JP4005847B2

JP4005847B2 - 鋼桁橋の遮音工

Info

Publication number: JP4005847B2
Application number: JP2002151275A
Authority: JP
Inventors: 寿一佐藤; 重亮小野
Original assignee: East Japan Railway Co
Current assignee: East Japan Railway Co
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: JP2003342912A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道等の鋼桁橋（鋼構造の桁橋）の遮音工に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道の鋼桁橋の遮音工として、一般的には鋼桁橋の下面や側方に遮音板を張り付ける構造をとっている。具体的には、鋼桁に取り付けたブラケットや支柱に、鋼桁に発生している振動が伝わらないように防振ゴムを介して枠材を取り付け、その枠材に普通鋼板、石綿セメント板、制振鋼板、制振石綿セメント板などの遮音板をボルトで固定する構造をとっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の遮音工には次のような問題があった。
（１）遮音板材料に普通鋼板や制振鋼板を用いた場合は、耐候性防錆処理が必要であり、コスト高になっていた。
（２）遮音板材料に制振鋼板を用いた場合は、制振鋼板がゴムを鋼板と鋼板でサンドイッチした特殊な構造を有するために、コスト高になっていた。
（３）遮音板材料に石綿セメント板や制振石綿セメント板を用いた場合は、アスベストの問題が生じるので、いずれも広く使用しづらい問題があった。
（４）従来使用されている遮音板材料は一般的にコインシデンス周波数が低いものであり、音響透過損失はコインシデンス周波数を中心として低下する現象が見られる。従って、従来の遮音板材料の場合、音響透過損失が低下する周波数領域が、鉄桁騒音の周波数領域に重なりやすい。そこでそれを避けるために、より音響透過損失が大きい材料（面密度大の材料）を使用とすると、必然的に材料の重量が増大し、施工コスト増となっていた。
（５）鉄桁に伝達してきた振動が支柱やブラケットを通して遮音板に伝わり、遮音板から固体伝搬音となって外部に放射されるのを防止するため、防振ゴムを間に介在させているが、そのために部品増となってしまい、現場工事が複雑化して施工コスト増になったり、メンテナンスの面倒さが増加したりしていた。
【０００４】
本発明は、上記事情を考慮し、鉄道等の鋼桁橋の下面や側面から放射される騒音（空気伝搬音＋固体伝搬音）を簡素な構造で効果的に低減することができ、従来工法が抱える重量、施工性、メンテナンス性、コストなどの諸問題を解決することのできる鋼桁橋の遮音工を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋼桁橋の下面または側面を、鋼桁橋に支持をとって取り付けた遮音板で覆った鋼桁橋の遮音工において、予め、遮音すべき騒音の主たる周波数帯域ｆ（Ｈｚ）、所望する音響透過損失Ｒ（ｄＢ）、所望するコインシデンス周波数ｆｃ（Ｈｚ）を定めて、これらの値を、次式
【数２】

に代入することで求められる曲げ剛性Ｂ（Ｎ・ｍ）を持つシートを、前記遮音板として使用したことを特徴とする。
【０００６】
また、前記鋼桁橋の遮音工において、前記鋼桁橋を構成するＩ形断面の鋼桁材の下端フランジに、後付けブラケットを介して支持フレームを吊り下げ支持し、前記シートを枠体に張り付けることで構成した遮音パネルを、前記支持フレームに取り付けたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態の遮音工では、鋼桁橋の下面あるいは側面に張り付ける遮音板として、従来の剛性大で重量大の鋼板等と違って、軽量で柔軟性を有したシートを使用することにしている。シートの材料としては、ゴム、軟質プラスチック（塩化ビニール、ポリエステル、四フッ化エチレン樹脂等）、ガラス繊維、あるいは、これらの複合材料などを挙げることができる。その選択のための条件について以下に述べる。
【０００８】
一般的に材料の内部ロスは損失係数ηによって表され、従来遮音材料として使用されている石綿セメント板の損失係数はη＝０．０１程度であるが、本実施形態では、η＞０．２となる大きな損失係数を有するシート材料を用い、多質点系として振動しないようにする。柔軟性を有するシートの損失係数は温度によって変化するが、通常屋外に設置されるこの種の遮音板の温度条件は−１０℃〜５０℃の範囲であるから、その条件内で上記の損失係数が得られる材料を選定する。
【０００９】
また、シート材料として、コインシデンス周波数ｆｃが高く音響放射効率の低い材料を使用する。鋼桁橋騒音の主たる周波数成分は２５０Ｈｚ〜４ｋＨｚと言われている。従来の遮音板材料として使用されている石綿セメント板のコインシデンス周波数ｆｃは２００Ｈｚ以下の低周波域にあり、ｆｃを中心とする音響透過損失の低下する範囲と鋼桁橋騒音の主たる周波数とが一致してしまい、その結果、遮音性能が低下していた。また、コインシデンス周波数ｆｃ以上の周波数に対しては、遮音材料に鋼桁橋からの屈曲振動が伝わったときに固体音を放射しやすくなる問題があった。そこで、本実施形態においては、コインシデンス周波数ｆｃ＞４ｋＨｚとなる材料を選択することで、遮音材料の遮音性能が十分に得られるようにし、且つ固体音の放射を抑制して遮音効果が得られるようにした。
【００１０】
因みに材料のコインシデンス周波数ｆｃは次式（１）で表される。
【００１１】
【数３】

【００１２】
その（１）式の中の曲げ剛性Ｂ（Ｎ・ｍ）は温度に依存するため、温度条件が必要となる。通常屋外に設置されるこの種の遮音板の使用温度条件は−１０〜５０℃の範囲であり、この範囲において上記コインシデンス周波数ｆｃ＞４ｋＨｚが得られる材料を選択する。コインシデンス周波数を大きくするには、材料の面密度Ｍを大きくすることが有効であるが、材料の面密度Ｍを大きくすると、遮音板の重量が大きくなってしまう。そこで、その代わりに、分母の曲げ剛性Ｂを小さくすることで、コインシデンス周波数ｆｃを増大させることにしている。
【００１３】
一方、材料の遮音性能は音響透過損失Ｒで表される。音響透過損失Ｒは実用的には次式（２）で表され、遮音性能の要求の大きさによって決められる。
【００１４】
【数４】

【００１５】
この式（２）と式（１）とから面密度Ｍを消去して曲げ剛性Ｂを求める式を導くと、次式（３）が得られる。
【００１６】
【数５】

【００１７】
そこで、この（３）式に、遮音すべき騒音の主たる周波数帯域ｆ（２５０Ｈｚ〜４ｋＨｚ）と、所望する音響透過損失Ｒ（＞１０ｄＢ）と、所望するコインシデンス周波数ｆｃ（＞４ｋＨｚ）とを定めて、これらの値を代入することで、必要な曲げ剛性Ｂを求める。つまり、本実施形態では、２５０Ｈｚ〜４ｋＨｚの周波数域でＲ＞１０ｄＢの音響透過損失を有する材料を選択することで、従来と同程度の騒音低減効果を得られるようにしている。そして、その式（３）で求めた曲げ剛性Ｂを満たすようなシート材料を選択して、次式（４）に代入することにより、必要な厚さｔのシートを決めることができる。
【００１８】
【数６】

【００１９】
このように選択したシート材を遮音板として使用することにより、次の効果が得られる。
（１）これらのシート材は、錆の心配が全くなく、耐候性に優れるから、防錆処理の必要がなく、施工コストを軽減することができる。また、アスベストを含まないので環境汚染の問題もない。
（２）これらのシート材は、コインシデンス周波数が高いため、鉄桁騒音の周波数帯域での遮音性の低下（透過損失の低下）が発生しにくく、本来シートが有する空気伝搬音に対する遮音性能を発揮できる。
（３）これらのシート材は、振動の内部ロスが大きいため、それ自身が１次の固有振動数が３０Ｈｚ以下になる１質点系に近い挙動を示し、鉄桁の振動の問題周波数２５０Ｈｚ〜４ＫＨｚに対して振動絶縁性能を発揮する。従って、防振ゴムで振動絶縁する必要がなく、施工性及びメンテナンス性の向上が図れる。
（４）仮にこれらのシート材で構成した遮音板に振動が伝播したとしても、材料のコインシデンス周波数が高いために固体音を発生しにくい。従って、振動絶縁のための防振ゴムが不要であり、取付構造のシンプル化が図れる。
【００２０】
上記のような柔軟なシートを遮音板として使用した場合と、従来のように大きな剛性を有する鋼板を遮音板として使用した場合の遮音特性の違いを比較する実験を行ってみたところ、図８及び図９に示すような結果が得られた。図８は柔軟性を有したシートの遮音性能を示す図、図９は普通鋼板の遮音性能を示す図である。実験の場所は在来線鋼鉄道橋梁であり、下面遮音工として、柔軟性のあるシートを張り付けた場合と普通鋼板を張り付けた場合について、遮音板の内外の減音量（ｄＢ）を測定した。音量は遮音板の内外に設けたマイクロフォンで測定した。横軸に発生音の周波数成分、縦軸に減音量をとって示してある。
【００２１】
ここで用いたシートは厚さ３ミリ（面重量：３ｋｇ／ｍ²）のもので、枠材に防振ゴムなしで取り付けられているが、減音性能は、本来このシートが有する空気伝搬音に対する遮音性能（音響透過損失）に近いレベルとなっており、固体伝搬音の発生がよく抑制されていることがわかる。
【００２２】
一方、このシートの代わりに、厚さ３．２ミリの普通鋼板（面重量：約２４ｋｇ／ｍ²）を取り付けてみると、図９に示すように、面重量が倍大きいにも拘わらず、本来有する音性能が発揮されておらず、柔軟性を有するシートと比較して、その減音性能は同等以下のレベルとなっており、固体伝搬音の発生が大きいのがわかる。
【００２３】
この結果から、普通鋼板のように硬い遮音板は、鉄桁のように振動の激しいところで使うには、防振ゴムで振動絶縁を図る必要があるが、柔軟性を有したシートのように、柔らかく内部ロスの大きい遮音材を使えば、防振ゴムを使わない、簡素で、軽量、且つ減音性能に優れた遮音工が実現できることが分かる。
【００２４】
上記の柔軟性を持ったシートを遮音板として使用する場合には、その施工性の向上と低コスト化を図るために、シートを１ｍ×１ｍ程度の大きさのパネルにして取り付けるのが望ましい。パネルの枠材には、塗装した鉄枠、アルミ枠、ステンレス枠などをコストや耐久性を考慮して用いることができる。例えば、１ｍ×１ｍの遮音パネルを作った場合、従来の普通鋼板で作った場合は約２４ｋｇの重量となるが、柔軟シートで作った場合は約４ｋｇの重量となる。従って、運搬、据付などの現場工事を容易にし、従来工法に比べてコストを低減できることになる。また、このように柔軟シートをパネル化することで、シートを適切なテンションで張ることができるようになるため、遮音性の向上にも寄与する。
【００２５】
次に、パネル化した遮音板の鋼桁橋に対する据付工事例について説明する。
図１は下面遮音工の平面図である。図において、１はレール、２はレール１に沿って延びる縦桁、１１は縦桁２に直交するよう配された横桁であり、この横桁１１に支持をとって、遮音パネル（本図には図示略）を設置するための支持フレーム（パネル受け部材）２０が取り付けられている。即ち、横桁１１にはブラケット１３が後付けされ、そのブラケット１３に胴縁１７が取り付けられ、その胴縁１７に支持フレーム２０が取り付けられ、その支持フレーム２０に遮音パネルが取り付けられている。本例では、遮音パネルを張り付けるための鋼桁橋の下面が平行四辺形をなしており、主要部分は四角形の遮音パネルを張り付け、残る端部に三角の遮音パネルを張り付けることで、鋼桁橋の下面全面を覆うようにしている。
【００２６】
図２（ａ）は図１のａ−ａ矢視断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ部の拡大図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図、図４は図２（ａ）のＩＶ部拡大図、図５は図３のＶ部の拡大図である。図２（ａ）において、１１はＩ形断面の横桁（鋼桁材）を示している。遮音パネル３０を鋼桁橋の下面に取り付けるには、まず、図４に示すように既存の横桁１１の下端フランジ１１ａに対して、一対のブラケット１３を、下端フランジ１１ａ部分を抱くようにして取り付ける。
【００２７】
ブラケット１３は、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、一枚の金属板をＵ字状に折り曲げることで形成した背面板１３ａと両側面板１３ｂとを有している。背面板１３ａにはボルト通し孔１３ｄが開けられ、側面板１３ｂにはボルト通し孔１３ｇと、係合溝１３ｃが設けられている。係合溝１３ｃは、側面板１３ｂの前端縁から背面板１３ａ方向に向かって途中まで形成されており、側面板１３ｂは係合溝１３ｃの上側の部分が、係合溝１３ｃの下側の部分よりも幅狭になっている。両側面板１３ｂの下端前部間には底面板１３ｅが溶接により取り付けられている。この底面板１３ｅは、側面板１３ｂの前端縁より長く前方に延び出してその前端が上向きに起立しており、その上向きに起立した壁が、相手側のブラケット１３の同じ部分に対する突き合わせ壁１３ｆとなっている。
【００２８】
このような構成のブラケット１３を横桁１１の下端フランジ１１ａに取り付けるには、図４に示すように、左右から各係合溝１３ｃをフランジ１１ａの端部に嵌合しながら、一対のブラケット１３を互いに向かい合わせにセットし、対面する両ブラケット１３のボルト通し孔１３ｂに通しボルト１５を貫通させる。そして、ボルト１５の端部にナット１６を螺合し、突き合わせ壁１３ｆ同士を突き合わせつつ、ナット１６を締め付けることで、横桁１１の下端にブラケット１３を簡単・確実に取り付けることができる。
【００２９】
次いで、このように横桁１１にブラケット１３を取り付けたら、図５に示すように、そのブラケット１３の側面板１３ｂに胴縁１７をボルト・ナット１８で取り付ける。胴縁１７はアングル材よりなり、一方の辺部１７ａにてブラケット１３の側面板１３ｂに取り付ける。そして、他方の辺部１７ｂの下面に支持フレーム（パネル受け部材）２０をボルト・ナット１９で取り付ける。
【００３０】
支持フレーム２０は、図２（ｂ）に示すように、ハット形断面をなす鋼材よりなるもので、中央の取付フランジ２０ａと、その両端より垂直に下がる両側板２０ｂと、各側板２０ｂの下端から外側方に折れ曲がる受けフランジ２０ｃとを有し、中央のフランジ２０ａで胴縁１７の下面にボルト止めされることにより吊り下げ支持されている。そして、これら支持フレーム２０の受けフランジ２０ｃ上に、図６に示すように、シート３２を枠体３１に張り付けることで構成した遮音パネル３０を載せて、ボルト・ナット３５で固定することにより、遮音工が完成する。なお、ここで使用するシート３２は、先に述べた条件で選択したゴムや軟質プラスチック等の柔軟なシートである。
【００３１】
このように、横桁１１の下端フランジ１１ａに抱き合わせるように取り付けたブラケット１３に対して、胴縁１７、支持フレーム２０を介して遮音パネル３０を取り付けることができるので、後付け施工性が良好である。また、遮音パネル３０を防振ゴムを使用せずに直接支持フレーム２０上に取り付けることができるので、施工性及びメンテナンス性が良好である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定の遮音性能を維持するために必要な遮音材の曲げ剛性を特定し、その曲げ剛性を基準にして、遮音板として使用するシートを選択するようにしたから、ゴム等の柔軟なシートを遮音板として採用することができ、軽量化を図りながら、所定の遮音性能を発揮し得る遮音工を得ることができる。従って、施工性及びメンテナンス性の向上とコストの低減が図れる。
【００３３】
また、鋼桁橋を構成するＩ形断面の鋼桁材の下端フランジに、後付けブラケットを介して支持フレームを吊り下げ支持し、前記シートを枠体に張り付けることで構成した遮音パネルを支持フレームに取り付けたので、後付けによる良好な施工性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の遮音工の平面図である。
【図２】（ａ）は図１のａ−ａ矢視断面図、（ｂ）は図（ａ）のＩＩｂ部の拡大図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】図２（ａ）のＩＶ部拡大図である。
【図５】図３のＶ部の拡大図である。
【図６】本実施形態で使用する遮音パネルの例を示す平面図である。
【図７】本実施形態で使用するブラケットの構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は正面図である。
【図８】本発明で使用する柔軟シートによる遮音性の実験結果を示す特性図である。
【図９】比較例として、従来の普通鋼板による遮音性の実験結果を示す特性図である。
【符号の説明】
１１…横桁（鋼桁材）
１３…ブラケット
２０…支持フレーム
３０…遮音パネル
３１…枠体
３２…シート（遮音板）

Claims

鋼桁橋の下面または側面を、鋼桁橋に支持をとって取り付けた遮音板で覆った鋼桁橋の遮音工において、
予め、遮音すべき騒音の主たる周波数帯域ｆ（Hz）、所望する音響透過損失Ｒ（dB）、所望するコインシデンス周波数ｆｃ（Hz）を定めて、これらの値を、次式

に代入することで求められる曲げ剛性B（Ｎ/ｍ）を持つシートを、前記遮音板として使用し、
前記鋼桁橋を構成するＩ形断面の鋼桁材の下端フランジに、後付けブラケットを介して支持フレームを吊り下げ支持し、前記シートを枠体に貼り付けることで構成した遮音パネルを、前記支持フレームに取り付けてなり、
前記後付けブラケットは、前記下端フランジを挟んで向かい合わせにセットされて一体に連結される対をなし、対をなすそれぞれの後付けブラケットは、前記下端フランジが幅方向外方から内方へ向かって挿入される溝を有し、前記下端フランジの幅方向に向けて設けられたボルトによって、前記フランジを前記溝に挿入する方向に締め付けられて固定されたことを特徴とする鋼桁橋の遮音工。