(57)【要約】【課題】鉄道車両が走行する線路構造であって、施工や補修が容易なものを提供する。【解決手段】線路構造１は、鉄道車両が走行し該鉄道車両からの荷重を支持すると共に、基礎を含む構造物に荷重を伝達するものであって、鉄道車両が走行し該鉄道車両の車輪Ｗが接するレール部１０が設けられた上フランジ２１と、下部工に対して固定される下フランジ２２と、上フランジ２１と下フランジ２２とを連結するウェブ２１と、を有する桁２０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両が走行し該鉄道車両からの荷重を支持すると共に、基礎を含む構造物に前記荷重を伝達する線路構造であって、
鉄道車両が走行し該鉄道車両の車輪が接するレール部が設けられた第１のフランジと、前記構造物に対して固定される第２のフランジと、前記第１のフランジと前記第２のフランジとを連結するウェブと、を有する桁を備えることを特徴とする線路構造。
【請求項２】
前記第１のフランジは、該第１のフランジと前記第２のフランジとを連結する方向に凹む凹部を有し、
前記レール部は、前記凹部内に挿入され、該凹部内において弾性材を介して接着材により固定されていることを特徴とする請求項１に記載の線路構造。
【請求項３】
前記凹部は、前記線路構造の延在方向から視た断面においてＵ字状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の線路構造。
【請求項４】
前記桁は、前記レール部の少なくとも一部が一体成形されて成ることを特徴とする請求項１に記載の線路構造。
【請求項５】
前記レール部は、根元部と頭部とを別体として有し、
前記桁は、前記レール部の前記根元部が一体成形されていることを特徴とする請求項４に記載の線路構造。
【請求項６】
鉄道車両からの荷重を支持すると共に、基礎を含む構造物に前記荷重を伝達する線路構造の施工方法であって、
前記線路構造は、鉄道車両が走行し該鉄道車両の車輪が接するレール部が一体成形された第１のフランジと、前記構造物に対して固定される第２のフランジと、前記第１のフランジと前記第２のフランジとを連結するウェブと、を有する桁を備え、
前記桁を３Ｄプリンタを用いて作製する工程と、
前記３Ｄプリンタにより作製された桁を、ドローンによって、前記線路構造における所定の位置に運ぶ工程と、
前記ドローンによって運ばれた桁を組み立てる工程と、を含むことを特徴とする線路構造の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
鉄道車両が走行する線路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道に用いられる土木構造物としては、橋梁等がある。従来の橋梁は、鉄道車両が走行する軌道を支持する上部工と、該上部工を支持する下部工とを有する。上部工は、上記軌道の他、水平方向に配置されて該軌道を支持する橋桁を含み、下部工は、上部工の橋桁を支持する橋脚と橋梁全体に作用する荷重を地盤に伝達してこの橋梁を支持する基礎とを含む。
【０００３】
上部工を構成する橋桁としては、鋼構造やコンクリート構造によるものがある。その中で鋼構造によるものには、プレートガーター式、より具体的には、デックガーター式のものがある。デックガーター式の橋桁では、橋桁の延在方向と垂直な方向に延在する枕木を介して、橋桁の延在方向に延在する主桁上で、軌道を支持している（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「わかりやすい鉄道技術［鉄道概論・土木編］」、財団法人鉄道総合技術研究所  鉄道技術推進センター、平成１５年５月３１日、ｐ．３５−３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、デックガーター式の橋桁では、枕木が必要であり、部品の点数が多く、施工や補修が容易ではない。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、鉄道車両が走行する線路構造であって、施工や補修が容易なものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、鉄道車両が走行し該鉄道車両からの荷重を支持すると共に、基礎を含む構造物に前記荷重を伝達する線路構造であって、鉄道車両が走行し該鉄道車両の車輪が接するレール部が設けられた第１のフランジと、前記構造物に対して固定される第２のフランジと、前記第１のフランジと前記第２のフランジとを連結するウェブと、を有することを特徴としている。
【０００８】
本発明の線路構造は、枕木を不要としたため、部品点数が少ないので、施工や補修を容易に行うことができる。
【０００９】
前記第１のフランジは、該第１のフランジと前記第２のフランジとを連結する方向に凹む凹部を有し、前記レール部は、前記凹部内に挿入され、該凹部内において弾性材を介して接着材により固定されていることが好ましい。
【００１０】
前記凹部は、前記線路構造の延在方向から視た断面においてＵ字状に形成されていることが好ましい。
【００１１】
前記桁は、前記レール部の少なくとも一部が一体成形されて成ることが好ましい。
【００１２】
前記レール部は、根元部と頭部とを別体として有し、前記桁は、前記レール部の前記根元部が一体成形されていることが好ましい。
【００１３】
別な観点による本発明は、鉄道車両からの荷重を支持すると共に、基礎を含む構造物に前記荷重を伝達する線路構造の施工方法であって、前記線路構造は、鉄道車両が走行し該鉄道車両の車輪が接するレール部が一体成形された第１のフランジと、前記構造物に対して固定される第２のフランジと、前記第１のフランジと前記第２のフランジとを連結するウェブと、を有する桁を備え、前記桁を３Ｄプリンタを用いて作製する工程と、前記３Ｄプリンタにより作製された桁を、ドローンによって、前記線路構造における所定の位置に運ぶ工程と、前記ドローンによって運ばれた桁を組み立てる工程と、を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の線路構造によれば、施工や補修を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る線路構造の概略を模式的に示す断面図である。
【図２】第１の実施形態における、桁の上フレームの凹部及びレール部の別の例を示す図である。
【図３】第１の実施形態における、桁の上フレームの凹部及びレール部の別の例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る線路構造の概略を模式的に示す断面図である。
【図５】第２の実施形態における桁の別の例を示す図である。
【図６】図４の線路構造を含む橋梁の施工方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る線路構造の概略を模式的に示す断面図である。
【００１８】
図１の線路構造１は、その上を鉄道車両が走行するものであり、鉄道車両からの荷重を支持する。また、線路構造１は、不図示の基礎を含む構造物すなわち下部工に支持され、該下部工に、上述の鉄道車両からの荷重を伝達する。
この線路構造１は、鉄道車両の走行方向に延在するものであり、レール部１０と、桁２０とを備える。なお、図示は省略するが、線路構造１は、レール部１０と桁２０とは別に、これらレール部１０と桁２０と同一のレール部と桁を、これらレール部１０と桁２０と並行に備えている。
【００１９】
レール部１０は、その上を鉄道車両が走行するものであり、鉄道車両の車輪Ｗが接し、その頭部の形状が車輪Ｗの形状に対応するものとなっている。
【００２０】
桁２０は、線路構造１すなわちレール部１０の延在方向と同一方向に延在し、上フランジ２１と、下フランジ２２と、ウェブ２３とを有する。本例の桁２０は、上フランジ２１、下フランジ２２及びウェブ２３が一体成形されており、その材料としては、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）、アラミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ：Aramid Fiber reinforced Plastics）、セルロースナノファイバ（ＣＮＦ：Cellulose Nanofiber）を用いることができる。
【００２１】
上フランジ２１は、本発明に係る「第１のフランジ」に相当し、レール部１０が設けられるものである。本実施形態において、上フランジ２１は、上フランジ２１と下フランジ２２とを連結する方向（図のＹ方向）に凹む凹部２１ａを有し、凹部２１ａ内にレール部１０が挿入され、凹部２１ａ内において弾性材３０を介して不図示の接着材により連続的にレール部１０が固定される。上フランジ２１は上述のようにしてレール部１０が設けられている。
【００２２】
上フランジ２１の凹部２１ａは、線路構造１の延在方向（図のＺ方向）から視た断面においてＵ字状に形成されている。
凹部２１ａの底部は、幅方向（図のＸ方向）において中央に向かうにしたがって低くなる斜面２１ｂを有する。
【００２３】
この凹部２１ａに挿入されるレール部１０の底部は、凹部２１ａの底部の形状に対応した形状に形成されており、幅方向の中央に向かうにしたがって低くなる斜面１０ａを有する。レール部１０が凹部２１ａに挿入された状態では、レール部１０の底部の斜面１０ａが凹部２１ａの底部の斜面２１ｂに、弾性材３０を介して接触する状態となる。
【００２４】
また、凹部２１ａは、その幅方向の両端に、上フランジ２１と下フランジ２２とを連結する方向に延在する側壁部２１ｃを有する。レール部１０が凹部２１ａに挿入された状態では、レール部１０の幅方向の側面が凹部２１ａの側壁部２１ｃの内周面に、弾性材３０を介して接触する状態となる。
【００２５】
したがって、レール部１０に作用する、高さ方向すなわち鉛直方向（図のＹ方向）の鉄道車両の荷重は、凹部２１ａの斜面２１ｂを含む底面を介して上フランジ２１に作用する。また、レール部１０に作用する、水平方向（図のＸ方向）の鉄道車両の荷重は、凹部２１ａの斜面２１ｂを含む底面及び、凹部２１ａの側壁部２１ｃの内周面を介して上フランジ２１に作用する。
【００２６】
下フランジ２２は、本発明に係る「第２のフランジ」に相当し、下部工、具体的には橋脚などに固定されるものである。
また、ウェブ２３は、上フランジ２１と下フランジ２２とを連結するものであり、一端が上フランジ２１の幅方向中央に接続され、他端が下フランジ２２の幅中央に接続されている。さらに、ウェブ２３は、線路構造１の延在方向から視た断面においてＩ字状に形成されている。ウェブ２３の鉛直方向の長さすなわち高さは、桁２０に必要な強度を得られればよく、桁２０の延在方向の長さと桁２０の材料に応じて決定される。
【００２７】
上フランジ２１に作用した鉄道車両の荷重は、ウェブ２３及び下フランジ２２を介して、下フランジ２２が固定される下部工に伝達される。
【００２８】
以上のように、線路構造１では、枕木を省略し、レール部１０を桁２０に直接設けているため、線路構造１の上部の重量を低減することができる。線路構造の上部の重量が大きい場合、線路構造を支持する構造物のサイズは大きくなるが、本実施形態によれば、上述のように上部の重量を低減することができるため、線路構造を支持する構造物、ひいては橋梁全体のサイズを小型化することができる。また、線路構造１では、枕木が不要であるため、部品点数が少ないので、施工が容易であり、さらに、メンテナンスの労力を削減することができる。
【００２９】
なお、レール部１０の材料には高強度鋼、セラミックを用いることができる。このような材料を用いることにより、レール部１０に傷や凹凸が生じるのを防ぐことができるため、これら傷や凹凸の管理を省略することができる。
【００３０】
また、凹部２１ａの底部の幅方向の中央には中央凹所２１ｄが形成されている。そして、凹部２１ａに挿入されるレール部１０の底部の幅方向の中央に凸部１０ｂが形成されている。レール部１０が凹部２１ａに挿入された状態では、レール部１０の凸部１０ｂの先端が凹部２１ａの中央凹所２１ｄに挿入された状態となる。このような構成にすることによって、鉄道車両からの水平方向の荷重によるレール部１０の水平方向の位置ずれが生じるのを防ぐことができる。
【００３１】
図２及び図３は、凹部２１ａ及びレール部１０の別の例を示す図である。
図１の凹部２１ａの底部は、幅方向（図のＸ方向）において中央に向かうにしたがって低くなる斜面２１ｂを有していた。それに対し、図２（Ａ）の凹部２１ａの底部は、上述のような斜面を有さず、中央凹所２１ｄを除き、幅方向において高さは一定である。レール部１０の底面も同様に、凸部１０ｂを除き、幅方向において高さは一定である。鉄道車両からの水平方向の荷重が小さい場合は、これらのような構造としてもよい。また、鉄道車両からの水平方向の荷重が大きい場合でも、水平方向の荷重を受ける凹部２１ａの側壁部２１ｃの内周面の長さを長くし、すなわち側壁部２１ｃを高くし、図２のような斜面を省略した構造としてもよい。
【００３２】
また、図１及び図２の凹部２１ａは、桁２０の延在方向から視た断面においてＵ字状に形成されていた。それに対し、図３の凹部２１ａは、図１等の凹部２１ａの側壁部２１ｃに相当するものを有さず、桁２０の延在方向から視た断面においてＶ字状に形成されている。この構造は、鉄道車両からの水平方向の荷重が小さい場合に採用することができる。
【００３３】
また、図１〜図３の例では、凹部２１ａが幅方向の中央に中央凹所２１ｄを有し、レール部１０が凸部１０ｂを有していた。しかし、鉄道車両からの水平方向の荷重が小さいときなどは、これら中央凹所２１ｄや凸部１０ｂを設けなくてもよい。
【００３４】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る線路構造の概略を模式的に示す断面図である。
図１の線路構造１では、レール部１０と桁２０とは別体であり接着材により一体化されていた。
それに対し、図４の線路構造１の桁４０は、該桁４０にレール部１０が一体成形されている。具体的には、桁４０の上フランジ２１にレール部１０が一体成形されている。このようにレール部１０を桁４０と一体成形することにより、レール部と桁との組み立てが不要となるため、本実施形態に係る線路構造を有する橋梁は施工期間を短縮することができる。
【００３５】
この桁４０は、弾性材５０を介して接着材により下部工に固定される。これにより、弾性を確保している。
【００３６】
図５は、レール部１０が一体成形された桁４０の別の例を示す図である。
図４の例では、桁４０にレール部１０の全体が一体成形されていた。それに対し、図５の例では、レール部１０の根元部１０ｃと鉄道車両の車輪と接触する頭部１０ｄとが別体となっており、根元部１０ｃのみが桁４０に一体成形されている。
【００３７】
図４の構造は、桁４０すなわちレール部１０に車輪との接触により摩耗が生じない材料を使用する場合に好適である。また、図５の構造は、桁４０の材料をレール部１０の頭部１０ｄに使用した場合に、車輪との接触により摩耗が生じる場合に好適である。この場合、頭部１０ｄには摩耗が生じにくい材料を使用し、頭部１０ｄと根元部１０ｃとは例えば接着材により固定される。この場合も、図１の例に比べ、弾性材の数を減らし部品点数を減らすことができるので、施工や補修が容易となる。
【００３８】
図６は、図４の線路構造の施工方法、より具体的には図４の線路構造を有する橋梁の施工方法を説明する図である。
本施工方法では、まず桁４０を３Ｄプリンタ５００により作製する。
３Ｄプリンタは、橋梁の施工位置の近傍例えば橋梁を構成する橋脚１００等に仮設される。この３Ｄプリンタ５００は、図示は省略するが、桁４０の材料を貯留する材料ストレージ、桁４０を作製する作製モジュール、材料ストレージから作製モジュールに材料を供給する材料供給管、３ＤーＣＡＤデータに基づいて作製モジュール等を制御する制御装置等を有する。
【００３９】
次いで、本施工方法では、３Ｄプリンタ５００により作製した桁４０を、ドローン６００を用いて、所定の位置まで運ぶ。
そして、運ばれた桁４０の組み立てを行う。例えば、既に配設された桁に対し、上記運ばれた桁４０を連結したり、橋脚１００に固定したりする。なお、組み立ての際にドローン６００を用いてもよい。
【００４０】
これらを繰り返すことにより橋梁が完成する。
【００４１】
上述の施工方法では、３Ｄプリンタを用いて施工現場の近傍で桁を作成するため、桁の運搬等を行う必要がないため、低コストで迅速に施工することができる。
【００４２】
なお、図１や図２、図４の例の桁２０、４０を用いて橋梁の施工を行う場合であっても、上述と同様に３Ｄプリンタやドローンを用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、鉄道車両が走行し、該鉄道車両からの荷重を下部工に伝達する線路構造に適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１…線路構造
１０…レール部
２０，４０…桁
２１…上フランジ
２１ａ…凹部
２１ｂ…斜面
２１ｃ…側壁部
２１ｄ…中央凹所
２２…下フランジ
２３…ウェブ
３０…弾性材
５０…弾性材
１００…橋脚
５００…Ｄプリンタ
６００…ドローン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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