フックボルト方式橋梁の橋上ロングレール化に関する研究

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(1)4‑047. 土木学会第59回年次学術講演会（平成16年9月）. フックボルト方式橋梁の橋上ロングレール化に関する研究 JR 東日本. I. 研究概要橋上ロングレール化の主な条件は： ①レール破断時の開口量が 70 ㎜を超えないよう縦抵抗力を確保するため，マクラギ定着方式は原則としてL型金具による横縫いボルト定着方式とすること。 ②橋梁は①の縦抵抗力の反力であるロングレール縦荷重に耐えられる構造であること。 ③レール軸力の最大値が 100ｔを超えないこと。であるが，本研究では①の条件に関しフックボルト方式の橋梁においてL型金具定着方式に変更することなく，低コストで橋上ロングレール化する手法を提案する。なお経年の劣化や横抵抗力確保についても検討した。コイルバネとゴムパッドにより２重弾性締結とし、緩み防止. 合成マクラギに切り欠き（がっけ）を設け、張出し防止。. 合成マクラギ. ゴムパッドを挿入してマクラギ〜橋桁間の摩擦力を強める。. 図−1 縦抵抗力等を確保する構造. 正会員. ○緒方政照. JR 東日本. 原田彰久. JR 東日本. 三輪隆郎. パッドと合わせて２重弾性構造とし緩みを防止する。 ⑤万が一フックボルトが緩んでも前後のマクラギで縦抵抗力を確保できるようマクラギ継材を強化する。 ⑥万が一フックボルトが緩んでもレールの張出しが発生しないよう合成マクラギ底部に切り欠き（通称：がっけ）を設け，張出しに抵抗できる構造とする。. III. マクラギ下ゴムパッドによる縦抵抗力の確保 ○マクラギ下パッド〜橋桁の摩擦力が，レール締結装置のふく進抵抗力より大きくなければいけない。・マクラギ下パッドと橋桁の摩擦力理論値 A は A＝μ1P =μ1・194T＝0.65・194・98 ＝12358N／マクラギ 1 本／片側レール ※ P：フックボルトの押さえ力（N） μ1：マクラギ下パッドと橋桁の摩擦係数：0.65 T：フックボルトの締付けトルク：98N・m 1.94：フックボルト（φ22）の場合のトルク係数・レール締結装置のふく進抵抗力 B は B=2・μ2F＋μ3(F＋F) ＝2・0.25・3038＋0.2・(3038＋3038) ＝2734N／１締結 ※ F：PR クリップの押さえ力：3038N μ2：PR クリップとレールの摩擦係数：0.25 μ3：タイプレートとレールの摩擦係数：0.2 したがって理論値では A＞B である。. II. フックボルト方式で縦抵抗力等を確保する構造（案）橋上ロング化の条件としてマクラギ定着方式を L型金具による横縫いボルト方式とする必要がある理由は，L 型金具方式と比較し，フックボルト方式が縦抵抗力確保の面で劣るからである。そこでフックボルト方式で縦抵抗力等を確保する構造を以下に提案する（図−１）。 ①橋マクラギの劣化によるフックボルトの緩みを防止するため合成マクラギ化する。 ②マクラギと橋桁の間にズレ防止を施したゴムパッドを挿入し，橋桁との摩擦力を増加させる。 ③フックボルトはツインフックボルトや角フックボルト等構造上回転しないものを使用する。 ④フックボルトの緩み止めはハードロック又はスカートナットを用い，さらに座金とナットの間にコイルバネやスプリングワッシャを挿入し②のマクラギ下. 図−２マクラギ下にゴムパッド挿入. ○橋マクラギ縦抵抗力の実測東海道横須賀線第１倉田川 Bの合成マクラギ化の際，図−２のようにマクラギ下にズレ防止を施したゴムパッドを挿入して施工し，マクラギの縦抵抗力を実測したところ，理論値より大きい 16000〜20000N／マク. キーワード橋上ロングレール，フックボルト，Ｌ型金具，縫いボルト連絡先. 〒220−0023 神奈川県横浜市西区平沼 1-40-26 東日本旅客鉄道横浜支社設備部保線課ＴＥＬ045-320-2716. ‑93‑.

(2) 4‑047. 土木学会第59回年次学術講演会（平成16年9月）. ラギ 1 本／片側レールの縦抵抗力が確認できた。 ※フックボルトの締付けトルクは 98N・m とし，橋マクラギ 14 本を測定。. 方法を現状より強固にすることが必要と思われる。. VI. 張出しに対する考察 ○マクラギ下ゴムパッドの摩擦力による横抵抗力確保張出しに対しては，マクラギ下パッドと橋桁の摩擦力で横抵抗力を確保することが基本であり，縦方向の摩擦力の計算値や実測値と同様に少なくとも 12358N／マクラギ 1本／片側レールの横抵抗力が期待でき，これに 0.7 の安全率を乗じ１m あたりに換算すると 12358×0.7÷0.5=17301N／m＞8173N／m となり張出しに対し十分な横抵抗力が確保できている。 ○フックボルトが緩んだ場合の横抵抗力の確保万が一フックボルトに緩みが生じた場合の張出し防止のため，合成マクラギ下部に設けてある切り欠き（通称：がっけ）の横抵抗力を検討する（図−５）。. IV. コイルバネについての考察. 変位量(mm). ○コイルバネによる緩み防止機能が経年により劣化するかどうかを調べるため，新品と 11 年使用した発生品とで荷重と変位量をグラフにプロットした（図−３）。これより，10年以上経過してもバネとして十分機能することが確認できた。 6 5 4 3 2 1 0. 新品発生品. 緩んだフックボルト. 0. 5000 10000 荷重(N) 図−３コイルバネの荷重と変位量の関係. V. フックボルトが緩んだ場合の縦抵抗力の確保. 合成マクラギ. ○万が一フックボルトに緩みが生じた場合，隣接するマクラギで縦抵抗を確保する仕組み（図−４）とするため，マクラギ継材の強度を検討する。フックボルトの緩み. マクラギ継材. 図−５フックボルトが緩んだ場合の張出し防止. 緩んだ２本分の縦荷重をここで伝達. 仮に２本連続でフックボルトに緩みが発生した場合，フックボルトの緩んでいない隣のマクラギ 1 本で縦抵抗を確保するためにはマクラギ継材は2734N×2＝5468N の荷重を伝達しても座屈しない強度を有していなければならない。マクラギ継材として通常使用している等辺山形鋼 L50×L50×6 の許容座屈荷重はマクラギ間隔を L＝500 ㎜とすると，ランキンの式より σc × A 333 × 564 .4 P= = a 33 .3 2 1 + × λ2 1+ m 7500 = 187114 ( N ) ≥ 5468 ( N ). マクラギが橋桁からズレないようがっけがあり、ここでも張出し力に抵抗できる横抵抗力有り。. 張り出しに対して必要な横抵抗力は片側レール 1mあたり 8173Nであり，マクラギ間隔を 0.5ｍとしてマクラギ 1 本あたりに換算し安全率 0.7 で割ると 8173×2×0.5÷0.7＝11676N／マクラギ 1 本が必要であるので，このときがっけにかかるせん断応力はフランジ厚 15 ㎜，マクラギ幅 200 ㎜とすると. 橋桁. 図−４フックボルトが緩んだ場合の縦抵抗力確保. 張り出そうとする力. (必要な横抵抗力) τ= （橋桁フランジとマクラギ切欠き部の接触面積） 11676 = = 3.89 (MPa) ≤ 7. 0(MPa) 15 × 200 となり，合成マクラギのせん断強さ 7.0Mpa より小さくがっけだけでも張出しに対抗できる。 ※木マクラギの場合はせん断強さが 0.78〜1.176 MPa 程度と小さいためがっけだけでは対抗できない。. VII. コストの比較橋上ロングレール化にかかる費用を比較する。マクラギ１本あたり，・フックボルト方式のままでマクラギ下ゴムパッド挿入の場合の費用：10,800 円・ L 型金具を溶接し横縫いボルト定着方式に変更する場合の費用：203,200 円したがって橋上ロングレール化にかかる費用はマクラギ間隔を 0.5ｍとすると（203,200−10,800）÷0.5＝ 384,800 円のコストダウンとなる，例えば 60ｍの橋梁では 23,088,000 円のコストダウン効果がある。. λ=L／ix=500／15.0=33.3 σc：圧縮破壊係数，SS400 は 333N／mm2 a：材料による付加係数，SS400 は 1／7500 m：λ=L／ix =33.3＜90 では m=1 よって継材は S=187114÷5468＝34.2 倍の安全率があり，十分な強度を有するが，継材とマクラギの取付け. ‑94‑.

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