USP – 枕木パッド...2009/05/21 · Dr. Schilder, 21st of May 2009...

Dr. Schilder, 21st of May 2009

GB Bau und Instandhaltung

USP – 枕木パッド

工学博士ルドルフ・シルダー（Rudolf Schilder）GB 建設保守責任者


GB Bau und Instandhaltung軌道に弾性体が必要な理由

a = 60 cm a = 60 cm

Beton

Tragschicht

UIC 60

Radlast Q s 0.85 Q最大≥

≥固定軌道

C 1000 kN/mm³

a = 60 cm a = 60 cm

Schotter

Tragschicht

UIC 60

Radlast Q

バラスト軌道C = 0.05～0.15 N/mm³

s =0.3 Q～0.4 Q最大

Introduction


GB Bau und Instandhaltung弾性体

弾性体 – レールパッド

弾性体 – 枕木パッド（USP）

弾性体 – バラスト下マット

はじめに


GB Bau und Instandhaltungレールのうねり

はじめに


GB Bau und Instandhaltungレールのうねり – 結果

はじめに



USP – ÖBB ヒーフラウ地区試験軌道のレールのうねり

km 99.1～km 99.6 R = 265 m、ümax = 154 mm、V = 70 km/h

MP 1（軟質）USPMP 2（硬質）USP

MP 3（B19）MP 0（B19）

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0

0.300

0.250

0.200

0.150

0.000

0.050

0.100

ヒーフラウ地区の試験軌道 – 軌道 2

負荷（100 万総トン）

平均振幅（m

m）

02.1

0.19

97

21.0

1.19

98

14.0

5.19

98 09.1

1.19

98

08.0

7.19

99 17.1

1.19

99

17.0

7.20

00

14.1

1.20

00

はじめに


GB Bau und InstandhaltungUIC（国際鉄道連合）枕木パッド（USP）プロジェクト

● USP の使用歴はすでに 10 年以上：

USP の利点のいくつかはよく知られています

● USP プロジェクトの結果は UIC 最終レポート（2009 年 3 月 26 日付け）に

まとめられています

● プロジェクト開始日：2005 年 5 月 1 日

● プロジェクト終了日：2007 年 6 月 30 日

● プロジェクト実施期間：26 ヵ月

UIC（国際鉄道連合）USP プロジェクト


GB Bau und InstandhaltungUSP プロジェクト参加メンバー




DB Deutsche Bahn （ドイツ）

Dorothee Stiebel / Rüdiger Garburg / Ullrich Kleinert / Matthias Krüger

PKP （ポーランド）

Rafal Fraczek

BANVERKET （スウェーデン）

Rikard Bolmsvik

OSE （ギリシャ）

Tassia Assimakopoulou / Evangelos Christogiannis / Manto Mintzia

CD （チェコ）

Roman Adamek / Otto Plásek

所属鉄道会社氏名

HZ （クロアチア）

Tomislav Hozjan

PRORAIL （オランダ）

Coen Valkenburg /Arthur Kappers

SBB （スイス）

Philippe Schneider

Network Rail （英国）

Geoff South

ÖBB （オーストリア）

Rudolf Schilder / Peter Plica / Frank Maier

SNCF （フランス）

Rodolphe Potvin

JBV （ノルウェー）

Stein Olav Lundgren

所属鉄道会社氏名

作業グループメンバー



GB Bau und Instandhaltung作業パッケージ（WP）

WP1USP の現状

WP2理論調査 / 計算

WP3空気伝播ノイズと構造物伝播ノイズ

WP4USP 素材の標準化

WP5実験室測定

WP6現場測定

Frank Maier（ÖBB）

Matthias Krüger（DB）Peter Plica（ÖBB）

Philippe Schneider（SBB）

Rodolphe Potvin（SNCF）

Philippe Schneider（SBB）

Rüdiger Garburg（DB）




WP1 – Frank Maier（ÖBB）USP の現状

USP の利点：

● 軌道品質の向上

● 軌道安定性の向上

● バラスト層厚減少の可能性

● 道床から伝わるノイズ / 振動の低減が可能

● 軌道の弾性の局部的ばらつきの補正

● 急カーブでピッチの長いうねりが減少

● 車両保守作業の軽減




WP2a – Matthias Krüger（DB）理論調査 / 計算

軌道のダイナミックシミュレーション

影響現実結果

● レール / 枕木に作用する負荷の軽減

● バラスト / 道床構造内の応力の低減


UIC プロジェクト：枕木パッド

軌道の動特性シミュレーション：硬さの異なるパッドを組み合わせた場合

（a）真円の車輪

（b）真円でない車輪

（c）フラットな箇所のある車輪

軌道動特性の計算：

車両：ICE 1型貨車

v = 160km/h

バラスト軌道で硬さの異なるパッドを組み合わせ使用：（a）レールパッド（b）枕木パッド（c）バラスト下パッド

軌道の動特性



WP2a – Matthias Krüger（DB）理論調査 / 計算

基準：

● 道床構造

● パッド

● USP

USP の品質基準としての弾性は、

私たちが考えたほど重要ではなかった。


0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

180%

200%

None 0,50 0,35 0,25 0,15 0,08 0,05Bedding Modulus USP [N/mm3]

Rel

ativ

e Po

wer

in B

alla

st [%

]

„Best-case“: concrete + soft pad(EV2 = 500 MN/m2 ; k = 60 kN/mm)„Best-case“: concrete + soft pad(EV2 = 500 MN/m2 ; k = 60 kN/mm)

„Worst-case“: soft soil + hard pad(EV2 = 60 MN/m2 ; k = 600 kN/mm)„Worst-case“: soft soil + hard pad(EV2 = 60 MN/m2 ; k = 600 kN/mm)

„ Standard (a)“: medium soil + soft p(EV2 = 100 MN/m2 ; k = 60 kN/mm)„ Standard (a)“: medium soil + soft p(EV2 = 100 MN/m2 ; k = 60 kN/mm)

„schlechtester Fall“: Weicher Boden + harte Zwischenlage

„Standard (a)“: Mittlerer Boden + weiche Zwischenlage

„bester Fall“: Beton + weiche ZwischenlageBettungsmodul USP [N/mm³]

Rel

ativ

e En

ergi

e im

Sch

otte

rbet

t [%

]0



● 比較可能な条件下での USP の上下方向移動量は 40～70％


● USP 枕木の加速度の増加

● 硬質パッド＋軟質 USP クラックの危険

● 軟質パッド＋硬質 USP 軸荷重増大の可能性

Setzungen eT [mm]

Tonnage [Mio. t]

schlechte Strecke

mittlere Strecke

gute Strecke


WP2b – Peter Plica（ÖBB）枕木の選定 / 枕木のデザイン



WP2b – Peter Plica（ÖBB）枕木の選定 / 枕木のデザイン

UIC リーフレット 713 準拠の枕木デザイン計算モデルの拡張

● 動的 USP 係数 yu

● 静的レール負荷拡散に関する拡張係数 yd

● 動的サービス係数 yv

● バラスト上下動のばらつき係数 yi




WP3 – Dorothée Stiebel / Rüdiger Garburg（DB）構造物伝播ノイズ（振動）

● 40 Hz 以上の振動の大幅減

● 遮音量（通過帯域損失）：8～15 dB

● ベディング係数と遮音量の間に

シンプルな関係は存在しない


UIC プロジェクト「枕木パッド」

ベルン：2006/06/26

結果：枕木パッドの振動減衰効果

振動数[Hz]

遮音量

[dB]

結果：

枕木パッドは、すべてのケースで40 –50Hz以上の振動に対し減衰

効果を示した。

最大の遮音量は15 dBに達した。

同一現場では、硬質パッドより軟質パッドの遮音効果が優る。

ただし、ベディング係数と遮音量の間にシンプルな関係は見だし得なかった。



WP3 – Dorothée Stiebel / Rüdiger Garburg（DB）空気伝播ノイズ（騒音）

● 顕著な影響は無し

● 騒音レベルがわずかに増加

● スイス（キーセン）での

測定結果からすると、増加幅は

最高で 5 dB (A) 程度


UIC プロジェクト「枕木パッド」

ベルン：2006/06/26

遮音量

[dB]

振動数[Hz]

結果：車輪回転ノイズに対する枕木パッドの影響

結果：

遮音量の著しい増加は認められなかった。

ただし、スイスでの測定結果は、最大5dB(A) 増加する可能

性があることを示している。



WP4 – Philippe Schneider（SBB）USP 素材の標準化

● ショア硬さは、66～92 Shore Aの範囲でまちまち

● 静的ベディング係数

cstat1 ∼ 0.30 N/mm³現実には大きなばらつき


UIC 枕木パッド作業グループ

サブプロジェクト：素材の標準化

コンクリート製枕木と弾性パッドの組み合わせ



WP4 – Philippe Schneider（SBB）USP 素材の標準化

● 動的ベディング係数（cdyn i）測定上の問題点

● 硬質 USP に伴う問題 – 表面が平坦でないことが多い。

誤った結果

実験結果と実際の軌道特性の不整合

新しい（より優れた）テスト法が必要




WP5 – Rodolphe Potvin（SNCF）実験室測定

● ドイツとフランスの USP 疲労試験法のベンチマーク比較

フランスの試験法の方が過酷 – より多くの穿孔が確認された

● 疲労試験後に、静的 / 動的ベディング係数を測定

平坦化された表面では以前と同じ問題

実験室の結果が、実際の軌道特性と一致しない


Deutscher Ermüdungstest

Französischer Ermüdungstest



WP5 – Rodolphe Potvin（SNCF）実験室測定




WP6 – Philippe Schneider（SBB）現場測定


-Referenzstrecke ohne USP2836

≤ 0,3Tiflex / UKTR1-85MUSP52165

∼ 0,3Sateba / FPRAUSP42164

≥ 0,3Spreepolymer / DS01USP32163

∼ 0,3Müller-RST / DM01USP22162

∼ 0,3Getzner / ASLB3007GUSP12161

cstat der USP [N/mm³]HerstellerUSP BezeichnungLänge

[m]Abschnitt

Nr.

-Referenzstrecke ohne USP2836

≤ 0,3Tiflex / UKTR1-85MUSP52165

∼ 0,3Sateba / FPRAUSP42164

≥ 0,3Spreepolymer / DS01USP32163

∼ 0,3Müller-RST / DM01USP22162

∼ 0,3Getzner / ASLB3007GUSP12161

cstat der USP [N/mm³]HerstellerUSP BezeichnungLänge

[m]Abschnitt

Nr.

スイス（キーセン）での測定



Verd

rehu

ng [‰

]

Verd

rehu

ng [‰

]

Verdr. 09-2005

Verdr. 03-2006

Verdr. 10-2006


軌道品質：

● レールのよじれ

● 高低レベル

USP 使用区間では、USP 不使用の参照区間に比べ軌道品質に改善が見られた





上下方向の移動量：

● 数値は 0.80～1.70 mm

● USP 使用区間はより均一な挙動を呈した





横方向の抵抗

● 横方向の抵抗は概して低下した

● 横方向の抵抗が最小だったのは、最も軟質の USP の場合である



GB Bau und Instandhaltungまとめ

6 つのワークパッケージにより、USP の短期 / 長期の特性を調査。

その結果、以下の事実が確認された：

● 構造物伝播ノイズを低減可能

● 軌道品質の向上

● バラスト層厚を減少可能

● 枕木デザインへの影響はない

● 急カーブでピッチの長いうねりが減少



GB Bau und Instandhaltungまとめ

USP のそのほかの利点：


● 高周波振動と構造物伝播ノイズの減少 – UBM（バラスト下マット）の代わりに USP を使用した場合

● 鉄道車両の保守の減少、LLT 期間の延伸



GB Bau und Instandhaltung未解決の質問

● ノイズ – USP の違いによる挙動の差異

● 振動 – USP の違いによる挙動の差異

● 標準化 – 試験方法

● 標準化 – 実験室測定と実際の軌道特性の関係

● 横方向の抵抗 – USP の違いによる挙動の差異

● 長期的特性

● 耐用寿命




フランケンマルクト、4014 軌道 1試験軌道、施工：2001 年 9 月

フランケンマルクト、4014 軌道 1

試験軌道V = 110 km/h

1267.71 80.34 184.11 80.34 135.35

110.10 210.63 160.15188.94 110.09 877.13c = 80 mm

USPc = 152 mm

R=420.7 R=430.7 R=420.7

R=770.4

274,900 277,800

274,

403

275,

671

275,

751

275,

935

276,

015

276,

149

276,

259

276,

448

276,

658

276,

819

276,

929

277,

806




USP




sigh_M003_07112001_100m sigh_M006_29082002_100m sigh_M009_10072003_100msigh_M012_01072004_100m sigh_M016_28072005_100m sigh_M021_20072006_100msigh_M025_30082007_100m

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0mm

275.0 275.2 275.4 275.6 275.8 276.0 276.2 276.4 276.6 276.8 277.0 277.2 277.4 277.6 277.8km

USP


GB Bau und Instandhaltung標準偏差 – 高低レベル


USP 軌道 1 直線区間軌道 2 直線区間ペンドルフ駅

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0mm

年2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008


GB Bau und Instandhaltung標準偏差 – 水平レベル

USP 軌道 1 直線区間軌道 2 直線区間ペンドルフ駅

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0mm

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 年



GB Bau und Instandhaltung分岐点における USP 実験（ÖBB）

W102 W103EW UIC60-1200-1:18.5 Fz(Be)Li EW UIC60-1200-1:18.5 Fz(Be)Re

W101 W104EW UIC60-1200-1:18.5 Fz(Be) HBS-HB左 EW UIC60-1200-1:18.5 Fz(Be)右

運行中

新設

USP移行ゾーン（枕木 12 本）

可動フロッグ

軌道 1UIC60 BE19A 1994

軌道 2UIC60 BE19A 1992

シングルブロックフロッグ

USP

バーデンバイウィーン


GB Bau und Instandhaltung分岐点における USP 実験（ÖBB）

軌道 1、分岐点 103、102 USP軌道 1、移行ゾーン、枕木 12 本 USP

軌道 2、分岐点 101 MF




分岐点における USP 実験（ÖBB）結果 – レール 1


0

Gleisbereich “Bad Vöslau”

50 100 150 200 250 300 350 400 450 490

0.0000 m

Weiche 104Gleisbereich “Mitte”Weiche 101Gleisbereich “Baden”

0


50 100 150 200 250 300 350 400 450 490

0.0000 m

Weiche 103

Gleisbereich “Mitte”

Weiche 102Gleisbereich “Baden”

Gleis 1, Strang 1Nullmessung vom 21. Oktober 2002Erstmessung vom 4., 5. und 6. November 2002Zweitmessung vom 2., 3. und 4. Dezember 2002Drittmessung vom 1. und 2. April 2003Viertmessung vom 22. und 23. Juli 2003

Gleis 2, Strang 1Nullmessung vom 4., 5. und 6. November 2002Erstmessung vom 2., 3. und 4. Dezember 2002Zweitmessung vom 1. und 2. April 2003Drittmessung vom 22. und 23. Juli 2003



分岐点における USP 実験（ÖBB）結果 – レール 1


0


50 100 150 200 250 300 350 400 450 490

0.0000 m

Weiche 103

Gleisbereich “Mitte”

Weiche 102Gleisbereich “Baden”

0


50 100 150 200 250 300 350 400 450 490

0.0000 m

Weiche 104Gleisbereich “Mitte”Weiche 101Gleisbereich “Baden”

Gleis 1, Strang 2Nullmessung vom 21. Oktober 2002Erstmessung vom 4., 5. und 6. November 2002Zweitmessung vom 2., 3. und 4. Dezember 2002Drittmessung vom 1. und 2. April 2003Viertmessung vom 22. und 23. Juli 2003

Gleis 2, Strang 2Nullmessung 4., 5. und 6. November 2002Erstmessung vom 2., 3. und 4. Dezember 2002Zweitmessung vom 1. und 2. April 2003Drittmessung vom 22. und 23. Juli 2003



分岐点における USP 実験（ÖBB）結果 – 分岐点の上下方向移動量

レール 1

レール 2


14 日-0.0024-0.0028

42 日 161 日 274 日-0.0032 -0.0053 -0.0072-0.0034 -0.0064

W 102 USPW 103 USP

m0.0000

-0.0250

-0.0050

-0.0100

-0.0150

-0.0200

28 日-0.0047-0.0047

147 日 260 日-0.0113 -0.0159-0.0125W 104 SBF

W 101 MF-0.0147

-0.0050

-0.0026-0.0025

-0.0034 -0.0055 -0.0076-0.0032 -0.0068

14 日 42 日 161 日 274 日W 102 USPW 103 USP

m0.0000

-0.0250

-0.0050

-0.0100

-0.0150

-0.0200

28 日 147 日 260 日

W 104 SBFW 101 MF -0.0041 -0.0095 -0.0129

-0.0043 -0.0100 -0.0123

-0.0049



W101 6.9.2006バーデンバイウィーン



mm

標準偏差 – 高低レベル

2003 2004 2005 2006 2007 2008

sd_vert_W101 sd_vert_W102 sd_vert_W103 sd_vert_W104

PLMPLM

5

4

3

2

1

0



GB Bau und Instandhaltung標準偏差 – 斜め方向

cant_W101 cant_W102cant_W103 cant_W104

0

5

10

15

20

2003 2004 2005 2006 2007 2008

PLM

PLM




マルケルスドルフ、2306 軌道 3高低レベル

高低レベル、左高低レベル、右 L.L.QN3駅鉄橋踏切りS & C トンネル Vmax

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25mm

0

100

200

70.8 71.0 71.2 71.4 71.6 71.8 72.0 72.2 72.4km

V

バラスト層 20 cmバラスト層 30 cm

USP

マルケルスドルフ、2306 軌道 3




USPバラスト層 20 cm

USPバラスト層 30 cm



標準偏差 – 高低レベル12 の軌道レコード（2001 年 9 月～2008 年 3 月）

マルケルスドルフ、2306 軌道 3マルケルスドルフ、2306 軌道 3

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

70.8 71.0 71.2 71.4 71.6 71.8 72.0 72.2 72.4km

mm

sd_vert_2008_04_03 sd_vert_2007_10_17 sd_vert_2007_04_13 sd_vert_2006_05_18sd_vert_2005_12_07 sd_vert_2005_05_18 sd_vert_2004_10_14 sd_vert_2004_04_01sd_vert_2003_11_05 sd_vert_2003_07_10 sd_vert_2002_05_29 sd_vert_2001_09_27

バラスト層 20 cmバラスト層 30 cm

USP




標準偏差 – 高低レベル

軌道 1 直線区間軌道 2 直線区間 USB_20cm USB_30cm

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0mm

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

年




標準偏差 – アライメント

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0mm

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

年

軌道 1 直線区間軌道 2 直線区間 USB_20cm USB_30cm


GB Bau und Instandhaltungマルケルスドルフ、2306 軌道 3



GB Bau und InstandhaltungÖBB の標準化例




アンガーン・デュルンクルト、2144 軌道 2

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4mm

42.0 42.2 42.4 42.6 42.8 43.0 43.2 43.4km

アンガーン・デュルンクルト、2144 軌道 2高低レベル、軌道レコード

試験軌道

USP 無しUSP スプリット

タイプ

USP コーンタイプ

USP




試験軌道



0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0mm

42.0 42.2 42.4 42.6 42.8 43.0 43.2 43.4 km

rolling_sd_vert_2008_03_10rolling_sd_vert_2007_09_17 rolling_sd_vert_2006_12_04

試験軌道

USP 無しUSP スプリット

タイプ

USP コーンタイプ

USP


rolling_sd_vert_2008_06_30


GB Bau und Instandhaltung標準偏差 – 高低レベル


K1_USP L2_no USP_beforeL2_splitted USP L2_no USP_after

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0

mm

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

年

L2_conic USP

試験軌道



ÖBB の標準化例S&C 60-500 – 1:12 – FZ(B)



ÖBB の USP 使用数最初の設置は 1989 年

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

100.000

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

110.000

120.000

USP モノブロック枕木数1997 年～2009 年

USP モノブロック枕木数1997 年～2009 年

S&C レイアウト数：176

拡張ジョイント数：4

S&C レイアウト数：176

拡張ジョイント数：4

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