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