第24回（2 0 2 1 年 9月）
第24 回 橋に関するシンポジウム論文報告集
橋に関するシンポジウム論文報告集（2021年 9 月）

土木学会
土木学会

鉄道における補修・補強，改良事例とバックルプレートの簡易下支え工法
REPAIR, REINFORCEMENT AND IMPROVEMENT FOR RAILWAY STEEL BRIDGESAND SIMPLIFIED SUPPORT METHOD FOR BUCKLE PLATE
小林裕介* ，木村元哉**
Yusuke KOBAYASHI and Motoya KIMURA

ABSTRACT

Railway steel bridges have been in service especially longer

than the other infrastructures in Japan. This paper presents the example ofrepair, reinforcement and improvement particularly used for railway steel
bridges, and the simplified support method which is recently developed as
the repair for buckle plate.
KEYWORDS : 鋼鉄道橋，補修・補強，バックルプレート
Railway steel bridge, repair and reinforcement, buckle plate

１．まえがきわが国では新橋～横浜間に初めて鉄道が開通したのち，明治 7 年に最初の錬鉄製鉄道橋として武庫川橋りょうが架設され，以降，数多くの鋼鉄道橋が架設されてきた。鋼鉄道橋
は，他のインフラ設備と比べて供用年数が長く，100 年以上供用しているものも多く，維持管理の重要性は

15000

災
害 10000
発
生件 5000
数
01960

196519701975

1980

1985

1990

1995

20002005

年度

図 1－1

災害の発生件数の減少高い。鉄道における維持管理の体系としては，1965 年以前は何か問題が発生してから対処する事後保全が主流であった。しかし，世界大戦などの戦争中の構造物の荒廃などから事故が多発するようになったため，予防保全を前提とした維持管理に体系を変えることで，災害件数が急激に減少し（図 1－1），事故も減少した。この予防保全の考え方は，定期検査で事前に弱点箇所や変状箇所を抽出し，詳細な検査をしたうえで必要に応じて措置（補修・補強等）を行うというものであり，現在の維持管理 1)においても継承されている。供用年数が 100 年を超えるような鋼鉄道橋が現存しているのは，今でこそ一般的な考え方である予防保全を，50 年以上も前に諸先輩の努力により導入した功績によるものである。実際のところ変状の発生を完全に防止できているわけではないが，変状が軽微なうちにより簡易な補修・補強で済ませてきたこと，標準設計の橋りょうが多く補強を水平展開しやすかったこと，さらに構造的な弱点箇所については設計へのフィードバックを図ってきたことも，鋼鉄道橋の長寿命化の要因と考えている。
鋼鉄道橋の補修・補強，もしくは改良における要素技術は，道路橋と共通の技術も多いが，鉄道橋の使用環境や構造に応じた変状に対する特有の技術もある。例えば，供用年数が長いために，経年に*工博 公益財団法人鉄道総合技術研究所 構造物技術研究部 鋼･複合構造 研究室長 （〒185-8540 東京都国分寺市光町 2-8-38）
工博 西日本旅客鉄道株式会社 構造技術室（鋼構造）課長（〒532-0011 大阪市淀川区西中島 5-4-20）**- 41 -

よる腐食・摩耗・劣化に伴って局部応力が増加することで生じる疲労き裂などは，鉄道橋の方が多い印象がある。また，古い鋼鉄道橋は床版を持たない開床式構造が殆どで，通過列車の輪重が部材に直接作用し，部材連結部に高い二次応力が生じることで疲労き裂が発生しやすい傾向にもあり，鉄道橋特有の補修・補強を行ってきている。本稿の前半では，特に疲労き裂を対象として，これらの鉄道橋特有の補修・補強，もしくは改良の事例について紹介する。
本稿の後半では，近年開発したバックルプレートの簡易下支え工法およびバックルプレート上面の補修工法について紹介する。詳細は後述するが，鉄道橋のバックルプレートは上面を防水工で覆ったうえでバラストを支えており，防水工が破損すると雨水等に曝されプレートが腐食減肉し，それに伴う局部応力によりき裂が発生する。この変状は以前から確認されており補修工法もあったが，近年においてその発生数が増加したこと，少子高齢化等に伴う維持管理負担が増加したことで，より簡易に補修・補強することを目的に新たに工法を開発した。本稿では，この工法についてその開発概要も含めて紹介する。
２．疲労き裂に対する補修・補強，改良事例
2.1 プレートガーダー，I ビーム桁の下フランジ首部の疲労き裂
鋼鉄道橋のうちプレートガーダーやＩビーム桁では，支点部において下フランジ首部に疲労き裂が発生する（写真 2－1）2)。主たる原因は，経年等に伴う沓座の損傷で下フランジが片当たりの状態となり，列車通過時の荷重で下フランジが首を振り（以降，支点部のあおり），首部に応力集中を生じることによる（図 2－1）2)-6)。一部の橋りょうでは，経年に伴いソールプレート上面が摩耗して凹みを生じ，そこに下フランジが落ち込むことによって生じた疲労き裂もある 2),3)。この疲労き裂は，形鋼を組み合わせたリベット桁に生じる特徴がある。これは，アングル材を用いた端補剛材下端が経年で腐食や摩耗し，下フランジとの間にギャップを生じると，支点部のあおりが助長されることによる 6)。
現在でも供用年数の長いリベット桁が多数存在することから，この疲労き裂の発生数は多い。
フランジもアングル材で構成されるプレートガーダーにおいては，疲労き裂に対する補修はフランジ部材を交換するのみとなる（写真 2－2）。ただし，根本原因である支点部のあおりを解消するため，

写真 2－1 下フランジ首部のき裂

写真 2－3 I ビーム桁の当板

図 2－1 支点部のあおり

写真 2－2 下フランジの交換

図 2－2 I ビーム桁の桁端コンクリート巻き立て 8)- 42 -

沓座損傷の補修で支点部をジャッキアップし沓座モルタルを打ち直す必要があり，幾分，補修には手間を要す。
I ビーム桁に対しては，桁が数 m と短く，沓座損傷のためのジャッキアップも必要となることから，疲労き裂の発生した桁を補修せずに交換することも多い。疲労き裂の進展長さが短い場合などは当板により補修する場合もあるが（写真 2－3）
，当板は腹板と下フランジに沿った形状で曲げ加工する必要があるため，一般的な当板と比べると難易度は高い。近年では，補修をより簡易にするため，支点部をジャッキアップせずにアクリル樹脂を注入することで，支点部のあおりを解消した事例もある 7)。
夜間の施工間合いが極端に短く，重機も侵入できない環境にあった I ビーム桁で，図 2－2 に示す
ように支点部をコンクリートで巻き立てて補修した事例もある 8)。コンクリートを介して荷重を橋台天端に伝達することで，疲労き裂の先端に応力がほぼ生じない状態としている（図 2－2）9),10)。なお，単に桁端部をコンクリートで巻き立てるだけでは，列車通過や温度変化の影響により，巻き立てコンクリートと鋼桁の界面がずれたり，橋台との打ち継ぎ面が破壊したりする恐れがある。そこで，鋼桁にはスタッドによるずれ止めを配置し，橋台には鉛直鉄筋を設けて，巻き立てコンクリートと鋼桁・橋台は一体化している。
2.2 開床式下路構造における縦桁・横桁連結部の疲労き裂床版を有していない開床式構造は，死荷重を低減できる一方で，列車の輪荷重が軌道を支える部材に直接作用し疲労き裂が発生しやすい。特に下路形式の構造における縦桁は部材支間が短く剛性も低いことから，輪荷重による変動応力が大きく繰り返し数も多い。縦桁では，いくつかの部位で疲労き裂が発生することが報告されているが 例えば 11)，ここでは縦桁と横桁との連結部に着目して事例を紹介する。
縦桁と横桁の連結部で生じる疲労き裂も幾つかの種類に分類できるが，縦桁に輪荷重が作用した際に横桁との連結部に高い二次応力を生じることが共通した原因である。これは，前述のとおり縦桁と横桁の剛性が低いことによるものであるが，以前の鋼鉄道橋では縦桁端部でせん断力のみを伝達するき裂
縦桁腹板

下フランジ

腹板の切り欠き部

図 2－3 縦桁・横桁連結部の疲労き裂

図 2－4 フランジ連結による補修・補強 12)- 43 -

設計思想としており，腹板のみで横桁と連結されていたことが根本の要因となっている。図 2－3 に，縦桁が完全に破断するまで疲労き裂が進展した事例を示す 12)。この例では，腹板の下端が切り欠かれており，当該部位に応力集中を生じて疲労き裂が発生し，疲労き裂が斜め上方向に進展した（図 2－3）。
対策としては，疲労き裂が発生した縦桁は新規部材に交換したうえで，図 2－4 に示すように隣り合う縦桁同士のフランジを連結しモーメントを伝達できる構造に改良している。なお，鋼鉄道橋の補修マニュアル 13)にも連結部においてフランジを連続させる補強方法が示されている。
現在の設計標準 14)では，モーメントを伝達できる構造として図 2－5 に示すディテールを採用するよう規定しているが，この構造に至る過渡期には，縦桁の下フランジを横桁腹板に貫通させる構造（図2－6）を採用していた時代もあった。この場合，図 2－6 に示すような部位において疲労き裂が発生することが報告されている 15)-17)。これは横桁が面外方向に変形することが一つの要因であり，これに対し，ブラケット部材で補強するとともに，横桁腹板のスリット部は当板で補強する対策が取られている（写真 2－4）17)。

図 2－5 新設設計での縦桁・横桁連結部の構造

写真 2－4 連結部の補強 17)

図 2－6 縦桁のフランジが横桁腹板を貫通した構造における疲労き裂

３．バックルプレート桁のき裂対策
バックルプレート（以下，BP）桁は主に 1950 年代以前に架設された支間 10～30m 程度の橋梁で，
図 3－1 のように有道床鋼橋に用いられた構造である。BP 桁は騒音等への優位性から，当時すでに市街地であった東京，大阪，神戸等の中心部に限定的に架設された。そのため，今日においても BP 桁の架設環境は列車運転密度が多い線区かつ交通量の多い道路上を交差するような市街地が多くを占めており，架け替えが困難であるという課題を抱えている。
BP 桁では写真 3－1 に示すように BP の取り付け部に沿ったき裂が発生することがある。BP は道床バラストを介して列車荷重を支える部材であるため，この種のき裂は看過できない変状といえる。
しかし，桁の架け替えが容易でないことから，このき裂に対して適切な補修・補強を施すことにより，桁の長寿命化を図ることが求められている。

- 44 -

3.1 バックルプレート桁の損傷
BP 桁は図 3－1 の断面図に示すように，BP の上部が防水層（アスファルトシート等）や保護工道床バラスト防水層および保護工（防水層を道床から保護するためのコンクリート），道床で覆われていることから，BP の上面からの調査が困難なため，これまでき裂の原因の究バックルプレート明や合理的な対策の確立に至っていなかった。また，同じ理由でき裂の進展が BP の耐荷性状に与横支材側板Aえる影響も未解明であった。
既往の研究により，BP のき裂の原因として取付け部の局所的な面外曲げ応力による疲労であるA主桁ことが指摘された 18)。筆者らはさらに原因究明を進め，疲労き裂に至る前提条件として，防水機能

A-A 断面図の喪失による BP 上面の腐食の影響が大きいことを実橋調査に基づき明らかにした 19)。また，実物

まくらぎ

大試験体を用いた載荷試験および FEM 解析に基づき，道床バラストの荷重分散効果により，BPの分担荷重が設計値に比べて小さいこと 19)や，き裂が BP の取付け部 4 辺のうち 2 辺全長まで進展

バラスト
側板止め鋼板レール

道床バラスト（砕石）防水層
および保護工

主桁

バックル
プレート

排水樋

保護工
防水層
鋼板

主桁

図 3－1 BP 桁の構造概要（上路形式の例）

しても，設計活荷重に対して BP が耐荷性を満足BPすることを示した 20)。

き裂

3.2 これまでの対策工法
これまでのき裂の対策として，BP の下面を新たな鋼床版で覆い，BP との隙間にモルタルを充填する工法 13)（以下，従来下支え）や，図 3－2に示すとおり道床を撤去した後，既設の主桁や横横支材

漏水跡

主桁

写真 3－1 取付け部に沿うき裂（上路形式の例）

桁に支点を設け，新たな軌道桁を架設する工法 21)（以下，桁式工法）がある。しかし，従来下支えは施工性や経済性，鋼床版上面の腐食等の視認性に課題がある。桁式工法の採用にあたっては，一つの桁に多数取り付けられている BP のうち，どの程度の BP 枚数が損傷しているかがポイントとなる。
つまり桁式工法はき裂が多くの BP で発生した桁では抜本対策として有効であるが 21)，き裂が発生した BP が少ない桁では BP 単位で補修する工法と比較して非効率となる。
そこで，一つの桁あたりの BP 損傷数が比較的少ないケースを対象として，従来下支えに代わる新しい対策として，簡易下支え，および上面補修の 2 工法を考案した。

マクラギ抱き込み式桁横桁(b)設置後の状況(a)断面略図

図 3－2 桁式工法の例 21)- 45 -

3.3 新たな対策工法の開発（1）簡易下支え工法
簡易下支え工法は，図 3－3 に示すように，はしご状に組んだ H 形鋼を主桁等の骨組部材に取付け，その上部にガイド材（溝形鋼）を設け，BP との間に間詰めを行うもので，従来下支えより簡易な補修方法である。簡易下支えは，従来下支えよりも施工性・経済性に優れること，および BP のき裂を下面から目視で確認できること等の利点がある。
載荷試験および FEM 解析の結果，腐食疲労により取付け部の 4 辺全てが破断し，かつ板厚が製作時の 50 %（3.2mm）に減肉した BP においても，設計活荷重に対して BP および簡易下支えの構成材料（H 形鋼，CA モルタル）が耐荷性および耐疲労性を満足することがわかった 20),22)。
さらに，図 3－3(b)に示したように，下路形式の実橋において，き裂が生じた BP に簡易下支えを適用したところ，施工性に問題はなく，また，従来下支えと比較して作業量も約 60%となった。

骨組部材

ガイド材
（溝形鋼）

BP

添接板

H形鋼

き裂間詰め材料(CAモルタル)(a) 構造概略(b) 実橋での適用事例（下路形式での例）

図 3－3 簡易下支えの構造概略と実橋適用事例① BP上面の腐食抑制と道路上への漏水防止

き裂に対する増し厚範囲②BP取付け部の面外曲げ
防水層

BP 応力を低減＋保護工

UFC（厚さ20mm程度）
既設保護工（厚さ50mm程度）

き裂位置

き裂

き裂

UFCの増し厚（20mm）

き 裂 の 進展 抑 止の た
めには①および②の両方の実現が不可欠

既設保護工（多数のひび割れ）

図 3－4 上面補修のイメージと期待する効果(2)上面補修(1)では耐荷性・耐疲労性について BP 取付け部の 4 辺全てが破断しても性能を満足することを述べたが，防水層が機能しない場合，BP 上面の腐食が進行することで BP の欠損なども考えられ，維持管理上は好ましい状態ではない。そこで，BP 上面の腐食対策として上面補修を検討した。
上面補修は，図 3－4 に示すように，BP の取付け部を覆う形で既設保護工上を超高強度繊維補強コンクリート（以下，UFC ： Ultra High Strength Fiber Reinforced Concrete）により増し厚施工する補修方法である。

- 46 -

これにより，BP 取付け部上面の腐食が抑制さ施工前れ，さらに取付け部の局所的な面外曲げ応力が低減することを期待できる。なお，UFC の厚さは施目地工性や所定の道床厚確保のため 20mm と設定した。
なお，図 3－1 に示すとおり，BP は中央部が低既設保護工

い凹型形状であるため，中央の排水孔に向けて十分な排水勾配が取られている。そこで，BP 取付け部を覆う範囲のみに UFC を打設することで防食効果が期待できる。
本工法については，列車の間合いで行う実施工目地施工後を想定した場合，施工時間の制約や UFC の若材齢時期の耐荷性等が懸念された。そこで，実物大中央
縦桁ライン

試験体を用いた施工試験と載荷試験，ならびにFEM 解析を行った。施工試験前後の状況を写真 3－2 に示す。その結果，施工性は良好で，UFC が若材齢時期も含めて長期的な遮水機能と耐荷性を発揮することを検証し，さらに BP の取付け部の面外曲げ応力低減にも寄与する結果を得た。

既設保護工

UFC

レール

※バラストとまくらぎを一時撤去して施工

写真 3－2 上面補修の施工前後の状況
3.4 今後のバックルプレート桁の補修・補強
本章では，BP 桁き裂に対する簡易下支え工法および上面補修について述べた。
同一桁で変状が生じたパネルの割合が多い場合などは，抜本対策として軌道桁工法が挙げられる。
一方，変状パネル割合が少ない場合は個々のパネルに対して簡易下支え工法が有効である。
さらに，き裂発生の要因である BP 上面の腐食進行を抑制する対策として上面補修が有効と考える。
以上のような対策工法を使い分け，あるいは組み合わせることで，取替え困難な BP 桁の長寿命化を目指す。
４．おわりに本稿では，鋼鉄道橋に特有の補修・補強もしくは改良の事例を紹介するとともに，近年開発したバックルプレート桁のき裂および腐食への簡易下支え工法と上面補修工について開発経緯も含めて示した。

参考文献
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20) 福本守，木村元哉，小林裕介，小野秀一，橋本国太郎：き裂を有するバックルプレートの耐荷性状と簡易な補修方法の開発．構造工学論文集．Vol.65A．pp.492-505．2019.3.
21) 小池健司，馬場正光：バックルプレート桁改良工事の施工について．SED．No.22．pp.2-7．2004.5.
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