JP3621052B2

JP3621052B2 - 防音壁

Info

Publication number: JP3621052B2
Application number: JP2001148165A
Authority: JP
Inventors: 厚越智; 公夫三谷; 寛越智; 康輔吉村
Original assignee: Toray Industries Inc; Hankyu Corp
Current assignee: Toray Industries Inc; Hankyu Corp
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2021-05-17
Also published as: JP2002339320A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道軌道、道路などに設置される防音壁の構造に関するものであり、特に優れた防音性能を有する防音壁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道軌道、道路などに設置される防音壁には、その防音性能を確保するために、コンクリート等の比較的重い素材が用いられてきた。特に、騒音だけでなく大きな振動の発生を伴う、鉄道高架橋等に設置する防音壁については、そのほとんどがコンクリート製、もしくは鉄製支柱にコンクリートパネルを取り付けたものであった。
【０００３】
最近になって、主として施工性向上の観点から、軽量な防音壁の需要が高まり、コンクリートに限らず、プラスチックなどの軽量な素材を用いた防音壁が開発されつつある。しかし、特に鉄道高架橋等に設置する防音壁については、車両通過時に発生する振動により、防音壁が軽量であると共振しやすくなり、その共振により防音性能が低下する可能性があるため、軽量な防音壁を採用することが難しかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、特に鉄道高架橋等の大きな振動を伴う箇所についても、防音性能を低下させることのない、軽量構成の採用が可能な防音壁を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る防音壁は、鉄道軌道、道路などに設置される防音壁において、鉄道軌道、道路などに設置される防音壁において、防音壁を構成する部分として少なくとも防音部と建築物躯体への取付部とを有し、かつ防音部を除く防音壁の構成部分のいずれかに、他の部分よりも弾性率または剛性の低い箇所が存在することを特徴とするものからなる。
【０００６】
上記他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分とは、防音壁内に防音壁構成部分の一部として設けられるものであり、防音壁と建築物躯体との間に設けられる通常の防振ゴムなどの防振部材あるいは振動吸収部材とは異なるものである。すなわち、本発明に係る防音壁は鉄道軌道、道路などに対し屋外に設けられるものであるので、通常の単なる防振ゴム等を使用すると雨や日光に曝されて経年劣化により十分に長い耐用年数が期待できないため、十分に長い耐用年数を確保できる防音壁構成部分の一部として、上記他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分が設けられる。
【０００７】
上述の他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分は、防音部を支える柱体または該柱体を建築物躯体に固定する取付部の一部分として構成することができる。また、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分は、防音部を支える柱体と、柱体を建築物躯体に固定する取付部との間に設けられることもできる。
【０００８】
この他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分は、次のような特性を備えていることが好ましい。たとえば、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分に対して、その部分よりも防音部側にある部分の総重量の１０倍の荷重を負荷したときに、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分の最大変形量が１ｍｍ以上であることが好ましい。
【０００９】
すなわち、防音壁そのものを、バネに支えられた質点と考えると、その質点バネ系の固有振動数ｆは、
ｆ＝１／２π×√（Ｋ／Ｍ）
Ｋ：バネ定数
Ｍ：質量
となる。これより、
Ｋ＝（２πｆ）^２×Ｍ
となり、バネ定数Ｋを、上式で得られる値よりも小さく（軟らかく）すれば、ｆを超える振動数の振動は、質点に伝わりにくいものと考えられる。そして、ｆを、人間の耳障りな音にならない５０Ｈｚとすると、
Ｋ＝１０万×Ｍ
となる。ここで、単位をＳＩ系からｋｇ、ｍｍに読み替えると、
１０万×Ｍ（Ｎ／ｍ）＝１０×Ｍ（ｋｇｆ／ｍｍ）
となり、これは、自重の１０倍の荷重を負荷した場合、１ｍｍ変形するバネに相当する。したがって、前述の如く、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分よりも防音部側にある部分の総重量の１０倍の荷重を負荷したときに、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分の最大変形量が１ｍｍ以上であると、優れた防振効果が得られ、それによって優れた防音効果が得られることになる。
【００１０】
また、より具体的には、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分は、厚さ６ｍｍ以下の金属製単板で形成することができる。また、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分は、厚さ１０ｍｍ以下の繊維強化プラスチック製単板で形成することもできる。
【００１１】
すなわち、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分は、各種の方法によって形成できる。たとえば、他の部分よりも軟らかい材質（たとえば、スチールに対してアルミ、金属に対して繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、ＦＲＰに対してはゴムなど）を用いることにより、この部分を構成できる。また、他の部分よりも形状的に軟らかくする（たとえば、厚さを薄くする、サンドイッチ構成を単板にするなど）ことにより、この部分を構成することもできる。また、ＦＲＰの場合には、強化繊維の配向を変更したり（たとえば、０°配向を４５°配向に変更）や強化繊維の含有量を変更することによって、他の部分よりも弾性率または剛性の低くすることが可能である。これらのいずれの手法を用いても差し支えない。特にこの部分をＦＲＰで構成する場合には、強化繊維の配向を工夫することにより、強度を落とすことなく剛性を落とすことができるので、風圧に耐えなければならない防音壁の場合には、理想的なものを実現できる可能性が高い。
【００１２】
本発明における防音部は特に限定されず、コンクリート製や金属製、繊維強化プラスチック製のもののいずれでもよい。防音壁全体の軽量性を重視する場合には、とくに繊維強化プラスチックを用いて構成したものが好ましい。たとえば、少なくとも防音部が、心材と心材の両面側に位置する繊維強化プラスチック製のスキン材とで構成されていることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の防音壁の望ましい実施の形態について、実施例に基づいて説明する。
【００１４】
【実施例】
実施例１
図１および図２は、本発明の実施例１に係る防音壁の斜視図で、図１は正面側から見た図、図２はその背面側から見た図である。実際の設置に際しては図の防音壁１を複数個水平方向や上下方向に併設して連続した防音壁を構成する。いずれの側を車輌の通行側にするかはその用途や設置場所によるが、鉄道車輌の場合は通常、背面側を車輌の通行側にする。
【００１５】
本実施例では、防音壁１は、防音部２と、柱体３と、取付部４とで構成され、これらが一体的に成形されている。本実施例においては、取付部４は防音部２の下部に設けられている。ただし、設置場所によっては、防音部２の左右または上部であってもよく、このような態様も本発明に含まれる。
【００１６】
防音部２は、騒音の拡散防止と保線作業員の転落防止とを達成するための平面形状に形成されており、かつ、複数の防音部２を連接できるよう、矩形状に形成されている。断面構造は、図１に示すように、中心に位置する心材２ｄと、その両面側に位置するスキン材２ａ、２ｂと、両スキン材２ａ、２ｂをつなぐリブ２ｃとからなり、これらは一体成形されている。防音部２の外形寸法は、用途にもよるが、鉄道高架橋における高欄として使用する場合は、縦寸法Ｈが５００〜３０００ｍｍ、好ましくは１０００〜２０００ｍｍ、横寸法（幅）Ｗは１体で最大２５ｍ位まで実現可能であり（それ以上になると、寸法的に運搬が難しくなる。）、比較的小型のものを連接する場合、横寸法Ｗが５００〜２０００ｍｍ、厚さＴが１０〜１００ｍｍの各範囲内であることが、騒音の拡散防止と保線作業員の転落防止の観点上好ましい。横寸法Ｗが比較的大きい場合には、防音部２の少なくとも一部を、高架橋などのカーブに沿って湾曲した湾曲部に形成し、防音壁として曲面部を有するものに構成することもできる。
【００１７】
心材２ｄは、防音とともに、曲げ剛性確保のためのスペーサの役割をするものであり、その材質としては、例えば３０倍発泡の硬質ウレタン発泡体等の軽量の材料を用いることが好ましいが、その他木材、ハニカム材としてもよい。また、防音効果を高めるために振動減衰効果の高い材料を選択する等、特殊な機能を付加するための材料を用いてもよい。心材２ｄの好ましい厚さｔ_１は８〜９８ｍｍの範囲であり、より好ましくは３０〜７０ｍｍの範囲内である。
【００１８】
スキン材２ａ、２ｂは、本発明の防音壁の外表面を構成するもので、繊維強化プラスチックで構成されている。強化繊維としては、例えばガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が挙げられ、その繊度は１００〜２０００ｄｔｅｘの範囲内のものが好ましいが、小片の落下防止等の観点からは２００〜１０００ｄｔｅｘがより好ましい。また、マトリクス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等が挙げられるが、小片の落下防止の観点からはエポキシ樹脂を用いるのが好ましい。強化繊維の体積含有率Ｖｆとしては、１５〜６０％が好ましく、３０〜５０％がより好ましい。また、防音部２の全厚さＴと、各スキン材２ａ、２ｂの厚さｔ_２との比Ｔ：ｔ_２としては、５：１〜５０：１の範囲内にあることが好ましい。この範囲を超えてスキン材２ａ、２ｂの厚さｔ_２が厚くなると、本発明の防音壁の特徴である軽量性が損なわれる。また、逆にスキン材２ａ、２ｂがこの範囲よりも薄くなると、防音壁に必要な主として台風時等の風圧に対する強度が十分に発現できなくなるおそれがある。とくに軽量性を確保するためには、柱体３と取付部４を除く、防音部２の単位面積あたりの重量が、１０〜６０ｋｇ／ｍ^２の範囲内にあることが好ましい。
【００１９】
また、難燃性を重視する場合には、スキン材２ａ、２ｂを形成する繊維強化プラスチックのマトリクス樹脂として高難燃性の樹脂、たとえばフェノール樹脂を用いることも可能である。
【００２０】
柱体３は、防音部２の両側を支持するもので、その構成は本実施例では前述の防音部と同様、中心部の心材３ｂとこれを包囲する繊維強化プラスチックからなるスキン材３ａとで構成されている。本実施例では、柱体３は、その外形形状が防音部２の上下方向に沿って先細になるように形成されており、防音部２と一体的に成形されている。なお、柱体３は、防音部２に強度を要する場合に必要に応じて設けるものであるが、例えば台風シーズン時のように相当の風圧に耐えるには、防音部２のスキン材２ａ、２ｂの内部に、炭素繊維強化プラスチックからなる層を少なくともスキン材に対する厚さ比で５％以上含むことが望ましい。また、さらに強化するためには、柱体３のスキン材３ａも同様に炭素繊維強化プラスチックからなる層を少なくともスキン材に対する厚さ比で５％以上含むことが望ましい。また、風圧に対する防音壁のたわみや共振を防ぐ必要があるが、その場合には、防音部や柱体部におけるスキン材２ａ、２ｂやスキン材３ａの強化繊維の種類や量、マトリクス樹脂の種類を適宜設計することで両部材の曲げ剛性を高くすることができる。
【００２１】
このような構造を採用することにより、防音部２には柱体３間の幅方向のみに強度と剛性を持たせ、柱体部には鉛直方向にのみ強度と剛性を持たせればよくなり、繊維強化プラスチック特有の材料異方性を利用した、強度・剛性上無駄な材料を使用しない設計が可能となり、さらなる軽量化を実現することができる。
【００２２】
このように、面体としての防音部２には主として横（幅）方向に強度と剛性を持たせればよいので、防音部２の繊維強化プラスチック製スキン材２ａ、２ｂが、たとえば、柱体３の延在方向に対して６０°以上の傾きを持つ方向に延びる連続強化繊維を含むことが好ましい。また、リブ２ｃについても、面体としての防音部２には主として横（幅）方向に強度と剛性を持たせればよいので、リブ２ｃの少なくとも一部が、たとえば、柱体３の延在方向に対して６０°以上の傾きを持つ方向に延設されていることが好ましい。
【００２３】
取付部４は、本実施例では、側面形状が三角形状のものに形成されており、ケミカルアンカー５ａ、金属プレート５ｂ、ナット５ｃなどで建築物躯体６に固定されるが、要はコンクリート面や金属面などの躯体にボルト、ナット類などの適当な締結金具で固定されればよいので、その固定手段、形状、材質、寸法などには限定されない。
【００２４】
このような本実施例に係る防音壁１では、まず、軽量化が可能となる。すなわち、防音部２と柱体３とが繊維強化プラスチックからなるスキン材を用いて構成されているので、コンクリートや鉄等の一般的な金属に比べて比強度が高く、防音壁用パネルとしての必要な強度を持たせることと大幅な軽量化を図ることができ、重機類などの専用架設装置を用いずとも高所への設置を容易にできる。
【００２５】
そして、本実施例においては、防音壁１内における防音部２から建築物躯体６までの間に設けられる、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分７は、繊維強化プラスチック製の取付部４のアンカー５ａの挿通部分、つまり、取付部４の一部として形成されている。この他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分７は、本実施例では、厚さ６ｍｍのガラス繊維強化プラスチック製の単板に構成されている。
【００２６】
この他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分７が、振動の防止や振動による騒音発生の防止に対し有効に作用するには、つまり、振動を有効に吸収するかあるいは振動伝播経路を有効に遮断するには、その低い弾性率または剛性を発現させるために変形を許容できるように固定されていなければならない。このこと、および、この他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分７による効果を確認するために、以下のような試験を行った。
【００２７】
図３に示すように、上記防音壁１を、加振装置の加振テーブル１１上に固定し、加振時に防音壁１に伝達されてくる振動を、防音部２の上端部近傍に取り付けた加速度ピックアップ１２により、振動周波数（Ｈｚ）に対する加速度（Ｇ）として測定した。
【００２８】
まず、図４に示すように（図４は防音壁１を図２の矢印Ａ方向から観た防音壁部分を示している。）、防音壁１の他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分７を完全に加振テーブル１１の上面に密着させて固定したところ、振動周波数（Ｈｚ）に対する加速度（Ｇ）の特性は図５に示すようになった。この固定方法では、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分７が完全に加振テーブル１１の上面に密着固定されているので、部分７の独自の変形は許容されず、したがって、本発明で意図した、部分７の弱い弾性率または剛性の特性は発揮されていない。この場合、図５に示すように、軽量の防音壁１は、種々の周波数域で共振し、とくに２００Ｈｚ〜３００Ｈｚの領域内でいくつかの共振点を有しており、優れた防音効果を発現しにくくなっていることがわかる。
【００２９】
次に、図６に示すように、防音壁１の他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分７を、スペーサ１３を介在させて加振テーブル１１の上面から浮かせた状態で固定し、部分７の変形を許容してその低い弾性率または剛性を発現可能にして測定したところ、振動周波数（Ｈｚ）に対する加速度（Ｇ）の特性は図７に示すようになった。この場合、図７に示すように、軽量の防音壁１であっても、加振テーブル１１からの振動は、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分７により効果的に吸収あるいは遮断され、共振の発生がほとんど完全に防止されて、防音部２における振動はきわめて小さく抑えられていることがわかる。つまり、防音壁１内に、このような他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分７が存在することにより、軽量の防音壁１であっても共振が効率よく抑えられ、所望の防音効果を発現させることが可能とされていることがわかる。
【００３０】
このように、本発明では、防音壁内の建築物躯体から防音部に至るまでの経路に、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分を存在させることにより、きわめて有効に共振の発生を防止でき、その結果、防音部に設計的に意図した所望の性能を発揮させることが可能になる。
【００３１】
実施例２
図８〜図１２は、本発明の実施例２に係る防音壁およびそれを用いた試験を示している。図８は、一つの防音壁２１を示しており、本実施例においては、防音部２２は、平板状のパネルに構成されており、該防音部２２は前述の図１に示したような、心材と心材の両面側に位置するスキン材とのサンドイッチ構造を有している。この防音部２２に、金属製の柱体２３、本実施例では肉厚２ｍｍのＳＵＳ製のパイプからなる柱体２３が、防音部２２と一体的に設けられている。柱体２３は防音部２２の下方まで延び、この延設部分が建築物躯体への取付部２４に構成されている。防音部２２内にリブを設ける場合には、柱体２３の延在方向２５に対して６０°以上の傾きを持つ方向２６に延設されることが好ましい。また、防音部２２の繊維強化プラスチック製スキン材は、柱体２３の延在方向２５に対して６０°以上の傾きを持つ方向に延びる連続強化繊維を含むことが好ましい。
【００３２】
このような防音壁２１を、図９に示すように、鉄道高架橋２７の防音壁として複数連接した。高架橋２７の側面に対し、高架橋２７の側面に設けたアンカーボルト２８を用い、図１０、図１１にも示すようにスペーサ２９を介在させて取付部２４を浮かせた状態でナット３０により固定した。また、取付部２４の外面側には高架橋２７の側面を覆うカバー３１を設け、アンカーボルト３２、ナット３３により固定した。高架橋２７のトラフ部３４の鉄道側にはバラスト３５が敷設されているが、反対側のトラフ部３４と防音壁２１との間は空間が形成されてしまうので、保線作業等のためにこの空間を埋めるべく、適当な充填ブロック３６が介装されている。
【００３３】
このような構成の防音壁２１では、とくに図９、図１１に示すように、肉厚２ｍｍのＳＵＳ製のパイプからなる柱体２３が高架橋２７の側面に対し浮かせた状態で固定されているので、図１１の矢印で示すように、薄いＳＵＳ製の板状体からなる柱体２３の高架橋２７側部分の変形が許容され、この部分が、本発明で言う、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分３７となる。高架橋２７と防音部２２との間に、この他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分３７が存在することにより、高架橋２７の振動は防音部２２にはきわめて伝わりにくくなり、防音部２２による意図した所望の防音効果が良好に発揮される。
【００３４】
この効果を確認するために、図１２に示すように、既存のコンクリートブロック製の防音壁を撤去した後、上記防音壁２１を、その頂部の高さが側道４１から６ｍの高さになるように、かつ、鉄道中心から２ｍの位置に配設し、民家４２のそばの、側道４１上で防音壁２１設置位置から４ｍ離れた場所で、地上１ｍの位置にて、マイク４３により騒音レベルを測定した。その結果、コンクリートブロック製防音壁撤去前の状態での騒音レベル７２ｄＢに対して、２ｄＢ改善の７０ｄＢという測定値を得た。ちなみに、騒音レベルを２ｄＢ改善することは、一般には非常に難しいと考えられている。
【００３５】
実施例３（設計例）
実際の試験は行わなかったが、本発明に係る防音壁は図１３に示すように構成することも可能である。すなわち、図１１に示した構造に比べ、建築物躯体５１から防音壁の柱体５２の反建築物躯体側に位置する板体部分５３まで延びる段付アンカーボルト５４を設け、該板体部分５３をナット５５を用いて固定する構造とすることもできる。この板体部分５３を、本発明で言う、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分に構成することにより、図１１に示したのと同様の作用、効果を得ることが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の防音壁によれば、防音壁内に他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分を存在させることにより、鉄道高架橋等からの振動を適切に遮断して防音部に伝わらないようにすることができ、特に鉄道高架橋等の大きな振動を伴う箇所についても、軽量構成の防音壁でありながら優れた防音性能を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る防音壁の正面方向から見た場合の斜視図である。
【図２】図１の防音壁を背面方向から見た場合の斜視図である。
【図３】図１の防音壁を加振テーブル上に固定した試験状態を示す斜視図である。
【図４】図３の試験において防音壁を直接加振テーブル上に固定した状態を示す、防音壁を図２のＡ方向から見た部分断面図である。
【図５】図４の状態における試験結果を示す特性図である。
【図６】図３の試験において防音壁をスペーサにより浮かして加振テーブル上に固定した状態を示す、防音壁を図２のＡ方向から見た部分断面図である。
【図７】図６の状態における試験結果を示す特性図である。
【図８】本発明の実施例２に係る防音壁の斜視図である。
【図９】図８の防音壁を鉄道高架橋に取り付けた状態を示す断面図である。
【図１０】図９における柱体部の取付方法を示す分解斜視図である。
【図１１】図１０の取付方法により取り付けられた部分の断面図である。
【図１２】実施例２における試験の様子を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の実施例３に係る防音壁の部分断面図である。
【符号の説明】
１防音壁
２防音部
２ａ、２ｂスキン材
２ｃリブ
２ｄ心材
３柱体（部）
３ａ柱体部のスキン材
３ｂ柱体部の心材
４取付部
５ａケミカルアンカー
５ｂ金属プレート
５ｃナット
６建築物躯体
７他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分
１１加振テーブル
１２加速度ピックアップ
１３スペーサ
２１防音壁
２２防音部
２３柱体
２４取付部
２７高架橋
２８アンカーボルト
２９スペーサ
３０ナット
３１カバー
３２アンカーボルト
３３ナット
３４トラフ部
３５バラスト
３６充填ブロック
３７他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分
４１側道
４２民家
４３マイク
５１建築物躯体
５２防音壁の柱体
５３他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分としての板体部分
５４段付アンカーボルト
５５ナット

Claims

鉄道軌道、道路などに設置される防音壁において、防音壁を構成する部分として少なくとも防音部と建築物躯体への取付部とを有し、かつ防音部を除く防音壁の構成部分のいずれかに、他の部分よりも弾性率または剛性の低い箇所が存在することを特徴とする防音壁。
他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分が、防音部を支える柱体または該柱体を建築物躯体に固定する取付部の一部分であることを特徴とする、請求項１に記載の防音壁。
他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分が、防音部を支える柱体と、柱体を建築物躯体に固定する取付部との間に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の防音壁。
他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分に対して、その部分よりも防音部側にある部分の総重量の１０倍の荷重を負荷したときに、他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分の最大変形量が１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の防音壁。
他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分が、厚さ６ｍｍ以下の金属製単板で形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の防音壁。
他の部分よりも弾性率または剛性の低い部分が、厚さ１０ｍｍ以下の繊維強化プラスチック製単板で形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の防音壁。
少なくとも防音部が、心材と心材の両面側に位置する繊維強化プラスチック製のスキン材とで構成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の防音壁。