東海道新幹線鉄 東海道新幹線鉄 東海道新幹線鉄
東海道新幹線鉄けた けた けた けた補剛材 補剛材 補剛材 補剛材における における における変状発生原因 における 変状発生原因 変状発生原因 変状発生原因と と と と対策 対策 対策 対策
東海旅客鉄道株式会社 正会員 ○土井 宏政 東海旅客鉄道株式会社 北野 祐介
1. は じ め には じ め には じ め には じ め に
東 海道 新幹線 の鋼 橋の主桁 補剛 材に桁 連結 材 が 取 付 け ら れ て い る 箇 所 に お い て ,過 去 に 発 生 例 のな いき裂 が発 生した． 本稿 ではき 裂の 発生 原 因 を 特 定 す る た め 調 査 し ,効 率 的 な 対 策 の 検 討 を行 った内 容を 報告する ．
2. きききき 裂 発 生 原 因調 査裂 発 生 原 因調 査裂 発 生 原 因調 査裂 発 生 原 因調 査 (1) 橋橋橋橋 り ょ うり ょ うり ょ う 概要り ょ う概要概要概要
対 象橋 りょう は支 間長 35 m×2 支 間， 上路 I 断 面桁 の無道 床橋 りょうで あり ，上下 本線各 2 連 と上 下回送 線各 2連の全 8連 で構成 され てい る （図-1）． 昭和 52年 3 月 に橋り ょう 全体で 桁 下面 および 側面 を覆うよ うに 遮音板 によ る防 音 工が 取付け られ ている． 一般 的な防 音工 は上 下 線の 2連を 覆う 構造であ るが ，本橋 りょ うで は 4連 を覆う 構造 とするた め， 各連の 始終 端に は 本線 と回送 線を 結ぶ桁連 結材を 2箇 所ず つ計 8箇所 設置 するこ とで ，回 送線 の桁を 支え,風 の 影 響に よる桁 の転 倒防止を 施し た．な お連 結材 の 構造 形式は ，回 送線側は ボル トによ る剛 結構 造 ，本 線側は ピン 構造とな って いる．
(2) きききき 裂 発 生 概要裂 発 生 概要裂 発 生 概要裂 発 生 概要
き 裂は 主桁補 剛材 中間部に 発生 してお り， 主 桁 補剛 材と桁 連結 材を継ぐ ガセ ットプ レー トか ら 腹板 に向か って 伸展して いる（図-2）． 同様 の き裂 は連結 材全 8箇所中 2箇 所で発 生し てお り ，き 裂長は 最大で 35mmで あ っ た ．
(3) 実 橋実 橋実 橋実 橋 測 定 調査測 定 調査測 定 調査測 定 調査
下 部 工 か ら の 影 響 を 確 認 す る た め,沓 の 鉛 直 変 位測 定，橋 脚の 鉛直速度 測定 を行い ，ま た桁 本 体の 鉛直加 速度 測定，補 剛材 の応力 測定 の関 連 性か らき裂 の発 生原因を 検討 した（ 図-3）．
沓 の鉛 直変位 測定 ，橋脚の 鉛直 速度測 定の 結 果 ，沓 および 橋脚 の鉛直動 はわ ずかで あり ，き 裂 に影 響を及 ぼす 動きはな いこ とを確 認し た．
下り回送線
上り回送線 上り本線 連結材 下り本線
1連目連目連目連目 き裂発生箇所 2連目連目連目連目
平面図 平面図平面図 平面図 下り回送線
上り回送線 上り本線 連結材 下り本線
1連目連目連目連目 き裂発生箇所 2連目連目連目連目
平面図 平面図平面図 平面図
下り回送線 下り本線 上り本線 上り回送線
連結材 連結材
遮音板 遮音板
断面図 断面図断面図 断面図
下り回送線 下り本線 上り本線 上り回送線
連結材 連結材
遮音板 遮音板
下り回送線 下り本線 上り本線 上り回送線
連結材 連結材
遮音板 遮音板
断面図 断面図断面図 断面図
き裂写真
35mm
下下下
下りりりり本線本線本線本線 連結材連結材連結材連結材 下下下下りりり回送線り回送線回送線回送線 き裂箇所
き き き き裂裂裂裂 き裂写真
35mm
下下下
下り下りりり本線本線本線本線 連結材連結材連結材連結材 下下下下りりり回送線り回送線回送線回送線 下下
下りりりり本線本線本線本線 連結材連結材連結材連結材 下下下下りりり回送線り回送線回送線回送線 き裂箇所
き き き き裂裂裂裂
2連目連目連目連目
沓鉛直変位（ダイアルゲージ①～④）
補剛材応力（ひずみゲージ⑩～⑪）
主桁鉛直加速度測定（加速度計⑥～⑨）
橋脚鉛直速度（速度計⑤）
下り回送線
上り回送線 上り本線 下り本線
①
③ ②
⑤ ⑥ ④
⑪
⑦
⑩
⑧
⑨
2連目連目連目連目
沓鉛直変位（ダイアルゲージ①～④）
補剛材応力（ひずみゲージ⑩～⑪）
主桁鉛直加速度測定（加速度計⑥～⑨）
橋脚鉛直速度（速度計⑤）
下り回送線
上り回送線 上り本線 下り本線
①
③ ②
⑤ ⑥ ④
⑪
⑦
⑩
⑧
⑨
2連目連目連目連目
沓鉛直変位（ダイアルゲージ①～④）
補剛材応力（ひずみゲージ⑩～⑪）
主桁鉛直加速度測定（加速度計⑥～⑨）
橋脚鉛直速度（速度計⑤）
下り回送線
上り回送線 上り本線 下り本線
①
③ ②
⑤ ⑥ ④
⑪
⑦
⑩
⑧
⑨
加速度計 回送線 加速度測定 本線 変位測定
ダイヤルダイヤル ダイヤルダイヤル ゲージ ゲージ ゲージ ゲージ 主桁
沓
加速度計 回送線 加速度測定 本線 変位測定
ダイヤルダイヤル ダイヤルダイヤル ゲージ ゲージ ゲージ ゲージ 主桁
沓
ダイヤルダイヤル ダイヤルダイヤル ゲージ ゲージ ゲージ ゲージ 主桁
沓
10mm き裂
単軸 ひずみゲージ
3軸 ひずみゲージ 応力測定（き裂箇所） 応力測定（健全箇所）
10mm き裂
単軸 ひずみゲージ
3軸 ひずみゲージ 応力測定（き裂箇所） 応力測定（健全箇所）
図-1 対象 橋り ょう概 要図
図-2 補剛 材き 裂概要 図
図-3 測定 概要 図
キ ー ワ ー ド ： 東 海 道 新 幹 線 ， 補 修, 鋼 構 造, 応 力
連 絡 先 ： 〒533－0031 大 阪 府 大 阪 市 東 淀 川 区 西 淡 路 1-2-56 大 阪 新 幹 線 構 造 物 検 査 セ ン タ ー 土木学会第70回年次学術講演会(平成27年9月)
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健全 な桁と 損傷 した桁の 応答 を比較 する ため ， 主 桁下 フラン ジに おいて鉛 直加 速度測 定を 行っ た 結果 ，健全 箇所 と損傷箇 所に 大きな 差異 はな か っ た （ 図-4） ． し か し 補 剛 材 の 応 力 測 定 結 果 に お い て ， 健 全 な 箇 所 は 最 大 主 応 力 方 向 が
27.8MPa であ るの に対し， き裂 箇所は 最大 応力
範 囲 が 60.8MPa で あ り 明 確 な 差 異 が 見 ら れ た
（ 図-5） ． 当 該 箇 所 は 継 手 C 等 級 の 疲 労 限 53MPa1）で 評 価 す る と 今 後 も き 裂 が 伸 展 す る 恐 れ があ る．以 上の 結果より 補剛 材に取 付け られ て いる 連結材 付近 に異常が ある ことを 確認 した ．
-40 -20 0 20 40
0 20 40
-40 -20 0 20 40
0 10 20 30
-40 -20 0 20 40
0 10 20 30
-40 -20 0 20 40
0 10 20 30 40 50
sec. sec.
sec. sec.
ch⑥ ch⑦
ch⑧ ch⑨
m/s2 m/s2
m/s2 m/s2
-10 0 10 20 30 40 50 60 70
0 10 20 30
MPa
sec.
ch⑩
-10 0 10 20 30 40 50 60 70
0 10 20 30 40 50
MPa
sec.
ch⑪
(4) 詳 細 目詳 細 目詳 細 目詳 細 目 視 調査視 調査視 調査視 調査
応 力測 定結果 より ，補剛材 に取 付けら れて い る 連結 材付近 に異 常が確認 され たこと から ，詳 細 調査 のため 連結 材のガセ ット プレー トを 一時 撤 去し 目視調 査を 行った． 調査 の結果 ，補 剛材 背 面の ノッチ 部お よびボル ト孔 からき 裂が 発生 し てい ること を確 認した（ 図-6）．
き裂箇所
1連目 2連目
ガセットプレート撤去 き裂箇所
1連目 2連目
ガセットプレート撤去
補 剛材 背面お よび ボルト孔 には ，明ら かな 凹凸 が 数多 く見ら れた ．これは 連結 材取付 時に 補剛 材 が支 障した こと により， 現地 にて補 剛材 背面 を ガス 切断し たた め，背面 にノ ッチが 生じ たと 考 えら れる． また ボルト孔 の加 工も同 様に 現場
合 わせ とした ため ，ガス切 断に より孔 加工 され ノ ッチ が生じ たも のと考え られ る．ま たも う一 方 のピ ン構造 部に おいては ，ピ ンが固 結し てお り ，回 転を拘 束し ている箇 所も 見られ た． 連結 材 がピ ン構造 の場 合は，列 車載 荷時の たわ み差 に よっ て発生 した 応力を吸 収で きるが ，本 橋り ょ うでは 2 本 の連 結材を上 下に トラス 構造 で剛 結 して おり， また ピンの固 結が 複合し た結 果，
た わみ 差を吸 収で きなかっ たと 考えら れる ． (5) きき 裂 発 生 原因きき裂 発 生 原因裂 発 生 原因裂 発 生 原因 のののの 推 定推 定推 定推 定
調 査結 果より ，き 裂発生原 因は 連結材 の回 転 が 拘束 されて いる ため桁の たわ み差を 吸収 でき ず ，補 剛材に 引張 力が生じ ，発 生した 引張 応力 が 補剛 材背面 およ びボルト 孔の ノッチ に集 中し た ため と考え られ る．
3. 対 策対 策 の対 策対 策のの 検 討の検 討検 討検 討
き 裂発 生原因 より ，対策と して 橋軸直 角方 向 の 力 を 伝 達 し て 転 倒 防 止 機 能 を 維 持 し,な お か つ 桁の たわみ 差を 吸収でき る両 側ピン 構造 の連 結 材 と し た （ 図-7） ． ま た ， き 裂 部 に つ い て は ガ ウジ ング， 再溶 接を行い ，ノ ッチに つい ては グ ライ ンダー およ びリーマ ーを 用いて 滑ら かに 仕 上げ ること で応 力集中を 防ぎ ，き裂 の再 発防 止 を行 った．
4. お わ り にお わ り にお わ り にお わ り に
高 速 運 転 を 支 え る 構 造 物 と し て,既 設 構 造 に 新 たに 部材を 取り 付ける場 合は ，本体 構造 に与 え る影 響につ いて ，十分な 検討 を行う 必要 があ る ．ま た，正 しい 手順によ り丁 寧な施 工を しな け れば 重大な 変状 に発展す る例 であっ た ．今回 ， 連 結構 造を変 更し たことに よる 他の部 材等 の影 響 につ いては ，現 状良好な 状態 を確認 して いる が ，今 後継続 的に 確認を行 って いく．
【 【参 考文献 】
1）日 本鋼 構造協 会： 鋼構 造物 の疲労 設計 指針 図-7 対策 施工 断面図
図-4 主桁 下フ ランジ 鉛直 加速 度測定 結果
図-5 中間 補剛 材応力 測定 結果
図-6 詳細 目視 調査結 果
土木学会第70回年次学術講演会(平成27年9月)
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