動的荷重の測定

路 面 プ ロ フ ァ イ ル に 起 因 す る 走 行 車 両 の 鉛 直 方 向 の 振 動 か ら 舗 装 が 受 け る 構 造 的 ダ メ ー ジ を 推 定 す る た め に ， こ こ で は ， 動 的 荷 重 を 測 定 す る 方 法 に つ い て 検 討 を 行 っ た ．

測 定 方 法 は ， 車 両 走 行 時 に 車 体 （ 以 下 ， バ ネ 上 ） お よ び 車 軸 （ 以 下 ， バ ネ 下 ） の 鉛 直 方 向 の 加 速 度 を 測 定 し ， そ れ に よ り 動 的 荷 重 を 算 出 す る 手 法 と し た ． ま た ， こ の 手 法 の 有 効 性 を 実 証 す る た め に ， 構 内 走 行 試 験 を 実 施 し ，“バ ネ 上 お よ び バ ネ 下 の 鉛 直 加 速 度 か ら 算 出 し た 動 的 荷 重 ” と “ 実 測 し た ひ ず み よ り 算 出 し た 動 的 荷 重 ” を 比 較 し 、 評 価 し た ．

検 討 は ， 以 下 の 手 順 で 行 っ た ．

① 鉛 直 加 速 度 測 定 は ， 構 内 の 試 験 走 路 に 形 状 が 既 知 の ハ ン プ を 設 け ， こ の ハ ン プ を 車 両 が 走 行 し た 時 の バ ネ 上 お よ び バ ネ 下 の 位 置 に 設 置 し た 加 速 度 計 よ り 測 定 し た ．

② 走 行 車 両 が ハ ン プ に 与 え る 動 的 荷 重 は ， ハ ン プ の 裏 面 に 設 置 し た ひ ず み ゲ ー ジ で 測 定 さ れ た ひ ず み に よ り 求 め た ． た だ し ， ひ ず み と 動 的 荷 重 の 関 係 は 次 ペ ー ジ に 示 す 室 内 試 験 に て 検 証 を 行 っ た ．

③ 上 記 の 加 速 度 計 で 測 定 さ れ た 加 速 度 と ひ ず み ゲ ー ジ に よ り 測 定 さ れ た 動 的 荷 重 の 関 係 を 比 較 し た ．

動 的 荷 重 と 加 速 度 計 の 関 係 に つ い て 走 行 試 験 を 行 う 前 に ， 鋼 鉄 製 の ハ ン プ に 設 置 し た ひ ず み ゲ ー ジ で 動 的 荷 重 の 測 定 が 可 能 か 室 内 試 験 に て 検 証 を 行 っ た ．

検 証 実 験 は ， 写 真 2 - 1 に 示 す よ う に ， 鋼 鉄 製 の ハ ン プ と 同 じ 材 料 の 鋼 板 に ひ ず み ゲ ー ジ を 設 置 し ， そ の 上 部 に エ ア ー シ リ ン ダ ー を 用 い て 鉛 直 方 向 に 動 的 荷 重 を 発 生 さ せ ， 動 的 荷 重 と ひ ず み の 関 係 を 求 め た ． そ の 結 果 を 図 2 - 1 に 示 す

写 真 2 - 1 動 的 載 荷 試 験 状 況

y = 0.3258x R² = 0.995

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

0 2 4 6 8 10 12 14 16

荷重（ｋN）

ひずみ（ε）

図 2 - 1 よ り ， 動 的 荷 重 （P） と ひ ず み （ ε ） の 関 係 を 式 （ 2 . 1） に 示 す ．

（2 . 1）

こ の 関 係 式 を 用 い て ， ハ ン プ 通 過 時 の 測 定 ひ ず み か ら ， 動 的 荷 重 を 求 め ， 加 速 度 と 動 的 荷 重 を 比 較 す る 方 法 で 検 討 を 行 っ た ．

バ ネ 下 の 鉛 直 加 速 度 の 測 定 の 概 要 を 図 2 - 2 に ， ハ ン プ お よ び ハ ン プ 裏 面 の ひ ず み ゲ ー ジ の 設 置 状 況 を 図 2 - 3 に 示 す ．

図 2 - 2 加 速 度 設 置 位 置

図 2 - 3 ハ ン プ 概 要

ε

07 .

3 ×

= P

0.3m 0.4m 0.3m 0.04m

裏面

( 1 ) 実 験 条 件

以 下 に 実 験 条 件 を 示 す ． a） 走 行 条 件

動 的 荷 重 は ， 走 行 速 度 に よ り 変 化 す る も の と 考 え ら れ る た め ， 走 行 速 度 を 以 下 の よ う な 条 件 と し て 試 験 を 行 っ た ．

走 行 速 度 ： 時 速 5～ 4 0 k m の 定 速 走 行

（ 走 行 試 験 時 の 速 度 ：5～4 0 k m / h の 範 囲 で 9～11 条 件 ）

走 行 車 両 ： 表 2 - 1 に 示 す 普 通 自 動 車 ， 軽 車 両 ト ラ ッ ク の 2 車 種

表 2 - 1 走 行 車 両

車 種 外 観 車 両 総 重 量 タ イ ヤ 種 類

普 通

乗 用 車 1 , 8 2 5 k g 1 9 5 / 6 5 R 1 5

軽 車 両

ト ラ ッ ク 1 , 2 6 0 k g 1 4 5 R 1 2 - 6 P R LT

b） 実 測 ひ ず み に よ る 動 的 荷 重 の 算 出 方 法

実 際 の 車 両 走 行 に よ り 発 生 す る 動 的 荷 重 は ， 図 2 - 3 右 上 に 示 す ひ ず み ゲ ー ジ を 用 い て 算 出 し た ．

ハ ン プ 上 を 車 両 が 走 行 し た 時 の 鉛 直 方 向 の 加 速 度 と ， ひ ず み ゲ ー ジ に よ り 測 定 さ れ た 動 的 荷 重 の 関 係 を 図 2 - 4 に 示 す ． た だ し ， ひ ず み と 動 的 荷 重 の 関 係 は 図 2 - 1 で 測 定 さ れ た 結 果 を 用 い て 算 出 し た ．

図 2 - 4 よ り 以 下 の こ と が 分 か っ た ．

・ ハ ン プ 上 を 車 両 が 走 行 し た 時 の 鉛 直 方 向 の 加 速 度 と ，動 的 荷 重 の 相 関 係 数 は R = 0 . 8 7 以 上 と な り ， 加 速 度 と 動 的 荷 重 に は 強 い

・ 動 的 荷 重 と 加 速 度 の 関 係 は ， 走 行 車 両 お よ び ， 加 速 度 計 取 り 付 け 位 置 に よ り 異 な っ て い る こ と が 確 認 さ れ た ．

・ バ ネ 上 の 鉛 直 加 速 度 よ り も バ ネ 下 の 鉛 直 加 速 度 の 方 が ，動 的 荷 重 と の 相 関 が 良 い こ と が 確 認 で き た ． こ れ は ， 車 体 の 懸 架 装 置 の 減 衰 に よ り 加 速 度 が 減 衰 し て い る こ と が 原 因 だ と 思 わ れ る ．

y = 0.4552x + 1.4207 R² = 0.787 y = 4.9105x + 3.0808

R² = 0.7652

y = 0.7929x + 4.0233 R² = 0.8556

y = 1.4751x + 1.0776 R² = 0.7417

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

加速度（m/sec²)

動的荷重（ｋN）

普通乗用車バネ上 普通乗用車バネ下 軽トラックバネ上 軽トラックバネ下

図 2 - 4 鉛 直 加 速 度 と 動 的 荷 重 の 関 係

一 般 的 に ， 動 的 荷 重 は ， 加 速 度 と 質 量 の 積 で 算 出 す る こ と か ら ， 車 両 の 軸 重 が 動 的 荷 重 を 決 定 す る 1 要 因 と 捉 え ， こ の 要 因 を 取 り 除 く こ と で ， 測 定 し た 加 速 度 よ り 車 種 に 依 存 し な い 動 的 荷 重 の 指 標 が 求 め ら れ る と 考 え た ．

具 体 的 に は ， 動 的 荷 重 を 測 定 車 両 の 軸 重 （ 本 研 究 で は ， 軸 重 は ハ ン プ 上 で 車 両 を 静 止 し た と き の 荷 重 値 ）で 割 っ た 値 を そ の 指 標 と し ， こ こ で は ，“M o d i f i e d C o e f f i c i e n t o f D y n a m i c L o a d（ 修 正 動 的 荷 重 係 数 ）”（ 以 下 ，M C D L）と 呼 ぶ こ と と し た（ 式 2 . 2 参 照 ）．こ の M C D L と 加 速 度 の 関 係 を 求 め た ．

結 果 を 図 2 - 5 に 示 す ． ま た ， こ の 式 は 動 的 荷 重 が 加 速 度 と 質 量 の 積 の 関 係 で あ る と 考 え て い る こ と か ら ，M C D L と 加 速 度 の 関 係 式 は 直 線 と し た ．

M C D L＝ 動 的 荷 重 ÷ 測 定 車 両 の 軸 重 （2 . 2）

た だ し ， こ こ で 用 い た 鉛 直 加 速 度 は ， 動 的 荷 重 と 相 関 の 強 い バ ネ 下 の み と し た ．

y = 0.2784x + 1 R² = 0.7655 1.0

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

加速度（m/sec²)

MCDL

普通乗用車バネ下 軽トラックバネ下

図 2 - 5 鉛 直 加 速 度 と M C D L

図 2 - 5 か ら ， バ ネ 下 の 鉛 直 方 向 の 加 速 度 と M C D L は ， 車 種 に 依 存

せ ず ， 回 帰 式 上 に 分 布 し て お り ， 相 関 係 数 が R = 0 . 8 7 と 大 き な 値 を 示 し た ．

こ の こ と よ り ， バ ネ 下 の 加 速 度 か ら 求 め た 動 的 荷 重 を 軸 重 で 割 っ

た “M C D L” を 用 い る こ と で ， 軸 重 が 未 知 の 走 行 車 両 で も ， 走 行 時

の バ ネ 下 加 速 度 か ら 動 的 荷 重 の 指 標 と な る M C D L を 求 め る こ と が 可 能 で あ る ．

る こ と が で き ， 平 均 軸 重 が 既 知 の 路 線 で あ れ ば ， 平 均 軸 重 と 乗 じ る こ と で ， 走 行 車 両 が 当 該 路 線 の 舗 装 に 与 え る 平 均 的 な 動 的 荷 重 を 知 る こ と が で き る ．

こ の よ う に ， 測 定 さ れ た 加 速 度 計 か ら M C D L を 求 め る こ と は ， 動 的 荷 重 を 推 定 す る 上 で 有 効 な 手 段 で あ る こ と が 確 認 で き た ．