1. 連続溶接レールとは何ですか?なぜ安定性が重要なのでしょうか?
A 連続溶接レール標準的な長さのレール (通常 12.5 ～ 25 m) を端から端までフラッシュバット溶接して、1 キロメートル以上にわたる長いストリングを形成し、各ストリングの端にのみ伸縮継手を使用します。従来のジョイント軌道と比較して、その利点は軌道エンジニアリングの現場で十分に実証されています。ジョイントが少ないということは、動的衝撃が少なく、騒音が低く、レール、車輪、まくらぎの磨耗が少なく、ジョイントバー、ボルト、アンカーの日常作業がはるかに少ないことを意味します。これが、CWR が幹線、高速回線、重量路線で標準である理由です。-
-そのトレードオフとして、溶接されたレールはロックされた締結システム、クリープ防止装置、バラスト ベッドによって所定の位置に固定されます。{0}温度が変化しても自由に縮んだり伸びたりすることはありません。したがって、設計では 2 つの相反する要件を同時に満たさなければなりません。最も暑い日の下で線路が横に曲がってはならず、最も寒い夜でもレールが破損してはならないということです。軌道エンジニアリングでは、これらは CWR - の 2 つの故障モードですトラックの座屈夏とレール破断冬は-で、どちらも同じパラメータ、つまりレール中立温度によって制御されます。
2. ロックされたレールの温度応力と温度力
鋼は加熱すると膨張し、冷却すると収縮します。フリーレールは長さをΔL =・L・ΔTだけ変化させます。ここで、 はレール鋼の線膨張係数（EN 13674-1グレードデータによるパーライトレール鋼の場合、通常約11.8×10⁻⁶/度）、Lは元の長さ、ΔTは温度変化です。単位長さあたりで表される自由熱ひずみは次のとおりです。
ε = · ΔT
溶接された紐がロックされると、締結システム、クリープ防止装置、バラストベッド拘束装置により、- が妨げられるか、- の自由な動きがほとんど妨げられます。-拘束された変形はレール内部で軸方向の応力と力に変換されます。 - 断面積 A と弾性率 E のレールの場合:
σ = E · ε = E · · ΔT | F = σ · A = E · A · · ΔT
これらは、CWR 設計で使用される標準的な関係です (元の記事には公式がありませんでした。上記のバージョンでは、E が鋼の弾性係数、A がレール断面積、線膨張係数、ΔT がレールの中立温度から測定されたレール温度変化である従来の工学的定義が使用されています)。
実施例（設計値による計算例）：約 77.45 cm² の断面積を持つ一般的な 60 kg/m レールの場合、E ≈ 2.06 × 10⁵ MPa および ≈ 11.8 × 10⁻⁶ / 度を使用すると、軸力はおよそ次のように変化します。18.8 kN/度レール温度変化の影響。レール温度がレール中立温度を 50 度上回ると、レールには約 940 kN (約 96 トン) の軸圧縮がかかります。 40 度の落下により、約 750 kN の張力が生じます。これらの図はマグニチュードのみを示しています。- 正確な値はレールのグレード、断面、および該当する設計基準に従います。
夏に、レールの温度がレールの中立温度を超えて上昇すると、レールは成長したいのに成長できないため、レールは成長します。圧縮。冬に気温が RNT を下回ると、レールは縮みたくなりますが縮められないため、レールは収縮します。張力。純粋に温度変化によって引き起こされるこのストレスは温度ストレスと呼ばれます。レール断面にかかる軸方向荷重-は温度力です。
ロックされた CWR レールの温度ストレス: レールの中立温度より高い温度では圧縮、それより低い温度では張力。
概念表：温度応力とレール中立温度
| コンセプト | 記号・計算式 | 工学的な意味 |
|---|---|---|
| 線膨張係数 | ≈ 11.8 × 10⁻⁶ / 度 | パーライトレール鋼の単位長さ当たりの度当たりの伸び (EN 13674-1 グレード データに基づく代表値) |
| 自由熱ひずみ | ε = · ΔT | フリー (拘束されていない) レールが示す相対的な長さの変化 |
| 弾性率 | E ≈ 2.06 × 10⁵ MPa | レール鋼の軸方向剛性 |
| 温度ストレス | σ = E · · ΔT | 温度変化によるロックレールの軸応力ΔT |
| 温度の力 | F = E · A · · ΔT | レール断面に作用する軸力-。 RNT より上の圧縮、RNT より下の張力 |
| レール中立温度 (RNT) | - (基準点) | ロック時のレール温度。この時点では軸方向の温度力はゼロです |
| 線路敷設温度 | - (ウィンドウ) | 最終的な RNT が正しく着地するように溶接ストリングを敷設するための選択されたレール温度ウィンドウ |
3. レール中立温度 (ロッキングレール温度): あらゆる応力計算のベンチマーク
中国の鉄道実務でロッキングレール温度 - と呼ばれるレール中立温度 - は、長い溶接紐が敷設され、留め具が完全に締められ、クリープ防止装置と端部留め具が取り付けられた瞬間のレール温度です。-まさにこの温度では、軸方向の温度力はゼロになります。このため、これは「無応力レール温度」と呼ばれることもあります。-この名前はこの 1 点においてのみ正確です。つまり、レール温度が 1 つおきにレールに軸方向の力がかかるため、CWR は応力のない構造ではありません。-。 「シームレス」とは、継ぎ目がないことを意味し、ストレスがないことを意味します。
RNT の選択: 夏の圧縮と冬の張力のバランスをとるために、地域の年間平均レール温度よりわずかに高く設定します。
RNT は ΔT の基準であるため、その選択によって、レールが最も暑い日にはどの程度の圧縮に耐えられるか、また最も寒い夜にはどの程度の張力がかかるかが決まります。中国の鉄道設計慣行 (TB 10015-2012) によれば、ロッキング レールの温度は一般に、局所的な年間平均レール温度 - の局所的な極値の最高値と最低値のほぼ中間点よりわずかに高く選択され、これにより、夏の圧縮と冬の張力のバランスがほぼ保たれます。同様に、レールの極大温度は一般に極大気温よりも約 20 度高いと見なされ、レールの最低温度は最低気温とほぼ同じになります。
なぜ平均値を「わずかに上回る」のでしょうか？ RNT を上げると、夏の圧縮に利用できる温度上昇が減少し、暑い天候での座屈のリスクが低下します。価格はもう少し冬の緊張感が増しますが、これは許容できるトレードオフです。- RNT の設定が低すぎると、夏の圧縮が増大し、座屈のリスクが高まります。設定が高すぎると、冬の緊張が高まり、骨折の危険性が高まります。
RNT はレール温度範囲を計算するための基礎となるため、溶接ストリングごとに RNT を記録し、実績とともに保存する必要があります。レールを妨げる線路工事 - 再突き固め、吊り上げ、旋回、バラストの更新、レールの交換 - は中性点温度を変化させます。 RNT が失われた場合、または許容範囲を超えた場合は、修正する必要があります。
4. 安定性のリスク: 夏には線路が座屈、冬にはレールが破損
4.1 トラックの座屈
トラックの座屈とは、高い圧縮力がかかった状態で連続的に溶接されたレールが横方向に不安定になることです。レールの温度が RNT をはるかに超えて上昇すると、ロックされたレールには、細い柱に荷重を加えるのに匹敵する大きな軸方向の圧縮がかかります。臨界力以下では、バラストベッド、枕木、留め具によって線路が所定の位置に保持されるため、線路は真っすぐに保たれます。その力を超えると、横方向の拘束が打ち破られ、レールは一般にサンキンクと呼ばれる鋭い波 - で横方向に曲がります。線路がずれ、軌間が広がり、列車が脱線する可能性があります。
線路工学では、寄与要因はよく確立されています。RNT を超える大幅な温度上昇、RNT のドリフトまたは不適切な設定、横方向抵抗の弱体化（不十分なバラスト肩幅、空のベビーベッド、突き固められていないまくらぎまたは緩い枕木、最近乱れた線路）、カーブ、およびアンカーから弦を遠ざけるレール クリープなどです。{0}
予防は次のメカニズムから直接導き出されます。
- RNTの設定と保護- 設置時に正しく選択し、レールを乱すような線路作業の後には再設置してください。{{1}
- バラストベッドの拘束を維持する- バラスト肩部を設計幅に保ち、ベビーベッドを満杯にし、作業後は適切にタンピングしてください。横方向のバラスト抵抗は、圧縮力が克服しなければならないものです。
- 留め具とクリープ防止装置をしっかりと締めてください{0}}- 弾性レール締結具、レール パッド、アンカーは縦方向と横方向の固定を提供し、レールの形状を安定に保ちます。-
- 熱波時のレール温度の監視- は追跡パトロールを行い、使用されている場合は RNT に対する鉄道温度測定を行います。米国の軌道安全規則 (49 CFR Part 213) では、RNT が妨害または喪失した CWR 軌道は復元するか、速度制限によって保護されなければなりません。多くのオペレータは、レールの測定温度が RNT を大幅に超えると、適用される規格によって正確な制限が設定され、追加の予防措置を講じます。
4.2 冬季レール破断
極寒の地ではレールに強い張力がかかります。 -既存の欠陥 -、溶接不良、内部欠陥、腐食、または長期疲労 -} - により、レールが破損するまで張力が集中します。亀裂が発生すると列車が脱線するほど大きな隙間が開く可能性があるため、冬季亀裂は CWR の 2 番目の重大な破損モードです。
予防は以下に依存します: EN 13674-1 または UIC 861 に指定された耐破壊性レール鋼グレード-。 EN 14587-1 (フラッシュバット溶接) および EN 14730-1 (アルミサーミック溶接) に従って健全な溶接が行われ、検査されています。固定スケジュールに基づく定期的なレールと溶接部の超音波探傷。冬期張力が設計範囲を超えないように RNT 制御を行います。
5. CWRと従来のジョイントトラックの比較
| 側面 | ジョイントトラック | 連続溶接レール（CWR） |
|---|---|---|
| ジョイント | 12.5 ～ 25 メートルごと | 溶接された弦の端（呼吸部分）のみ |
| 乗り心地とインパクト | 各関節での高い動的衝撃 | スムーズで低い動的衝撃 |
| 定期的なメンテナンス | 頻繁に発生する: ジョイントバー、ボルト、アンカー、ジョイント付近のまくらぎの損傷- | 日常的な作業負荷が軽減されます。規律ある RNT と検査管理が必要 |
| 温度挙動 | 関節が伸縮を吸収 | 温度変化は固定軸力に変換されます。{0} RNTはリファレンスです |
| 一般的な使用方法 | 二次回線、産業回線、光回線 | 幹線、高速-路線、重量物-路線 |
6. メンテナンス: 応力除去とレールの修理
- ストレス解消。測定により、RNT が許容範囲を超えてドリフトしていることが示された場合-、たとえば、再突き固め、持ち上げ、旋回、または長時間の使用後-、レールは選択した点で切断され、制御された条件下で自由に伸縮できるようにされ、設計上の RNT が復元されるように再-固定および再ロックされます。-。ストレスリリーフは、中性温度の喪失または変動に対する標準的な救済策であり、該当するメンテナンス標準 (中国では、TB 10015-2012 に関連するメンテナンス規則) の手順に従って実行されます。
- レールの修理。欠陥のある溶接またはレールの破損は、損傷した部分を切り取って新しい部分を溶接することによって修復されます。アルミノサーミック (テルミット) 溶接が一般的な現場方法であり、EN 14730-1; の認定を受けています。 EN 14587-1 に準拠したフラッシュバット溶接は、工場や新築および大規模更新の移動式溶接機で使用されます。修理後、溶接部を平らに研磨し、超音波検査で検査し、RNT をチェックしてストリングが設計の状態に戻るようにします。
- 締結システムの役割。これらはいずれも拘束チェーンなしでは機能しません。バラスト ベッド、枕木、および固定システム - の弾性レール固定具、レールパッドアンチ-クリープ アンカー - は、バラストの拘束を縦方向の保持と横方向の安定性に変換します。-ファスナーの状態は CWR の安定性に直接影響するため、ファスナーの検査はすべての CWR メンテナンス サイクルの一部です。
7. よくある質問
Q1.シームレス (CWR) レールは完全にストレスフリーですか?-
いいえ。レールに応力がかからないのは、レールが所定の位置にロックされた瞬間の温度であるレール中立温度 - の場合のみです。- RNT を超えるとレールは圧縮状態になります。 RNT以下では緊張状態にあります。 「シームレス」とは、レールに継ぎ目がないことを意味し、ストレスがないことを意味します。
Q2.レール中立温度 (RNT) とは何ですか?
これは、溶接された長いレールが所定の位置にロックされ、軸方向の温度力がゼロになるレール温度です。すべての CWR 安定性計算では、ΔT=電流レール温度 − RNT が使用されます。
Q3.トラックの座屈の原因とそれを防ぐ方法は何ですか?
RNT - をはるかに上回る高い圧縮力 - レール温度は、バラスト床、枕木、留め具の横方向の拘束を超え、レールを横方向に押します。予防: 正しい RNT の選択と記録、バラスト肩部の維持、しっかりとした締結とクリープ防止アンカー、熱波時の温度監視。適用される規則 (例: . 49 CFR Part 213) で要求される場合は速度制限を行います。
Q4.冬にCWRのレールが破損するのはなぜですか?
深い冷間では強い軸張力が生じます。溶接またはレールの欠陥により、レールが破損するまで張力が集中します。定期的な超音波探傷、耐破壊性鋼種、および適切な RNT 制御により、リスクが設計制限内に保たれます。{2}
Q5.ストレス解消とは何ですか?いつ必要ですか?
応力除去では、レールを切断し、自由に伸縮させ、再度ロックすることで設計 RNT を復元します。-これは、レールを乱す線路工事の後、または RNT 測定で値が許容範囲の外にドリフトしていることが示された場合に必要です。
Q6. CWRは従来の連結軌道と比べてどうですか？
CWR では接合部が取り除かれ、乗り心地がスムーズになり、動的衝撃が軽減され、定期メンテナンスが軽減されますが、規律ある RNT 管理、バラスト拘束、溶接検査が必要になります。ジョイントトラックはジョイントの温度変化を吸収しますが、その代償としてジョイントのメンテナンスと動的摩耗が発生します。
鉄道購入者と線路技術者にとって、実際的なメッセージはシンプルです。連続溶接されたレールは、レールの中立温度が尊重され、バラスト床と固定具が維持され、固定スケジュールで溶接が検査された場合にのみ高性能構造となります。{0}}
