1. No category

平成２６年度 軌道技術交流会
背 景
・踏切部のレールが腐食・電食
・踏切部のレールが腐食・電食により折損する場合がある。
レールが腐食・電食により折損する場合がある。
腐食レールの余寿命評価
・超音波探傷を用いたレール断面中心付近の底部腐食量
超音波探傷を用いたレール断面中心付近の底部腐食量に
レール断面中心付近の底部腐食量に
よる管理がされているが、基準値の根拠は経験的
研究の目的
軌道技術研究部（軌道構造）
片岡 宏夫
・効率的な管理手法の提案を
目的とし、底部腐食量
底部腐食量および
目的とし、底部腐食量および
底側部腐食量に着目した
底側部腐食量に着目した
余寿命評価を実施
余寿命評価を実施
Railway Technical Research Institute
底側部
腐食量
底部
腐食量
Railway Technical Research Institute
曲げ疲労試験の概要
実施内容
・腐食レールを収集し、４点曲げの疲労試験を実施
・腐食レールの曲げ疲労試験
・腐食レールの曲げ疲労試験および
曲げ疲労試験および底部腐食量・
および底部腐食量・
底側部腐食量を測定
底側部腐食量を測定
・両腐食量と曲げ疲労試験結果の関係を把握し、
腐食量を考慮したS
腐食量を考慮したS-N曲線を算定
曲線を算定
収集したレールの概要
区分
レール種別
試験レール
折損レール
折損レール※
50kgN
本数
7～42
36
踏 切
110～
110～500
5～29
15
トンネル・踏切
トンネル・踏切
項目
試験方法
最小試験応力
最大試験応力
150mm
150mm
1300mm
敷設場所
試験条件
荷重
・レールの検査周期や処置の適正化のため、
レールの検査周期や処置の適正化のため、
S-N曲線を用いて余寿命評価
曲線を用いて余寿命評価を実施
余寿命評価を実施
腐食量の測定方法
敷設年数
40～
40～500
※折損レールは腐食量の調査のみを実施
50kgN
50kgNレール
kgNレール
Railway Technical Research Institute
累積通トン
（百万トン）
試験条件
片振り4点曲げ
30N/mm2
160～370N/mm2
Railway Technical Research Institute
底側部腐食量の測定結果の例
・底部腐食量は
底部腐食量は底面中央付近
底面中央付近の
付近の３測線を、
測線を、底側部腐食量
を、底側部腐食量は
底側部腐食量は
レール底側
レール底側面の凹凸量を測定し、
面の凹凸量を測定し、最大値を抽出
測定し、最大値を抽出
締結位置、中間位置とも
腐食が進んでいる例
)m20
(m15
量食
腐部10
側底5
0
締結位置の腐食が
著しい例
)m
(m量15
食
10
腐
部
5
側
底0
レーザー変位計
Railway Technical Research Institute
締結位置
底側部腐食量
0
200
400
600
レール長さ方向距離（mm）
20
レール底面
腐食レール
締結位置
800
締結位置
底側部腐食量
0
200
400
600
レール長さ方向距離（mm）
800
Railway Technical Research Institute
1
部位および底部と底
部位および底部と底側部の腐食量の比較
腐食量と疲労試験結果の比較
・試験結果を腐食量
・試験結果を腐食量で分類、傾きを一定と仮定してＳ
腐食量で分類、傾きを一定と仮定してＳで分類、傾きを一定と仮定してＳ-N曲線を算出
・最大底部腐食量と最大底側部減少量に顕著な相関は見られず
・腐食量の増大とともに、疲労強度の低下を確認
底部腐食量と底側部腐食量
最大底側部腐食量
最大底部腐食量
底部腐食量（mm）
中間位置の腐食量（mm）
中間位置の腐食量（
・底側部腐食量は概ね締結位置の方が腐食量が大きい。
20
15
10
5
0
底部腐食量
700 S-N曲線 減少量3mm未満
） 600 （経年レール） 腐食量3mm未満
減少量3mm以上
腐食量3mm以上
m
未破断
未破断
m
/ 500
（N 400
幅
振300
全
力200
応
3mm以上
3mm以上
100
3mm未満
3mm未満
0 10
10
10
10
載荷回数（回）
試験レール
折損レール（トンネル）
折損レール（踏切）
20
2
15
10
5
0
4
0
5
10 15 20
最大底側部腐食量（mm）
0
5
10 15 20
締結位置の腐食量（mm）
Railway Technical Research Institute
5
フローチャート
・底部腐食量ft
底部腐食量ft×
ft×底側部腐食量fs
底側部腐食量fsを指標とした評価法を提案
fsを指標とした評価法を提案
⇒ 腐食量、破壊確率に応じたS
腐食量、破壊確率に応じたS-N曲線を算出
4
700
計算開始
400
ft=3, fs=3
300
200
破壊確率5
破壊確率5％
（ｆｔ=5
（ｆｔ=5 ,fs=5)
100
5
0
0
No
2
3
敷設年数(年)
ni
∑N
累積疲労被害＝1
累積疲労被害＝1
終 了
余寿命推定（破壊確率5％）
余寿命推定（破壊確率 ％）
1
4
5
・累積疲労被害
累積疲労被害の算定
・累積疲労被害則（修正マイナー則等）
・腐食レールのS
腐食レールのS-N曲線
ft=6, fs=6
10 5
10 6
10 7
載荷回数（回） Railway Technical Research Institute
10 4
7
)m4
(m量3
食腐21
腐食条件
（腐食量、敷設年数等）
腐食量5以下
ft・fs
ft・fs
腐食量5～10
腐食量10以上
ft・fs
未破断
ft :底部腐食量
fs :底側部腐食量
S=S=-100 log10 N - 2.1ft
2.1ft・
ft・fs + 830
500
6
・腐食条件で腐食速度を設定
・腐食条件で腐食速度を設定
レール曲げ応力
算出した50%
算出した50%破壊確率
50%破壊確率S
破壊確率S-N曲線
600
5
Railway Technical Research Institute
車両条件
（車種、年間通過トン数等）
・最小二乗法により各係数、標準偏差を算出(
・最小二乗法により各係数、標準偏差を算出(相関係数0.7)
相関係数0.7)
応力全振幅（N/mm
N/mm ）
7
軌道条件
（線形、凹凸、軌道構造等）
この指標に対しS
この指標に対しS-N曲線の切片が一定の比率で低下することを仮定
0
6
2
腐食レールの余寿命算定方法
腐食量に応じたS
腐食量に応じたS-N曲線の算出
2
底側部腐食量
700
腐食量3mm以下
S-N曲線
） 600 （経年レール） 腐食量3～6mm
m
腐食量6mm以上
/m500
未破断
N
（ 400
幅
振300
全
力200
応
6mm以上
6mm以上
100
3～6mm
3mm未満
3mm未満
0 10
10
10
10
載荷回数（回）
=1
i
ni：累積される繰返し数
Ni：S-N曲線から読み取る
繰返し数
Yes
Railway Technical Research Institute
まとめ
・敷設年数、年間通過トン数、車種等の条件に応じた推定
腐食量3mm
腐食量3mm (ft=3, fs=3)
腐食量5mm
腐食量5mm (ft=5, fs=5)
○腐食レールの曲げ疲労試験
腐食レールの曲げ疲労試験を実施して
曲げ疲労試験を実施して底部腐食量・
を実施して底部腐食量・
底側部腐食量を測定し、
底側部腐食量を測定し、両腐食量と曲げ疲労試験結果
し、両腐食量と曲げ疲労試験結果
の関係を把握した。
年間通過トン数：■
年間通過トン数：■500万トン ■2000万トン
）
年
（ 8
命
寿4
余
12
12
8
EL
系
系
485
EL
系
485
EL
EL
系
485
直線 R400m 直線 R400m
敷設年数1年 敷設年数5年
0
485
EL
系
485
EL
系
485
系
485
EL
系
485
0
EL
4
直線 R400m 直線 R400m
敷設年数1年 敷設年数5年
・腐食量が大きく、その腐食量に達する
腐食量が大きく、その腐食量に達する敷設年数
が大きく、その腐食量に達する敷設年数が
敷設年数が
短いほど余寿命が短い。
Railway Technical Research Institute
○試験結果を腐食量
○試験結果を腐食量で分類、傾きを一定と仮定してＳ
腐食量で分類、傾きを一定と仮定してＳで分類、傾きを一定と仮定してＳ-N
曲線を算出した結果、腐食量の増大とともに、疲労強度
が低下することを確認した。
○腐食量により切片が低下するS
○腐食量により切片が低下するS-N曲線を算出し、各種
条件下の腐食レールの余寿命
条件下の腐食レールの余寿命を提示した。
腐食レールの余寿命を提示した。腐食量を
を提示した。腐食量を
交換基準の指標とすることが実務上有用であることを
交換基準の指標とすることが実務上有用であることを
示した。
Railway Technical Research Institute
2