レールプロファイル

初期のレールは単に木材の棒でした。摩耗を防ぐために、木材のレールの上に薄い鉄製の帯が敷かれました。木材は金属よりも安価だったので、これはコスト削減につながりました。このシステムには、列車の車輪が通過する際に帯が木材から外れてしまうという欠点がありました。この問題は、 1802年にリチャード・トレヴィシックによって初めて報告されました。米国で帯レールが使用されるようになったとき（例えば、1837年頃のオールバニー・アンド・スケネクタディ鉄道など）、帯が丸まって客車に突き刺さり、「蛇の頭」に乗客が脅かされるという事態が発生しました。^{[ 2 ]}

Tレールは、ストラップレールの上部を広げてヘッド状にすることで「T」字型の断面を形成したストラップレールの発展形である。このタイプのレールは一般的に短命で、アメリカでは1855年までに段階的に廃止された。^{[ 9 ]}

プレートレールは初期のレールの一種で、フランジがフランジのない車輪を線路上に保持する「L」字型の断面を持っていた。フランジ付きレールは、1950年代にパリのメトロ（ゴムタイヤ式メトロ、またはフランスのメトロ・シュール・プネウス）のガイドバーとして、また最近ではガイドウェイバスとして、小規模ながら復活を遂げた。ケンブリッジシャー・ガイドウェイバスウェイでは、レールは厚さ350 mm（14インチ）のコンクリート梁で、フランジを形成するために180 mm（7.1インチ）の縁が付いている。バスは通常の道路用車輪で走行し、側面に取り付けられたガイドホイールがフランジに当たって走行する。バスはバスウェイから外れると通常通り操舵され、これは18世紀の荷馬車が炭鉱の坑口を迂回してから長距離の線路に合流したのと似ている。    

橋梁レールは、逆U字型の断面を持つレールです。そのシンプルな形状は製造が容易で、より複雑な形状のレールが大量生産できるほど安価になる以前は広く使用されていました。特に、イザムバード・キングダム・ブルネルが設計したグレート・ウェスタン鉄道の7 フィート1/4インチ  （2,140mm  ）軌間のバルク線路で使用されていました。

バーロウレールは、1849年にウィリアム・ヘンリー・バーロウによって発明された。バラストの上に直接敷設するように設計されていたが、枕木（タイ）がないため、軌間を維持するのが困難だった。

平底レールは、世界中で最も広く使用されているレール形状である。

平底レール

ヴィニョールズレールは、平底レールの一般的な名称で、英国に導入した技術者チャールズ・ヴィニョールズにちなんで名付けられました。チャールズ・ヴィニョールズは、当時最も一般的だった石ブロック上の錬鉄製レールと鋳鉄製チェアで摩耗が発生していることに気づきました。1836年、彼は顧問技術者としてロンドン・アンド・クロイドン鉄道に平底レールを推奨しました。彼のオリジナルのレールは、スティーブンスレールよりも断面が小さく、現代のレールよりも幅広のベースを持ち、ベースを通してネジで固定されていました。これを採用した他の路線には、ハル・アンド・セルビー鉄道、ニューカッスル・アンド・ノースシールズ鉄道、マンチェスター・ボルトン・アンド・ベリー運河航行鉄道会社などがあります。^{[ 11 ]}

英国では、塩化第二水銀（青亜硝酸処理と呼ばれる工程）とクレオソートを用いて木製枕木を保存することが可能になると、石ブロックを使用した場合よりもはるかに安定した静かな乗り心地が実現した。レールはレールスパイクを使って枕木に直接固定された。レールスパイクの使用とヴィニョールの名は世界中に広まった。しかし、英国の鉄道会社は1970年代まで、鋳鉄製の椅子に木製のキーで固定するブルヘッドレールを強く好んだ。

2本のレールの端部が接合される継ぎ目は、線路の中で最も弱い部分です。初期の鉄製レールは、レールのウェブにボルトで固定された単純な継目板または金属棒で接合されていました。その後、2本のレールを接合するより強固な方法が開発されました。レール継ぎ目に十分な量の金属を投入すると、継ぎ目はレール本体とほぼ同等の強度になります。レール継ぎ目を通過する列車によって発生する騒音は、「線路のカタカタという音」と表現されますが、レール部分を溶接することで解消できます。連続溶接されたレールは、継ぎ目部分でも上面の形状が均一です。

1830年代後半、イギリスの鉄道ではさまざまなレールパターンが使用されていました。ロンドン・バーミンガム鉄道は、最優秀設計賞を提供し、レールの頭と足が同じ形状のダブルヘッドレールを使用した初期の路線の1つでした。これらのレールは、枕木に固定されたチェアによって支えられていました。 ^{[ 12 ]}

ダブルヘッドレールの利点は、レールヘッドが摩耗した場合、裏返して再利用できることでした。1835年、ロンドン・バーミンガム鉄道のピーター・バーロウは、支持椅子がレールの下面に凹みを作り、走行面として不適切になるため、これはうまくいかないだろうと懸念を表明しました。グレート・ノーザン鉄道ではこの問題に遭遇しましたが、ダブルヘッドレールはロンドン・サウス・ウェスタン鉄道、ノース・イースタン鉄道、ロンドン・ブライトン・サウス・コースト鉄道、サウス・イースタン鉄道でうまく使用され、裏返されました。ダブルヘッドレールは第一次世界大戦までイギリスで広く使用され続けました。^{[ 12 ]}

ブルヘッドレールは、ダブルヘッドレールから発展したものです。レールの頭部と脚部の形状は異なります。左右対称ではないため、ブルヘッドレールを反転させて脚部を頭部として使用することはできませんでした。レールを支えるために重い鋳鉄製の支柱が必要で、レールは木製（後に鋼鉄製）のくさびまたは「キー」で支柱に固定されるため、定期的なメンテナンスが必要となり、高価な線路敷設方法でした。

ブルヘッドレールは、19 世紀半ばから 20 世紀半ばまでイギリスの鉄道システムの標準でした。1954 年、ブルヘッドレールは449 マイル (723 km)の新線で使用され、フラットボトムレールは923 マイル (1,485 km)で使用されました。^{[ 13 ]}イギリスの最初の規格の 1 つは、ブルヘッドレールに関する BS 9 で、これは 1905 年に最初に発行され、1924 年に改訂されました。1905 年の規格で製造されたレールは「OBS」（オリジナル）と呼ばれ、1924 年の規格で製造されたレールは「RBS」（改訂）と呼ばれました。^{[ 14 ]}  

ブルヘッドレールは、英国の鉄道システムではほぼ完全にフラットボトムレールに置き換えられましたが、一部の支線や側線では残っています。また、歴史的な外観を維持したいという要望と、本線から回収された古い線路部品の使用という両方の理由から、保存鉄道でも見られます。ロンドン地下鉄は、英国の他の地域で段階的に廃止された後もブルヘッドレールを使い続けましたが、ここ数年、フラットボトムレールへの置き換えに向けた組織的な取り組みが行われています。しかし、トンネル内の線路の交換作業は、重機や機械の使用が困難なため、時間がかかる作業です。

レールを道路面（舗装路）や芝生面に敷設する場合、フランジを収めるための溝が必要です。この溝はフランジウェイと呼ばれます。このようなレールは、溝付きレール、溝レール、または桁レールと呼ばれます。フランジウェイの片側にはレールヘッドが、もう片側にはガードレールがあります。ガードレールは重量を支えませんが、チェックレールとして機能する場合があります。

溝付きレールは、路面電車や鉄道設備の改良に取り組み、ニューヨーク市やパリの路面電車路線の開発に貢献したフランスの発明家アルフォンス・ルーバによって1852年に発明されました。 ^{[ 15 ]} 溝付きレールの発明により、路面電車は他の道路利用者に迷惑をかけることなく敷設できるようになりましたが、溝に車輪が引っかかってしまう可能性のある、何も知らない自転車利用者だけは例外でした。溝には砂利や土が詰まる可能性があり（特に使用頻度が低い場合や、長期間使用されなかった場合）、定期的に清掃する必要があります。これは「スクラバー」車両（専用の路面電車、または保守用の道路・鉄道車両）によって行われます。溝を清掃しないと、乗客の乗り心地が悪くなり、車輪やレールが損傷し、脱線する可能性もあります。

レールは非常に多くの異なるサイズで製造されています。ヨーロッパで一般的なレールサイズには以下のようなものがあります。

旧ソ連諸国では、65 kg/m (131 lb/yd)レールと75 kg/m (151 lb/yd)レール（熱処理なし）が一般的です。熱処理を施した75 kg/m (151 lb/yd)レールもバイカル・アムール本線のような重荷重鉄道で使用されていましたが、運用上の問題が判明し、主に65 kg/m (131 lb/yd)レールが採用されました。        

フランス（TGV）とドイツ（ICE）の高速鉄道（HSR）システムでは、60 kg/m（121 lb/yd）のレールが使用されています。^{[ 18 ]}  

アメリカ土木学会（ASCE）は1893年に、40～100 lb/yd（19.8～49.6 kg/m）の範囲で5 lb/yd（2.5 kg/m）刻みのレールプロファイルを規定した。^{[ 19 ]}レールの高さは、ASCEの各Tレール重量に対してフットの幅に等しく、プロファイルでは、ヘッド、ウェブ、フットの重量の固定比率がそれぞれ42%、21%、37%と規定されていた。ASCEの90 lb/yd（44.6 kg/m）プロファイルは適切であったが、より重い重量は満足のいくものではなかった。1909年、アメリカ鉄道協会（ARA）は、60～100 lb/yd（29.8～49.6 kg/m）の範囲で10 lb/yd（4.96 kg/m）刻みの標準プロファイルを規定した。アメリカ鉄道技術協会（AREA）は、 1919年に100 lb/yd (49.6 kg/m)、110 lb/yd (54.6 kg/m)、120 lb/yd (59.5 kg/m)のレール、1920年に130 lb/yd (64.5 kg/m)、140 lb/yd (69.4 kg/m)のレール、1924年に150 lb/yd (74.4 kg/m)のレールの標準プロファイルを規定した。傾向としては、レールの高さとフット幅の比率を大きくし、ウェブを強化することであった。フット幅が狭いことによるデメリットは、タイプレートの使用によって克服された。AREAの推奨では、レールヘッドの相対重量を36%まで減らしたが、より重量のあるレールでは、代替プロファイルによってヘッド重量を33%まで減らすことができた。また、ウェブとヘッドの接合部での応力集中を軽減するために、フィレット半径の改善にも注目が集まりました。AREA は ARA 90 lb/yd (44.6 kg/m)プロファイルを推奨しました。^{[ 20 ]}軽量の古い ASCE レールは引き続き使用され、数十年間、ライトレールの限られた需要を満たしました。AREA は1997 年に米国鉄道工学保守協会に合併しました。 ^{[ 21 ]}                        

20 世紀半ばまでに、レール生産の大部分は中重量( 112 ～ 119 lb/yd または 55.6 ～ 59.0 kg/m ) および重量( 127 ～ 140 lb/yd または 63.0 ～ 69.4 kg/m ) でした。^{[ 22 ]} 100 lb/yd (49.6 kg/m)未満のレールのサイズは、通常、軽貨物、使用頻度の低い線路、またはライトレール用です。100 ～ 120 lb/yd (49.6 ～ 59.5 kg/m) のレールを使用する線路は、低速貨物支線または高速輸送用です。^{[ 23 ]}本線線路は通常、130 lb/yd (64.5 kg/m)以上のレールで建設されます。北米で一般的なレールのサイズには、次のものがあります。^{[ 24 ]}          

オーストラリアでよく見られるレールのサイズには以下のようなものがあります。

• 西オーストラリア州北西部の鉄鉱石輸送鉄道では、68 kg/m (137 lb/yd)のレールが使用されている。^{[ 25 ]}  
• 他の主要路線では現在50  kg/mと60  kg/mが標準となっているが、他のサイズもまだ製造されている。^{[ 26 ]}