4-057 土木学会第59回年次学術講演会（平成16年9月） 道床バラストの沈下に与えるまくらぎ下面性状の影響 （財）鉄道総合技術研究所 正会員 河野 昭子 正会員 堀池 高広 １．はじめに 有道床軌道の破壊現象の主因の一つは、列車走行に伴うまくら 鉛直荷重載荷 ぎ下部の道床バラストの側方流動であると考えられている。そこ 水 平 荷 重 載 荷 Loadcell ScrewJack 模型まくらぎ 20cm×20cm 200×200mm で本研究では、まくらぎ下面の性状を変えることにより、まくら Rod 5cm 道 床 部 （ 粒 調 砕 石 ）50mm ぎと道床バラスト間の摩擦抵抗力を高め、道床バラストの側方流 路盤部 動を抑制することに着目し、下面の材質・形状が異なる模型まく らぎを作成し、模型試験を実施した。 図１ 横引き試験 ２．試験概要 2.1 試験装置：本研究で行った横引き試験および 繰返し移動載荷試験で用いた模型試験機は、縮尺 ：ロードセル 120mm まくらぎ No １ ２ ３ ４ 比 1/5 で、土槽内部に厚さ 50cm の模型道床（単粒 ：変位計 車輪 ５ ６ ７ ８ ９ １ １１ １２ １３ １４ １５ 道床厚：50mm 度砕石）を構築した。２次元平面歪条件とするた 路盤（鋼製） め、土槽側面内側にはグリースを塗布しメンブレ 2000mm 図２ ンを挟み、模型バラストの摩擦を低減させた。 繰返し移動載荷試験 2.2 まくらぎ条件：模型まくらぎの底面条件は、骨材露出型、レール下突起 型、鋼製枠型の３通りとした（図３参照）。骨材露出型では、模型まくらぎ の下面に模型道床を埋め込み、全体に凹凸を付けた。一方レール下突起型は、 骨材露出型 レール直下の部分にモルタルで 5mm の突起を設けたものである。鋼製枠型は 鋼製のまくらぎ底面の周囲を 4mm の鋼製の枠で囲ったものである。 横引き試験では、上記の３種類のまくらぎ下面と同条件の正方形の板(200mm ﾚｰﾙ下突起型 ×200mm)を用いる事とした。 2.3 試験方法：横引き試験では、上述の正方形の板を模型道床上に設置し、 鉛直方向に載荷しながらスクリュージャッキで水平方向に引く(図１)。鉛直 荷重は 1､2､3､4ｋＮの４通りで、各ケース複数回行った。測定は、水平方向 荷重と水平変位について、水平移動距離が 10mm に達するまで行った。 図３ 移動繰返し載荷試験では、模型バラスト上に 15 本のまくらぎと左右 レールを設置し、車輪に鉛直荷重を載荷しながら往復走行させた。 変位計によって、荷重と変位について行った。 ３．試験結果 3.1 横引き試験：図４に横引き試験結果より、水平変位と水平荷重の 例を示す。また図５に各鉛直載荷時の最大水平荷重の平均値を 示 す。この結果の直線近似式より、傾きの値を各模型まくらぎの摩擦 係数として算出した値を表１に示す。これより、摩擦係数は、骨材 露出型が最も大きい値を示している。 キーワード 水平荷重(N) 鉛直荷重は予備載荷により徐々に増加させ、4kN になった後に 100 往 復(200 回走行)させた。測定は、各まくらぎに設置したロードセルと 鋼製枠型 模型まくらぎ 180 鉛直荷重 4kN 160 140 120 鉛直荷重 3kN 100 80 60 鉛直荷重 2kN 40 鉛直荷重 1kN 20 0 5 10 -20 0 水平変位(mm) 図４ 横引き試験結果 水平変位−水平荷重 有道床軌道、模型試験、繰返し載荷、道床沈下、摩擦係数 〒185-8540 東京都国分寺市光町 2-8-38(財)鉄道総合技術研究所 TEL：042−573−7276 FAX：042−573−7413 -113- 4-057 土木学会第59回年次学術講演会（平成16年9月） 3.2 繰返し移動載荷試験：図６に繰返し移動載荷試験の結果より、 250 まくらぎ No８の荷重-変位曲線を示す。各ケース、４kN で 200 回の 200 最大水平荷重(N) 鋼製枠型 載荷を終了した時点での沈下量(図中グレー矢印)を最終残留沈下量 とすると、骨材露出型は 2.4mm 程度で、３ケース中、最も小さい値 を示している。一方、レール下突起型の場合、予備載荷の過程で各 骨材露出 ﾚｰﾙ下突起型 150 100 50 載荷段階の載荷前と載荷後(除荷時)の沈下進み(図中黒矢印)が大き 0 く、最終残留沈下量は 5.3mm と３ケース中、最も大きな値を示して 0 1000 いる。また鋼製枠型の最終残留沈下量は 3.4mm 程度となっている。 2000 3000 4000 5000 鉛直載荷重(N) 次に図７に、繰返し回数とまくらぎ沈下量(負荷時および除荷時) 図５ の関係を示す。これより、各ケースとも急激な初期沈下は、載荷 80 横引き試験結果 表１ 回目程度で収束すると考えらる。これ以降のデータを直線近似した場合の一次式 (図中)より、傾きβを沈下進み係数として算出する。 この値と表１に示す各模型まくらぎの摩擦係数との関係を図８に示す。まず各ケ ースのβ値を比較すると、レール下突起型が最も大きく、鋼製枠型、骨材露出型と 摩擦係数 まくらぎ底部条件 摩擦係数 骨材露出型 0.60 ﾚｰﾙ下突起型 0.55 鋼製枠型 0.45 続く。また摩擦係数との関係では、摩擦係数が大きいほどβの値は小さくなること が明らかである。 ４．まとめ まくらぎ下面部の摩擦係数が大きいほど、道床の沈下進み係数βが小さくなる傾向が明らかとなった。 2.0 まくらぎ8 1.5 鉛直荷重(kN) 1.0 0.5 1.0 4kN 2回目 予備載荷 1∼4kN 4kN 20回目 2.0 4kN 4kN 100回目 200回目 予備載荷 1.5 1∼4kN 0.5 0.0 0.0 4kN2回目 4kN 4kN まくらぎ8 20回目 100回目 4kN 200回目 1.0 0.5 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 沈下量(mm) 沈下量(mm) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 沈下量(mm) (b) レール下突 起型 (a) 骨材露出型 図６ (c) 鋼製枠型 荷重-変位曲線 6.0 ﾚｰﾙ下突起型 （負荷） u=βN+α ﾚｰﾙ下突起型 （除荷） 4.0 鋼製枠型 （負荷） 鋼製枠型 （除荷） 3.0 2.0 骨材露出型 （負荷） 1.0 骨材露出型 （除荷） 0.0 沈下進み係数β(10-2mm/回) 0.6 5.0 沈下量 u (mm) 沈下量(mm） 鉛直荷重(kN) 4kN まくらぎ8 ２回目 4kN20回目 予備載荷 4kN100回目 1.5 1∼4kN 4kN200回目 鉛直荷重(kN) 2.0 鋼製枠型 （負荷） 0.5 骨材露出型 （負荷） レール下突起型 （負荷） 0.4 0.3 鋼製枠型 （除荷） 骨材露出型 （除荷） 0.2 0.1 レール下突起型 （除荷） 0.0 0 50 100 150 200 0.0 0.4 0.6 摩擦係数 載荷回数(回） 図７ 0.2 載荷回数Ｎ（回） 載荷回数と沈下量の関係 図８ -114- 摩擦係数と沈下進み係数βの関係 0.8
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