４１と、間隙部１ｂの対向面１１の上部を緩衝材で覆った側面保護部としての内部側面保護部４２とを備えている。

この内部側面保護部４２によって覆う範囲も、図５，６を使って上述したように車輪５が横まくらぎ１の対向面１１に接触するおそれのある範囲内で設定すればよい。また、逸脱防止ガード２２，２２間に車輪５が落ちるようなことはほとんど起きないので、この間の横まくらぎ１表面は、緩衝材で覆わなくてもよい。

また、図２（ｂ）に示すように、内部側面保護部４２は、横まくらぎ１の長手方向で見て表面が円弧状になるように曲面に成形されて内部上面保護部４１に接続される。

これらの端部パッド３及び内部パッド４は、横まくらぎ１に接着剤によって固定することができる。また、端部パッド３又は内部パッド４を外周から締め付ける周面バンド（図示省略）を使って横まくらぎ１に固定することもできる。

次に、本実施の形態の横まくらぎ１構造の作用について説明する。

このように構成された本実施の形態の横まくらぎ１構造は、横まくらぎ１の上面１３と対向面１１の上部が、端部上面保護部３１と端部側面保護部３２及び内部上面保護部４１と内部側面保護部４２の緩衝材によって覆われている。

このため、車両の車輪５が横まくらぎ１の上面１３に落下したり対向面１１に衝突したりしても、緩衝材によって車輪５の衝突時の衝撃力が緩和され、横まくらぎ１がせん断破壊したり表面剥離したりするなどの損傷の発生を抑えることができる。また、横まくらぎ１の長手方向の端面１ｄを端面保護部３３の緩衝材によって覆うことで、横まくらぎ１の端面１ｄの損傷も防ぐことができる。

さらに、衝撃力が緩和されることによって、車両に伝達される衝撃力も緩和されるので、衝撃力によって乗客が飛び跳ねたり、転倒したり、飛ばされたりするような事態の発生を抑え、乗客の安全性を高めることができる。

また、端部側面保護部３２から端部上面保護部３１（又は内部側面保護部４２から内部上面保護部４１）にかけて曲面に成形されていれば、車輪５が端部側面保護部３２（又は内部側面保護部４２）に衝突した後に、進行方向にある端部上面保護部３１（又は内部上面保護部４１）に向けてスムーズに転がることができ、衝撃力をより抑えることができる。さらに、端部側面保護部３２（又は内部側面保護部４２）が曲面に成形されていないと、衝突した車輪５が上方に跳ね上がる高さが大きくなるおそれがあるが、曲面に成形することによって力の向きを進行方向に変えることができ、結果的に跳ね上がり高さを低く抑えることができる。

さらに、端部１ａとはレール２を挟んだ反対側の横まくらぎ１の上面１３と対向面１１の上部が、内部上面保護部４１と内部側面保護部４２の緩衝材によって覆われていれば、車輪５が端部１ａとは反対側に落ちたときにも衝撃力を緩和することができる。

また、逸脱防止ガード２２，２２が延設されている軌道２０では、それよりも中央部１ｃ側に車輪５が落下することがないので、中央部１ｃを緩衝材で覆う必要がなく、経済的である。

また、端部パッド３や内部パッド４が一部材であれば、横まくらぎ１への取り付けが容易である。このため、既存の横まくらぎ１にも簡単に取り付けることができ、既存の横まくらぎ１に車輪５の衝突時の衝撃力を緩和させる機能を後から付与することができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、端部パッド３及び内部パッド４をそれぞれ一枚の緩衝材で成形する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、端部パッド３（又は内部パッド４）の各部を別々の緩衝材のシートで成形し、横まくらぎ１の各面にそれぞれ貼り付ける構成であってもよい。

また、前記実施の形態では、端部側面保護部３２及び内部側面保護部４２は対向面１１の上部にのみ設けたが、これに限定されるものではなく、例えば横まくらぎ１の対向面１１の下部まで覆うものであってもよい。

さらに、前記実施の形態では、横まくらぎ１の中央部１ｃは緩衝材で覆われていないが、これに限定されるものではなく、万が一の逸脱に備えて内部パッド４と同様の構成の緩衝パッドによって中央部１ｃを覆うこともできる。

また、前記実施の形態では、横まくらぎ１の背面１２は緩衝材で覆っていないが、これに限定されるものではなく、背面１２も緩衝材で覆ってもよい。例えば、緩衝パッドは、横まくらぎ１の上面１３と対向面１１の上部と背面１２の上部とを一部材で覆うように成形されたものであってもよい。

１ 横まくらぎ
１ａ 端部
１ｂ 間隙部
１ｃ 中央部
１ｄ 端面
１１ 対向面（走行する車両の前面と対面する側の横まくらぎの側面）
１３ 上面
２ レール
２２ 逸脱防止ガード
３ 端部パッド（緩衝パッド）
３１ 端部上面保護部（上面保護部）
３２ 端部側面保護部（側面保護部）
３３ 端面保護部
４ 内部パッド（緩衝パッド）
４１ 内部上面保護部（上面保護部）
４２ 内部側面保護部（側面保護部）
５ 車輪

Claims (6)

1. 横まくらぎに対する車輪の衝突時の衝撃力を緩和させる機能を有する横まくらぎ構造であって、
   横まくらぎの上面を緩衝材で覆った上面保護部と、
   走行する車両の前面と対面する側の横まくらぎの側面の少なくとも上部を、前記上面保護部に連続するように緩衝材で覆った側面保護部とを備えたことを特徴とする横まくらぎ構造。
2. 前記側面保護部から前記上面保護部にかけて曲面に成形したことを特徴とする請求項１に記載の横まくらぎ構造。
3. 前記上面保護部と前記側面保護部は前記横まくらぎの長手方向の両端部に配置されるものであって、
   前記横まくらぎの長手方向の端面の少なくとも上部を、前記上面保護部及び前記側面保護部に連続するように緩衝材で覆った端面保護部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の横まくらぎ構造。
4. 前記上面保護部と前記側面保護部は、前記横まくらぎに取り付けられるレールより前記横まくらぎの長手方向の中央側に配置されるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の横まくらぎ構造。
5. 前記レールに並行して逸脱防止ガードが延設されている軌道において、前記上面保護部と前記側面保護部とを、前記逸脱防止ガードとそれに近接するレールとの間にのみ設けることを特徴とする請求項４に記載の横まくらぎ構造。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の横まくらぎ構造に使用する緩衝パッドであって、
   前記上面保護部と前記側面保護部とが一体の緩衝材によって成形されたことを特徴とする緩衝パッド。