JP2014152586A - 鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレース - Google Patents

Abstract

【課題】地震時に発生する角折れを大幅に低減するとともに、軌道に発生する変位の波長を長周期化することのできる鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースを提供する。
【解決手段】軌道長さ方向に複数の高架橋１，１を相互に間隔をおいて配置した鉄道高架橋Ａであって、隣り合う一方の高架橋１に結合され、他方の高架橋１に対して水平変位可能な支承部材１３を介して接続される連結部材１０を設けるとともに、前記隣り合う高架橋１，１同士の間に調整桁２が配置されている構成としたことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、鉄道高架橋に係り、特に、地震時の応答変位及び角折れを防止でるようにした鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースに関する。

従来、鉄道高架橋は、特許文献１に示されるように、ラーメン構造による高架橋が多く使用されている。このラーメン構造の鉄道高架橋は、地盤上に多数の場所打ち鉄筋コンクリートの橋脚を列設し、それと一体に場所打ち鉄筋コンクリートスラブを構築して軌道版が構成されている。また、このラーメン構造の鉄道高架橋においては、高架橋を列車の走行する軌道（レール）の長さ方向に所定長さ毎に区分し、その区分された高架橋間に高架橋と分離されている調整桁を配置して温度伸縮を調整することも行われている。

この調整桁を有する鉄道高架橋について、図５の平面図及び図６の側面図を用いてさらに説明すると、鉄道高架橋Ｂは、一方向の列車２０の走行する軌道Ｔ１及び他方向の列車３０の走行する軌道Ｔ２の敷設された複線用高架橋として示されている。そして、この鉄道高架橋Ｂは、軌道長さ方向、いわゆる橋軸方向に所定長さ毎に区分された多数の高架橋１と、隣接された高架橋１，１間に配置された調整桁２とを有して構成されている。各高架橋１は、地盤上に多数の場所打ち鉄筋コンクリートの橋脚３（図６参照）上に一体に場所打ち鉄筋コンクリートスラブを構築して軌道Ｔ１，Ｔ２を敷設する軌道版が形成されている。

また、上記調整桁２は、橋軸方向の両端側が高架橋１，１間にそれぞれ載置されている。そして、図示しないが、その一方の高架橋１に載置される箇所には孔が設けられているとともに、その孔には高架橋１側に配設されているピンが挿入されるように構成され、また、他方の高架橋１に載置される箇所には橋軸方向に伸びた長孔が設けられているとともに、その長孔には高架橋１側に配設されているピンが挿入されるように構成されている。したがって、調整桁２は、高架橋１側に配設されているピンが長孔内で移動して高架橋１の温度伸縮を調整することができる。

ところで、鉄道高架橋においては、地震時の応答により高架橋間、高架橋及び調整桁間に不同変位が生じ列車の走行安全性に影響を与えることが知られている。この列車の走行安全性は、軌道上に発生する局所的な角折れに伴う横圧増加、及び線路全体の長波長の成分上を車両が走行することによる生じる車体の横揺れに依存している。

特に、上記図５及び図６に示されるような調整桁２を介在させた鉄道高架橋においては、構造系が種類の異なる構造物で構成されているので、各構造物が互いに異なる固有周期で橋軸方向と直交方向に振動し、角折れが大きくなることが懸念される。図７（ａ）は、その角折れが生じたときの鉄道高架橋Ｂの平面図であり、同図（ｂ）は、その角折れの生じた箇所を丸印で示した線図である。この線図から明らかなように、高架橋１と調整桁２の接合箇所で角折れが生じていることが分かる。また、車体の横揺れに対する安全限界は、振動の周波数に依存することも知られている。

地震時の列車の脱線を防止して走行安全性を高めるには、上述の角折れや、軌道の直線性がずれる目違いの発生を防止することが重要で、このために不同変位の応答値を小さくすることが求められている。このような要求のために、例えば、特許文献２では、相対する高架橋間に鋼棒を介在させて目違いを防止する目違い防止装置が提案され、特許文献３では、高架橋及び調整桁間に鋼製ボックスを配置して角折れを防止する角折れ防止装置が提案されている。また、現在の実構造物に対しても種種の目違い防止工や角折れ防止工が施されている。

特開２００１−１１５４１５号公報 特開平１０−７２８１１号公報 特開２０１１−１７１９２号公報

しかしながら、従来の鉄道高架橋では、以下のような問題があった。
すなわち、地震時の列車の脱線を防止して走行安全性を図るために、現在の実構造物には種種の目違い防止工や角折れ防止工が施されており、また種種の防止装置が提案されているが、列車の走行安全性を高めるための技術には上限はなく、角折れをより低減して横圧増加を抑制でき、軌道に発生する変位の波長をより長周期化して車体の横揺れを低減できる鉄道高架橋が求められている。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、地震時に発生する角折れを大幅に低減するとともに、軌道に発生する変位の波長を長周期化することのできる鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースでは、軌道長さ方向に複数の高架橋を相互に間隔をおいて配置した鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースであって、前記隣り合う一方の高架橋に結合され、他方の高架橋に対して水平変位可能な支承部材を介して接続される連結部材を設けたことを特徴としている。

本発明の鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースによれば、隣り合う一方と他方の高架橋同士が水平変位可能なピン構造をなす支承部材を有する連結部材によって支持されているので、この連結部材により地震時における高架橋間の不同変位が低減され、軌道に生じる目違い及び角折れを防止することができる。

また、本発明に係る鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースでは、隣り合う高架橋同士の間には、調整桁が配置されていることが好ましい。

この場合、連結部材で調整桁を一体化して高架橋の橋軸方向の見掛け上の長さが長くなり、軌道に発生する変位の波長を長周期化させることができる。

また、本発明に係る鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースでは、連結部材は、振動特性の異なる隣り合う高架橋を選択し、その選択された高架橋間に設けられている調整桁の箇所に設けられることを特徴としている。

本発明の鉄道高架橋によれば、振動特性の異なる隣り合う高架橋間であっても、連結部材の設けられている高架橋の地震時の不同変位が低減され、また、軌道に発生する変位の波長を長周期化させることができる。

また、本発明に係る鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースでは、連結部材は、調整桁のうち所定長以下の調整桁の箇所に設けられることが好ましい。

この場合、調整桁のうち角折れ角度が大きくなり得る所定長以下の調整桁の箇所に連結部材を設けることで、その連結部材で調整桁を一体化して高架橋の橋軸方向の見掛け上の長さを長くすることが可能となり、軌道に発生する変位の波長を長周期化させることができる。

また、本発明に係る鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースでは、連結部材は、連続した高架橋を抽出し、その抽出された一連の高架橋の両端に配置された調整桁の箇所に設けられることを特徴としている。

この場合、一連の連続した高架橋とその両端に配置される調整桁とを連結部材で一体化しすることで、高架橋の橋軸方向の見掛け上の長さが長くなり、軌道に発生する変位の波長を長周期化させることができる。

本発明の鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースによれば、隣り合う一方の高架橋に結合され、他方の高架橋に対して水平変位可能な支承部材を介して連結部材を設けているので、地震時に発生する角折れを大幅に低減するとともに、軌道に発生する変位の波長を長周期化させることができるため、特に、大規模地震時の列車の脱線を防止して走行安全性を高めることができる。

本発明の一実施形態による鉄道高架橋の平面図である。 図１において調整桁を省略した状態の部分拡大図である。 図２に示すＸ−Ｘ線断面図である。 （ａ）は、鉄道高架橋に地震が発生したときの平面図、（ｂ）は、その折れ線図である。 従来の鉄道高架橋の平面図である。 従来の鉄道高架橋を橋軸直交方向から見た側面図である。 （ａ）は、従来の鉄道高架橋に地震が発生したときの平面図、（ｂ）は、その折れ線図である。

以下、本発明による鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースの実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、この実施の形態により限定されるものではなく、また、下記の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一ものも含まれる。

図１〜図３においては、上述した図５〜図７で用いた符号と同一構成要素には同一符号が用いられている。

図１に示すように、鉄道高架橋Ａは、角折れ防止機能及び目違い防止機能を有する本発明の特徴をなす連結部材１０を有しているが、この連結部材１０を説明する前に、鉄道高架橋Ａの全体構造について説明する。

鉄道高架橋Ａは、軌道Ｔ１及び軌道Ｔ２が敷設されたラーメン構造の複線用高架橋として示されている。そして、この鉄道高架橋Ａは、一方向の列車２０の走行する軌道Ｔ１及び他方向の列車３０の走行する軌道Ｔ２の敷設された複線用高架橋として示されている。そして、軌道長さ方向、いわゆる橋軸方向に所定長さ毎に区分された多数の高架橋１と、隣接された高架橋１，１間に配置された調整桁２と、を有して構成されている。

各高架橋１は、地盤上に多数の場所打ち鉄筋コンクリートの橋脚３（図３参照）上に一体に場所打ち鉄筋コンクリートスラブを構築して軌道版４を形成し、その上に載置された軌道スラブ５上に軌道Ｔ１，Ｔ２が敷設されている。なお、図示の例では、複線用高架橋として示されているが、単線用高架橋であってもよい。

調整桁２は、橋軸方向の両端側が高架橋１，１同士の間において、前記連結部材１０に一体に設けられている。なお、高架橋１及び調整桁２の橋軸方向の実際の長さは、それぞれ３０〜５０ｍ及び５〜１０ｍである。

ここで、本実施の形態の地震時角折れ低減ブレースは、隣り合う一方の高架橋１に結合され、他方の高架橋１に対して水平変位可能な支承部材１３（図２及び図３参照）を介して接続される連結部材１０を設けた構成となっている。

連結部材１０は、調整桁２の設置箇所に設けられている。図示の例では、中央部に位置する高架橋１の両側に位置する調整桁２の設置箇所にそれぞれ設けられている。図１では、連結部材１０の設置状況を明らかにするために、左側に位置する調整桁２を外した状態で示されている。高架橋１の左側に位置する連結部材１０と右側に位置する連結部材１０は対称に設けられるだけで同一構成であるから、以下、図２及び図３を用いて高架橋１の左側に位置する連結部材１０を例に説明する。

連結部材１０は、２本の棒材１１，１２と、支承部材１３とを含んで構成されている。各棒材１１，１２はＨ型鋼からなり、各棒材１１，１２の長さは同一で、かつ、一方の高架橋１の橋軸方向と直交する方向の端部から他方の高架橋１の中央部に達するように決められている（図２参照）。これら２本の棒材１１，１２は、後述の大規模地震時の応答により生じた不同変位に対して座屈耐力が十分に確保されている断面とされ、また、支承部材１３もその大規模地震に十分に耐得るものとされている。

２本の棒材１１，１２のうち、一方の棒材１１の一端部１１ａは、一方（図２、図３で紙面右側）の高架橋１の橋軸方向と直交する方向の一方の端部から張り出して設けられている支持部１４にボルト・ナット等により固定され、他方の棒材１２の一端部１２ａは、一方（図２、図３で紙面右側）の高架橋１の橋軸方向と直交する方向の他方の端部から張り出して設けられている支持部１５にボルト・ナット等により固定されている。

一端部１１ａ、１２ａ側が一方の高架橋１に固定されている２本の棒材１１，１２の他端側は接合部材１７に接続され、この接合部材１７が他方（図２、図３で紙面左側）の高架橋１の中央部の位置で溶接等により固着されている。したがって、２本の棒材１１，１２を上面から見たときには、図２に示されるように正三角形に形成されている。なお、図面では省略されているが、２本の棒材１１，１２の他端部（正三角形の頂点Ｏ側の端部）の接合部材１７と他方の高架橋１との間には、調整桁２に必要な温度伸縮用の間隔と同様の間隔が設けられている。

支承部材１３は、周知のピボット支承機構及び橋軸方向のみに移動可能なスライド機構を含んで構成されているとともに、他方の高架橋１の端面から張り出して設けられている支持部１６上に載置されている。したがって、２本の棒材１１，１２で形成される正三角形は、この正三角形の頂点Ｏを中心にして図２の矢印（Ｙ）に示されるように回転することができるとともに、図２の矢印（Ｚ）に示されるように橋軸方向に移動することができる。

上記構成からなる鉄道高架橋Ａは、大規模地震時の応答により高架橋１，１同士の間、高架橋１及び調整桁２同士の間に不同変位が生じた場合、すなわち各構成物が互いに異なる固有周期で橋軸方向と直交方向に振動し、図４（ａ）に示されるように角折れが生じるが、その角折れの屈曲点は、図４（ｂ）の線図の丸印で示される連結部材１０の支承部材１３の位置に対応した箇所のみとなり、上述した従来の図７（ｂ）の線図よりも角折れ角度が小さくなっている。つまり、隣り合う一方と他方の高架橋１，１同士が水平変位可能なピン構造をなす支承部材１３を有する連結部材１０によって支持されているので、この連結部材１０により地震時における高架橋１，１間の不同変位が低減され、軌道に生じる目違い及び角折れを防止することができる。

したがって、上記構成からなる鉄道高架橋Ａは、従来の図７（ａ），（ｂ）の場合に比べて局所的な角折れ箇所が少なくなるとともに、角折れの角度が緩くなる。したがって、横圧力を小さくでき、また、軌道の目違いの程度も軽減されるので、列車の走行安全性を高めることができる。

さらに、上記構成からなる鉄道高架橋Ａは、高架橋１の両側に連結部材１０をそれぞれ設けて両側の調整桁２，２を一体化し、高架橋１の橋軸方向の見掛け上の長さを長くすることができる。したがって、高架橋１及び調整桁２，２は、構造系を見掛け上、長スパン化して変位の波長を長周期化させることができ、車体の横揺れを低減することが可能となることから列車の走行安全性を高めることができる。

この車体の横揺れに関する安全限界について具体的数値を挙げて説明すると、車体の横揺れに関する安全限界は、１．５Ｈｚ以下の周波数に対しては限界変位１００ｍｍ以上であるのに対して、２Ｈｚ以上ではその限界変位は５０ｍｍ以下となる。これらは、例えば、列車速度２７０ｋｍ／ｈ（７５ｍ／ｓ）に対する空間周波数では、１／５０（１／ｍ）、１／３７．５（１／ｍ）となる。このことから見掛け上、長スパン化させることにより、つまり高架橋のブロック長を長く伸ばすことにより、列車の走行安全性を高められることが分かる。

上述した本実施の形態による鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースでは、隣り合う一方の高架橋に結合され、他方の高架橋に対して水平変位可能な支承部材を介して連結部材を設けているので、地震時に発生する角折れを大幅に低減するとともに、軌道に発生する変位の波長を長周期化させることができるため、特に、大規模地震時の列車の脱線を防止して走行安全性を高めることができる。

以上、本発明による鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態では、連結部材１０を調整桁２の設けられている箇所に設けたが、この調整桁２の設けられていない高架橋１，１同士の間に設けてもよい。要するに、連結部材１０は、大規模地震時の応答により高架橋１，１同士の間、高架橋１及び調整桁２同士の間、高架橋１及び図示しない橋梁、架道橋、線路橋等の構造物同士の間で不同変位が生じ易い箇所に設置される。

具体的には、連結部材１０は、振動特性の異なる隣り合う高架橋１を選択し、その選択された高架橋１，１間に設けられている調整桁２の箇所に設けることも可能である。この場合、振動特性の異なる隣り合う高架橋間であっても、連結部材の設けられている高架橋の地震時の不同変位が低減され、また、軌道に発生する変位の波長を長周期化させることができる。
又は、連結部材１０は、調整桁２のうち所定長以下の調整桁２の箇所に設けられていてもよい。この場合、調整桁のうち角折れ角度が大きくなり得る所定長以下の調整桁の箇所に連結部材を設けることで、その連結部材で調整桁を一体化して高架橋の橋軸方向の見掛け上の長さが長くなり、軌道に発生する変位の波長を長周期化させることができる。
あるいは、連結部材１０は、連続した高架橋１，１を抽出し、その抽出された一連の高架橋１，１の両端に配置された調整桁２の箇所に設けることも可能である。この場合には、一連の連続した高架橋とその両端に配置される調整桁とを連結部材で一体化しすることで、高架橋の橋軸方向の見掛け上の長さが長くなり、軌道に発生する変位の波長を長周期化させることができる。

また、支承部材１３として、本実施の形態のようにピボット支承機構であることに限定されず、他の支承機構を採用することも可能である。例えば、ピン支承、高力黄銅支承板支承、密閉ゴム支承板支承、線支承、高硬度ローラー支承、モノレール用支承などの支承構造を適用することができ、あるいはこれらの支承構造の組み合わせであってもかまわない。要は、水平変位可能な支承構造であれば良いのであって、さらに好ましくは橋軸方向に移動可能であれば良いのである。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

Ａ 鉄道高架橋
Ｔ１，Ｔ２ 軌道
１ 高架橋
２ 調整桁
３ 橋脚
４ 軌道版
５ 軌道スラブ
１０ 連結部材
１１，１２ 棒材
１３ 支承部材
１４，１５，１６ 支持部
２０，３０ 列車

Claims (5)

1. 軌道長さ方向に複数の高架橋を相互に間隔をおいて配置した鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレースであって、
   前記隣り合う一方の高架橋に結合され、他方の高架橋に対して水平変位可能な支承部材を介して接続される連結部材を設けたことを特徴とする鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレース。
2. 前記隣り合う高架橋同士の間には、調整桁が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレース。
3. 前記連結部材は、振動特性の異なる隣り合う高架橋を選択し、その選択された高架橋同士の間に設けられている調整桁の箇所に設けられることを特徴とする請求項２に記載の鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレース。
4. 前記連結部材は、前記調整桁のうち所定長以下の調整桁の箇所に設けられることを特徴とする請求項２に記載の鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレース。
5. 前記連結部材は、連続した高架橋を抽出し、その抽出された一連の高架橋の両端に配置された調整桁の箇所に設けられることを特徴とする請求項２に記載の鉄道高架橋の地震時角折れ低減ブレース。

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