JP7163255B2

JP7163255B2 - 線条破断被害の対策方法

Info

Publication number: JP7163255B2
Application number: JP2019151165A
Authority: JP
Inventors: 瑞樹常本; 政利清水; 高雅早坂; 広歩薄
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2022-10-31
Anticipated expiration: 2039-08-21
Also published as: JP2021035114A

Description

特許法第３０条第３項適用令和１年に自社ウェブサイトで発表

本発明は、高架橋上を列車が通過した際に、電柱振動による線条及びその支持金具の被害発生を有効に防止することが可能な線条破断被害の対策方法に関する。

送電設備では、架空電車線を雷から保護するためにグラウンドワイヤ (Ground Wire：ＧＷ) と呼ばれる架空地線が設置されている。
この架空地線ＧＷは、非特許文献１に示されるような絶縁体となる磁器製の碍子１０を介して、電柱１１の上部に位置する腕金１２に吊下されている（図７参照）。
なお、この図において、符号ＡＦはＡＴき電線（Auto-transformer Feeder）、符号ＰＷはＡＴ（Auto Transformer）保護線、符号Ｍはちょう架線、符号Ｔはトロリ線、符号ＲＬは線路をそれぞれ示している。

ところで、高架橋を列車が通過する際には、車両の輪重からの入力振動により高架橋／電柱で共振現象が発生するという事象が生じ、このような共振現象の発生箇所において、架空地線や、ＡＴ保護線とその支持金具に破損被害が生じるという問題がある。

そして、このような電柱振動に対する対策としては、例えば特許文献１に示される柱状構造体の制振装置が知られている。
この柱状構造体の制振装置は、柱状構造体となる電柱上に間隔をおいて取り付けられる下部バンド部材及び上部バンド部材と、これらバンド部材のいずれか一方に接続される平板状のセンタープレートと、これらバンド部材のいずれか他方に接続されるサイドプレートと、これらサイドプレート及びセンタープレートとの間に接着される粘弾性体とを具備する。
そして、このような柱状構造体の制振装置では、粘弾性体の変形による振動エネルギーの吸収により、センタープレート及びサイドプレートの面方向に沿った柱状構造体の振動変形を抑制することができる。

特開２０１５－１５５５９３号公報

社団法人日本鉄道電気技術協会：電気工作物（新幹線電車路線）設計施工標準，２００５年１０月，２３８-１頁

上述した特許文献１に示される技術では、粘弾性体の変形により柱状構造体となる電柱の振動変形を抑制することができる。
しかしながら、現状では、電柱振動の振幅に応じた細かい対策についての研究は進んでおらず、この点において新たな技術の提供が期待されていた。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、電柱の振動振幅の測定値に応じて、電柱振動対策の組み合わせを変更することで、架空地線、ＡＴ保護線を含む線条とその支持金具に破損被害が生じることを未然に防止可能な線条破断被害の対策方法を提供する。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明に示す線条破断被害の対策方法では、高架線上にて線条を支持する電柱の振動振幅を測定する測定段階と、該測定段階で測定された電柱の振動振幅が、段階的に大きさが設定された第１振幅基準値、第２振幅基準値、第３振幅基準値を超えたか否かに基づき複数の対応策を提示する対策段階と、を具備する。
そして、前記対策段階では、最も小さい値に設定された第１振幅基準値と、該第１振幅基準値よりも大きい第２振幅基準値との間に前記電柱の振動振幅の測定値がある場合に、当該電柱を強化する『電柱対策』又は金具の摩滅を管理する『摩滅管理』を実施する指示を出し、また、前記第２振幅基準値と該第２振幅基準値よりも大きい第３振幅基準値との間に前記電柱の振動振幅の測定値がある場合に、当該電柱を強化する『電柱対策』又は線条の取付金具に追加される『金具対策』とともに、金具の摩滅を管理する『摩滅管理』を実施する指示を出し、また、前記電柱の振動振幅の測定値が前記第３振幅基準値を超えた場合に、当該電柱を強化する『電柱対策』、線条の取付金具に追加される『金具対策』及び金具の摩滅を管理する『摩滅管理』を全て実施する指示を出すことを特徴とする。

本発明によれば、電柱の振動振幅の大きさに基づき最適な対策の組み合わせを取得することができ、架空地線、ＡＴ保護線を含む線条とその支持金具に破損被害が生じることを未然に防止することができる。

分析対象となる高架橋及び電柱を含む連成振動解析モデルの説明図である。ＡＴ保護線（ＰＷ）を支持する電柱天端位置の振動振幅値（Ａ）と、これにより生じる線条ひずみの大きさ（Ｈ）との関係を示す図である。架空地線（ＧＷ）を支持する電柱天端位置の振動振幅値（Ａ）と、これにより生じる線条ひずみの大きさ（Ｈ）との関係を示す図である。き電線（ＡＦ）を支持する電柱天端位置の振動振幅値（Ａ）と、これにより生じる線条ひずみの大きさ（Ｈ）との関係を示す図である。電柱の振動振幅に応じた対策要否判定を示すフローチャートである。『金具対策』として碍子に取り付けられた連結金具を示す図である。線条の配置を示す概略図である。

本発明の実施形態に係る線条破断被害の対策方法について図１～図６を参照して説明する。
この実施形態に係る線条破断被害の対策方法は「測定段階」と「対策段階」とからなるものであって、各段階について以下に説明する。

《測定段階》
桁式高架橋などにおいて、列車通過時の高架橋の桁振動により架線線条が疲労破断する事象が生じることから、本実施形態においては、まず、電車線路設備の損傷の発生条件に基づき、高架橋の桁たわみ量と高架橋上の電柱の振動振幅値（Ａ）との関係を示す連成振動解析モデルを作成することとした。
この連成振動解析モデルは、図１に示されるように、高架橋１と電柱１１とを連結させた状態で、高架橋１の長さ方向に沿う橋軸方向（矢印ｘ方向）、高架橋１の幅方向に沿う橋直方向（矢印ｙ方向）及び電柱１１に沿う鉛直方向（矢印ｚ方向）に振動を与えた場合における応答変位の解析値を示すものであって、応答変位の解析値が、営業線における実測値と概ね一致する設定がなされている。

ここでは、線条を加振試験器で振動させ、その応答変位をレインフロー法（ＲＦ）により解析するようにした。その結果、線条ひずみの大きさ（Ｈ）が、ＡＴ保護線ではおよそ「２００×１０^－６」以下、架空地線ではおよそ「１０００×１０^－６」以下であれば、線条の疲労破断が生じないことを確認した。
図１にて符号２で示すものは高架橋１を形成する剛な梁要素、符号３で示すものは桁はり要素、符号Lで示すものは列車走行ラインである。

《対策段階》
さらに、本実施形態では、線条加振試験の測定値と線条ひずみ計算モデルの計算値とを比較することにより、各線条（ＡＴ保護線（ＰＷ）、架空地線（ＧＷ）、き電線（ＡＦ））を支持する電柱１１の天端位置において、図２～図４に示されるような、電柱の振動振幅値（Ａ）と、これにより生じる線条ひずみの大きさ（Ｈ）との相関関係をそれぞれ求めるようにした。
その結果、電柱の振動振幅値（Ａ）と線条ひずみの大きさ（Ｈ）を実験的に把握した線条加振試験の値が、電柱の振動振幅値（Ａ）と線条ひずみの大きさ（Ｈ）とを計算式により算出した線条ひずみ計算モデルの傾向によく一致することを確認した。

具体的には、図２には、ＡＴ保護線（ＰＷ）を支持した場合における電柱天端位置の振動振幅値（Ａ）と、これにより生じる線条ひずみの大きさ（Ｈ）との関係が示されている。
図３には、架空地線（ＧＷ）を支持した場合における電柱天端位置の振動振幅値（Ａ）と、これにより生じる線条ひずみの大きさ（Ｈ）との関係が示されている。
図４には、き電線（ＡＦ）を支持した場合における電柱天端位置の振動振幅値（Ａ）と、これにより生じる線条ひずみの大きさ（Ｈ）との関係が示されている。
そして、本実施形態では、上記線条の中で最も、振動振幅値（Ａ）に対するひずみが大きいＡＴ保護線（ＰＷ）を代表例として、線条ひずみの大きさ（Ｈ）が、予め定めたおよそ「５０×１０^－６」、「１００×１０^－６」、「３００×１０^－６」等の判定基準（図２に符号Ｈ１～Ｈ３で示す）に到達したか否かを示す振幅基準値（Ａ１～Ａ３）に基づき、各種の振動対策を提示するようにした。

より具体的には、本例の「対策段階」では、まず、線条ひずみの大きさ（Ｈ１～Ｈ３）に対応した２０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍという３つの振幅基準値（Ａ１～Ａ３）を予め定めた上で、電柱天端で測定した電柱の振動振幅値（Ａ）が、金具の摩滅管理が不要な２０ｍｍ（第１振幅基準値Ａ１）以下の場合に対策不要とするとともに、２０ｍｍ（第１振幅基準値Ａ１）、５０ｍｍ（第２振幅基準値Ａ２）、１００ｍｍ（第３振幅基準値Ａ３）をそれぞれ超えたか否かにより、該振動振幅値（Ａ）に応じた各種対策（後述する）を提示するようにした。

なお、線条ひずみの大きさ（Ｈ）を「５０×１０^－６」、「１００×１０^－６」、「３００×１０^－６」とする判定基準（Ｈ１～Ｈ３）は適宜設定可能なものであって、線条の疲労破断が生じない値（ＡＴ保護線ではおよそ「２００×１０^－６」以下、架空地線ではおよそ「１０００×１０^－６」）以下であれば、任意の数値を選択しても良い。

そして、このような電柱の振動振幅に応じて対策要否判定について具体的にまとめたのが図５のフローチャートとなる。
図５に示すフローチャートについて以下、ステップ（Ｓ）毎に説明する。

〔ステップＳ１〕
まず、振動振幅を測定する高架線上の電柱を選択する。

〔ステップＳ２〕
ステップＳ１で選択した電柱の天端に振動計を設置して、高架橋を列車が通過した際の振動振幅値（Ａ）を測定する。

〔ステップＳ３～Ｓ５〕
ステップＳ２で測定した高架橋を列車が通過した際の振動振幅値（Ａ）が、金具摩滅管理の必要な２０ｍｍを超えるか否かを判断し（ステップＳ３）、ＮＯの場合に振動対策が不要である（ステップＳ４）として、本フローチャートを終了する。
また、ステップＳ３にて、ステップＳ２で測定した振動振幅値（Ａ）が金具摩滅管理の必要な２０ｍｍを超えるＹＥＳの場合（ステップＳ５）で、かつその振動振幅値（Ａ）が２０～５０ｍｍの範囲内にある場合にはステップＳ６に進み、５０～１００ｍｍの範囲内にある場合にはステップＳ７に進み、１００ｍｍを超える場合にはステップＳ８に進む。
すなわち、電柱全振幅が２０ｍｍを超える場合は、振幅値に応じて各種の対策を実施する。対策の目的は、線条疲労破断を防止することと、金具の損傷防止や摩滅抑制をすることにある。

〔ステップＳ６〕
ステップＳ２で測定した振動振幅値（Ａ）が、２０ｍｍ（第１振幅基準値Ａ１）～５０ｍｍ（第２振幅基準値Ａ２）の範囲内にある場合には、電柱を強化する『電柱対策』又は金具の摩滅を管理する『摩滅管理』を実施する指示を出す。

ここで示す『電柱対策』として、電柱を支える支線を新設する又は支線の強度の変更を含む支線対策、電柱の振動を抑制する振動抑制部材を設けることを含む抑制対策等を提示することを含む。

〔ステップＳ７〕
ステップＳ２で測定した振動振幅値（Ａ）が、５０ｍｍ（第２振幅基準値Ａ２）～１００ｍｍ（第３振幅基準値Ａ３）の範囲内にある場合には、当該電柱を強化する『電柱対策』又は線条の取付金具に追加される線条ひずみ低減用の『金具対策』とともに、金具の摩滅を管理する『摩滅管理』を実施する指示を出す。
ここで示す『金具対策』としては、図６に示されるような、電柱１１の腕金１２に支持されかつ線条（架空地線ＧＷ、ＡＴ保護線など）を吊下する碍子１０の下部位置に、線条の揺れによる碍子１０の回転を制限しない線条ひずみ低減用の連結金具２０を設けること、が含まれる。
この連結金具２０は、碍子１０の下部位置にて線条を把持する架線取付金具２１の周囲に取り付けられる。
また、『金具対策』として、線条の外層に剛性の高いラインガードを巻き付けることで該線条の剛性を増加させることが含まれる。

〔ステップＳ８〕
ステップＳ２で測定した振動振幅値（Ａ）が、１００ｍｍ（第３振幅基準値Ａ３）を超える場合には、当該電柱を強化する『電柱対策』、線条の取付金具に追加される線条ひずみ低減用の『金具対策』及び金具の摩滅を管理する『摩滅管理』を全て実施する指示を出す。
そして、以上のようなステップＳ４～Ｓ８を経た後は、本フローチャートを終了する。

以上詳細に説明した線条破断被害の対策方法によれば、「対策段階」において、高架橋１上にて線条（ＡＴ保護線（ＰＷ）、架空地線（ＧＷ）、き電線（ＡＦ））を支持する電柱１１の振動振幅値（Ａ）が、段階的に大きさが設定された第１振幅基準値Ａ１（２０ｍｍ）、第２振幅基準値Ａ２（５０ｍｍ）、第３振幅基準値Ａ３（１００ｍｍ）を超えたか否かに基づき複数の対応策を提示するようにした。

具体的には、「対策段階」にて、最も小さい値に設定された第１振幅基準値Ａ１と、該第１振幅基準値Ａ１よりも大きい第２振幅基準値Ａ２との間に電柱１１の振動振幅値（Ａ）がある場合に、当該電柱１１の支持を強化する『電柱対策』又は金具の摩滅を管理する『摩滅管理』を実施する指示を出すようにした。
また、この「対策段階」では、第２振幅基準値Ａ２と該第２振幅基準値Ａ２よりも大きい第３振幅基準値Ａ３との間に振動振幅値（Ａ）がある場合に、当該電柱１１の支持を強化する『電柱対策』又は線条の取付金具に追加される線条ひずみ低減用の『金具対策』とともに、金具の摩滅を管理する『摩滅管理』を実施する指示を出すようにした。
さらにこの「対策段階」では、振動振幅値（Ａ）が第３振幅基準値Ａ３を超えた場合に、当該電柱１１の支持を強化する『電柱対策』、線条の取付金具に追加される線条ひずみ低減用の『金具対策』及び金具の摩滅を管理する『摩滅管理』を全て実施する指示を出すようにした。

そして、上記線条破断被害の対策方法では、『電柱対策』、『摩滅管理』によって電柱振幅を碍子の回転が制限されない範囲内（本例では、５０ｍｍ以内とする）にできない場合に、『金具対策』を実施するようにした。
すなわち、上記線条破断被害の対策方法では、線条疲労破断や金具摩滅の原因となる『電柱対策』、『摩滅管理』を優先して実施し、その後、線条ひずみ低減用の『金具対策』を追加して行うことで、線条ひずみを現状の半分以下に低減できると考えられる。
そして、以上のように示される線条破断被害の対策方法では、振動振幅値（Ａ）の大きさに基づき最適な対策の組み合わせを取得することができ、ＡＴ保護線（ＰＷ）、架空地線（ＧＷ）などの線条とその支持金具に破損被害が生じることを未然に防止することが可能となる。

なお、上記実施形態では、電柱の振動振幅値（Ａ）と比較される第１振幅基準値、第２振幅基準値、第３振幅基準値を、２０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍに設定したが、これらは一例であって適宜、設定変更が可能である。
また、電柱の振動振幅値（Ａ）と比較される第１振幅基準値、第２振幅基準値、第３振幅基準値は、電柱の高さや、隣接する電柱の径間長にかかわらない値として使用可能である。
また、「対策段階」では、第３振幅基準値よりも大きい第４振幅基準値以降の基準値を順次設定し、該第４振幅基準値以降の基準値に応じた種々の電柱振動の対応策を提示しても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１高架橋
１０碍子
１１電柱
２０連結金具
Ａ振動振幅値
Ａ１第１振幅基準値
Ａ２第２振幅基準値
Ａ３第３振幅基準値

Claims

高架線上にて線条を支持する電柱の振動振幅を測定する測定段階と、
該測定段階で測定された電柱の振動振幅が、段階的に大きさが設定された第１振幅基準値、第２振幅基準値、第３振幅基準値を超えたか否かに基づき複数の対応策を提示する対策段階と、を具備し、
前記対策段階では、
最も小さい値に設定された第１振幅基準値と、該第１振幅基準値よりも大きい第２振幅基準値との間に前記電柱の振動振幅の測定値がある場合に、当該電柱を強化する電柱対策又は金具の摩滅管理を実施する指示を出し、
前記第２振幅基準値と該第２振幅基準値よりも大きい第３振幅基準値との間に前記電柱の振動振幅の測定値がある場合に、当該電柱を強化する電柱対策又は線条の取付金具に追加される金具対策とともに、金具の摩滅管理を実施する指示を出し、
前記電柱の振動振幅の測定値が前記第３振幅基準値を超えた場合に、当該電柱を強化する電柱対策、線条の取付金具に追加される金具対策及び金具の摩滅管理を全て実施する指示を出すことを特徴とする線条破断被害の対策方法。
前記対策段階では、電柱の振動振幅の測定値が第１振幅基準値に満たない場合に、対応策が不要との指示を出すことを特徴とする請求項１に記載の線条破断被害の対策方法。
前記対策段階では、前記第３振幅基準値よりも大きい第４振幅基準値以降の基準値を順次設定し、該第４振幅基準値以降の基準値に応じた電柱振動の対応策を提示することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の線条破断被害の対策方法。
前記電柱対策として、電柱を支える支線を新設する又は支線の強度の変更を含む支線対策、電柱の振動を抑制する振動抑制部材の設置を含む抑制対策を提示することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の線条破断被害の対策方法。
前記金具対策として、碍子の下部位置にある線条を吊下するための取付金具に、線条ひずみ低減用の連結金具を追加することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の線条破断被害の対策方法。
前記金具対策として、線条の外層として剛性の高いラインガードを巻き付けることで該線条の剛性を増加させることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の線条破断被害の対策方法。
前記第１振幅基準値は２０ｍｍ、第２振幅基準値は５０ｍｍ、第３振幅基準値は１００ｍｍにそれぞれ設定されることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の線条破断被害の対策方法。