水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証《技術報告書》

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

はじめに日本の水道は普及率97% を越え、国民生活、日本経済を支える基盤インフラとして重要な役割を担っている。この水道施設資産全体の約70% を占める水道管路は、大半が昭和30 年代後半から40 年代の水道整備拡張時代に布設されたもので、約50 年が経過し、当然の様に老朽化が進んできている。そのため順次、配管更新がされているが、全国平均で１％強の更新率でしかなく、このままでは平成37 年には更新需要が投資額を上回り、更新が滞る予想がなされている。そこで近年、水道管路の基盤インフラとしての機能低下を招かない様に持続可能な管路更新を実現するために、100 年以上の寿命を有した水道管路が要望されている。
水道配水用ポリエチレン管は、日本では平成７年から使用が開始され、既に17 年経過しており、その優れた特長から全国の水道事業体での採用を大きく伸ばしているが、管路の耐久性については、50 年以
上ということを示すのみで、実際にそれ以上、どの程度の寿命を有しているか、ということが明らかでなかった。
そこで配水用ポリエチレンパイプシステム協会（ポリテック）では、平成20 年11 月に技術委員会の下部組織として、「長期寿命検討サブワーキング」（ SWG ）を設置し、検討を開始することとした。本サブワー
キングには、プラスチック材料、製品の強度、寿命等に高い知識と見識を有され、世界的に著名な山形大学大学院理工学研究科の栗山教授に参加頂くことが出来た（サブワーキングメンバーを下表に示す）。
以降、約４年に渡って、サブワーキングでは会合を重ね、水道配水用ポリエチレン管路が100 年以上の寿命があることの検証を目指し、多岐に亘る実験、検討を行ってきたが、この度、実験及び検討が完了したので、その内容について報告する。

区

主

分

査

委員名
教授

所

属

栗山

卓

山形大学大学院理工学研究科

栗尾浩行

積水化学工業㈱水川賢司

積水化学工業㈱鎗水

隆良

クボタシーアイ㈱齋藤聡

積水化学工業㈱中田賢太郎

三井金属エンジニアリング㈱

広田

久雄

日立金属㈱

若宮

喜一郎

㈱イノアックコーポレーション

山本

祐司

POLITEC 技術委員長

配水用ポリエチレンパイプシステム協会3水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

目次

１．水道配水用ポリエチレン管について ��������������������� 6
１－１．水道配水用ポリエチレン管の変遷と特徴��������������������� 6
１－２．水道用ポリエチレン管の改良経緯������������������������ 8
１－３．水道配水用ポリエチレン管の材料特性：PE100����������������� 10
１－４．水道配水用ポリエチレン管・継手の規格�������������������� 11

２．100 年寿命の検証に対する基本的な考え方������������������ 13
２－１．100 年の寿命が要求される背景 ������������������������ 13
２－２．水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命検証の目的 �������������� 13
２－３．水道配水用ポリエチレン管路の寿命要因�������������������� 14
２－４．100 年寿命の検証における想定条件 ���������������������� 14

３．内圧・外圧に対する100 年寿命の検証�������������������� 15
３－１．内圧、外圧に対する100 年寿命の照査方法 ������������������� 15
３－１－１．限界状態の分類
３－１－２．有効応力の解析方法
３－１－３．照査基準
３－１－４．照査手順
３－２．限界状態ごとの許容応力の算出������������������������ 18
３－２－１．終局限界状態での許容応力
３－２－２．クリープ状態での許容応力
３－２－２－１．ISO9080 と ISO12162 とは
３－２－２－２．20℃での許容応力
３－２－２－３．圧力低減係数の妥当性検証
３－２－３．疲労限界状態での許容応力
３－２－３－１．内圧の変動による疲労の照査
３－２－３－２．輪荷重による疲労の照査
３－２－４．許容応力のまとめ
３－３．形状係数の検討������������������������������� 27
３－３－１．管の傷による応力集中の影響
３－３－２．継手の形状による応力集中の影響
３－３－３．形状係数の決定
３－４．素材係数の決定������������������������������� 31
３－５．内圧、外圧に対する100 年寿命の照査結果 ������������������� 32

4

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

４．耐震性について ������������������������������ 33
４－１．水道配水用ポリエチレン管の被災調査結果������������������� 33
４－２．地震に対する100 年以上の耐久性検証 ��������������������� 34
４－２－１．レベル２地震動に対する耐震計算
４－２－２．地震によるダメージが管の耐久性に与える影響

５．耐塩素水性について ���������������������������� 36
５－１．耐塩素水性の経緯������������������������������ 36
５－２．塩素水の想定条件������������������������������ 36
５－３．塩素水による水泡発生時間の予測����������������������� 36
５－３－１．無負荷状態
５－３－２．応力負荷状態
５－４．塩素水の影響を受けた管の水質に及ぼす影響������������������ 43
５－５．耐塩素水性の照査結果���������������������������� 43

６．結論 ����������������������������������� 44【参考文献】 �������������������������������������� 44【用語の解説】 ������������������������������������� 45
おわりに ��������������������������������������� 47

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

5水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

１．水道配水用ポリエチレン管について
１－１．水道配水用ポリエチレン管の変遷と特徴
表１－１の内容を基本仕様とする水道配水用ポリエチレン管・継手は、日本では1995 年（平成７年）から使用が開始され、すでに17 年が経過している。管路は一体構造管路であり、管体自体に可とう性を有するため、地震などの地盤変状に破壊することなく追従し、高い耐震性を有している。
表１−１

水道配水用ポリエチレン管・継手の基本仕様① 材料は「PE 100」
（第三世代高密度ポリエチレン）を使用② 管の接合方法は電気融着接合（EF 接合）が基本③ 管厚を SDR ＝11 で設計（※ SDR とは Standard Dimension Ratio の略で基準外径と最小厚さの比）④ 色は青色

水道配水用ポリエチレン管・継手は、1997 年に呼び径75～150 について日本水道協会規格 JWWA K144（管）、JWWA K 145（継手）が制定された。それ以降の水道配水用ポリエチレン管・継手の変遷は表１－２の通りである。
これまでに、水道配水用ポリエチレン管・継手が布設された地域でも震度６以上の大地震が発生しているが、被害がなかったことが確認され、その耐震性が実証されている（詳細は４章参照）。そのような経緯の中で、水道ビジョンや水道事業ガイドラインにおいて耐震化率算定管材として認定された。
表１−２
年

6

次

水道配水用ポリエチレン管・継手の変遷
内容1997 年（H９年）９月

呼び径75～150 について、日本水道協会規格（JWWAK144・145）が制定される。

1998 年（H10 年）４月

水道実務必携（全国簡易水道協議会発行）記載のポリエチレン管布設工の歩掛に、呼び径75～200 の記載が追加される。

1998 年（H10 年）９月

日本水道協会より「水道配水用ポリエチレン管・継手に関する調査報告書」が公表される。

1999 年（H11 年）４月

建設省（現国土交通省）の通達において、水道管等の公道下への埋設深さを従来より浅くできる適合管材として水道配水用ポリエチレン管が明記される。

2001 年（H13 年）３月

総務省の通達により地方公営企業法において配水管の耐用年数が40 年に統一される。

2004 年（H16 年）６月

厚生労働省より公表された水道ビジョンでポリエチレン管が耐震化率算定対象管材に認められる。

2005 年（H17 年）１月

水道事業ガイドライン（JWWAQ100）で水道配水用ポリエチレン管（熱融着継手）が耐震化率算定対象管材として認定される。

2006 年（H18 年）４月

水道配水用ポリエチレン管の２団体が統合し、配水用ポリエチレンパイプシステム
協会（POLITEC）が発足する。

2006 年（H18 年）11 月

呼び径50 が日本水道協会規格（JWWAK144・145）に追加制定される。

2009 年（H21 年）９月

水道施設耐震工法指針・解説（日本水道協会発行）が改訂され、水道配水用ポリエチ
レン管の耐震計算法が記載される。

2009 年（H21 年）11 月

JWWAK144・145 が改正され、継手の寸法が標準化されるとともに、EF 受口付直管が品目に追加される。

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

これまでの実績を通じて、耐震性以外にも水道配水用ポリエチレン管路の特長が確認されており、主な
これまでの実績を通じて、耐震性以外にも水道配水用ポリエチレン管路の特長が確認されており、主１
水道配水用ポリエチレン管についてものを表１－３にまとめた。
なものを表 1-3 にまとめた。
表 1-3．水道配水用ポリエチレン管・継手の特長
表1 −3

水道配水用ポリエチレン管・継手の特長

１）耐震性に優れる（地盤変状に追従する）

１）耐震性に優れる（地盤変状に追従する）

２）耐食性に優れる（錆びない、腐食しない）

２）耐食性に優れる（錆びない、腐食しない）

３）耐久性（長期性能）に優れる
３）耐久性（長期性能）に優れる
４）施工性に優れる（軽量）４）施工性に優れる（軽量）５）生曲げ（小角度曲げ）配管が可能である
５）生曲げ（小角度曲げ）配管が可能である
６）水質衛生性に優れる
６）水質衛生性に優れる
７）環境負荷が小さい

７）環境負荷が小さい

また、図１－１に平成10 年以降の水道配水用ポリエチレン管の普及推移をしめした。特に水道配水用
また、図 1-1 に平成 10 年以降の水道配水用ポリエチレン管の普及推移をしめした。特に水道配水用
ポリエチレン管が耐震管としての認知が広がった平成17 年以降は、普及率はが大きく伸長している。
ポリエチレン管が耐震管としての認知が広がった平成 17 年以降は、普及率はが大きく伸長している。
3,000
2,614
2,500

総延長距離（18041km)（平成10年度～平成23年度）

2,024

2,000
距離(km)

2,503

2,431

1,799
1,418

1,500
1,233
1,000

887

781

734

806

415

500
182

213



１９

２０

Ｈ

Ｈ

年

年

年

２３

１８
Ｈ

Ｈ

１７
Ｈ

２２

１６
Ｈ

Ｈ

１５
Ｈ

２１

１４
Ｈ

（出典：日本水道協会水協雑誌

Ｈ

１３
Ｈ

年

年

年

年

年

年

年

年

年
１２

１1
年
Ｈ

Ｈ

１0
年
Ｈ

0

水道用品検査実績「配水用ポリエチレン管」より／備考：パイプ 1 本を 5m と仮定して算出）（出典：日本水道協会水協雑誌 水道用品検査実績「配水用ポリエチレン管」より／備考：パイプ１本を５mと仮定して算出）

図 1-1 水道配水用ポリエチレン管の普及推移

図１−１

水道配水用ポリエチレン管の普及推移

2

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

7水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

１－２．水道用ポリエチレン管の改良経緯
水道配水用ポリエチレン管・継手は、ポリエチレン管の度重なる改良を通じて高い性能と品質を有するに至った。以下に改良の経緯を述べる。
（１）給水管としてのポリエチレン管の使用
ポリエチレンを管材料として使用する検討は1940 年代より始められた。1953 年頃から呼び径50 以下の給水管として低密度ポリエチレンを使用した１種管（軟質）が使用され、1955 年頃には第一世代高密度ポリエチレンを使用した２種管（硬質）も使用されるようになった。呼び径50以下の水道用ポリエチレン管は、
1958 年１月に日本水道協会規格として制定され、1959 年７月に日本工業規格（ JISK6762 ）に移行した。
（２）過去の給水用ポリエチレン管の事故例と改良
ところが、1970 年代に入り、第一世代高密度ポリエチレンを用いた２種管のき裂漏水事故が発生し、さらに1975 年頃には低密度ポリエチレンを用いた１種管の水泡はく離事故が発生した。
２種管のき裂漏水事故の原因は、使用される材料の長期クリープ特性および耐環境応力き裂特性が低いためと考えられた。そこで、長期クリープ特性および耐環境応力き裂特性の向上が検討され、1980 年頃には第二世代高密度ポリエチレンが開発された。また、JIS K6762 の性能試験に環境応力き裂試験が追加された。しかし、２種管に対する不信感は払拭されず、第二世代高密度ポリエチレンを用いた２種管は仮設配管以外で採用されることはほとんどなかった。
一方、１種管の水泡はく離事故に関しては、各種調査の結果、ポリエチレン管に耐候性を付与するために添加されていたカーボンブラックが主な原因と判明した。カーボンブラックが触媒の作用をして、水道水中の塩素がポリエチレン樹脂と反応して水泡の発生を引き起こし、はく離に至ったことが分かった。対策として、ポリエチレン原料を汎用の低密度ポリエチレンから直鎖状低密度ポリエチレンに変更するとともに、水道水に接する管内面はカーボンブラックを添加しないナチュラル層、外層は耐候性をもったカー
ボンブラックを添加した黒色層の二層管が開発された。1998 年の規格改定においては、黒色単層管を管構造から除外し、規格名を「水道用ポリエチレン二層管」とした。直鎖状低密度ポリエチレンを使用する
１種管は耐環境応力き裂特性に優れているため、き裂による破損事故の心配がなく、給水管として着実に拡大してきた。
（３）配水管としてのポリエチレン管の使用
しかし、剛性・強度が比較的低い直鎖状低密度ポリエチレンを呼び径75 以上の配水用ポリエチレン管へ適用するには、耐圧性を確保するために管厚を厚くする必要があり、経済性、施工性等の面で困難であった。
ところが、樹脂合成における技術の進歩は目ざましく、剛性および強度が高く、さらに長期クリープ強度と耐環境応力き裂特性に優れている第三世代高密度ポリエチレン「 PE100 」が、1988 年海外で開発され、1990 年代に入って国内でも開発されるに至った。
そのような折、1995 年１月17 日に阪神淡路大震災が発生し、水道管路を含むライフラインの被害は甚大であったが、その中でガス導管として一部使用されていた熱融着接合タイプのポリエチレン管に被害が無かったことから、熱融着接合タイプのポリエチレン管の耐震性が注目された。そして1995 年、第三世
代高密度ポリエチレン「 PE 100 」を材料とし、管の接合方法として電気融着接合を用いた水道配水用ポリエチレン管・継手が国内で開発されるに至った。

8

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

配水管（呼び径 50 以上）

JIS K 6762（※

JWWA K 144・145

1 種管（低密度ＰＥ管）

２種管（高密度ＰＥ管）

１
水道配水用ポリエチレン管について

給水管（呼び径 50 以下）

高性能高密度ＰＥ管

1950

1960

単層管
単層管
LDPE

第一世代
HDPE

1970

き裂漏水
事故発生

水泡はく離
事故発生

1980
単層管
1990

単層管
L-LDPE

2000

二層管

第二世代
HDPE

二層管
第二世代
HDPE
［PE80］L-LDPE［PE50］

青色管
第三世代 HDPE［PE100］

現在
図1 図−21-2水道用ポリエチレン管の改良経緯
水道用ポリエチレン管の改良経緯※ JISK6762 は、1959 年の制定から現在までに８回の改正を経ている。制定時は管の種類として１種管、２種管で分類されていたが、※JIS K 6762 は、1959 年の制定から現在までに 8 回の改正を経ている。制定時は管の種類として 1 種管、2 種管1998 年の改正で単層管を管構造から除外して二層管構造とし、１種二層管、２種二層管とした。2004 年の改正では３種二層管がで分類されていたが、1998 PE50、２種二層管は年の改正で単層管を管構造から除外して二層管構造とし、1
種二層管、2 種二層管と追加され、使用材料として１種二層管はPE80 と規定された。
した。2004 年の改正では 3 種二層管が追加され、使用材料として 1 種二層管は PE 50、2 種二層管は PE 80 と規定された。

4
配水用ポリエチレンパイプシステム協会

9水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

１－３．水道配水用ポリエチレン管の材料特性：PE100
１－３．水道配水用ポリエチレン管の材料特性：ＰＥ１００
１－３．水道配水用ポリエチレン管の材料特性：ＰＥ１００
JWWA
144・145
では、使用する材料は
ISO90809080（1992
年制定、2003
年・2012年改訂）の外挿
JWWA
KKK
144・145
では、使用する材料はISO
9080（1992
年制定、2003
年・2012年改訂）の外挿
JWWA
144・145
では、使用する材料はISO（ 1992 年制定、2003
年・2012
年改訂）の外挿方法及方法及びISO
12162（1995
年制定、2009
年改訂）の分類表でPE100に分類される高密度ポリエチレ
方法及びISO
年制定、2009
年改訂）の分類表でPE 100 に分類される高密度ポリエチレ
び ISO 12162（12162（19951995 年制定、2009年改訂）の分類表でPE 100 に分類される高密度ポリエチレンであること
ンであることが規定されている。
ンであることが規定されている。
が規定されている。
長い時間、一定の力を加え続けると次第に変形が進行する現象をクリープといい、高温になるにつれ長い時間、一定の力を加え続けると次第に変形が進行する現象をクリープといい、高温になるにつれ長い時間、一定の力を加え続けると次第に変形が進行する現象をクリープといい、高温になるにつれててクリープは生じやすく、程度も大きくなる。一般に樹脂管は金属管に比べてクリープが大きい。上水てクリープは生じやすく、程度も大きくなる。一般に樹脂管は金属管に比べてクリープが大きい。上水
クリープは生じやすく、程度も大きくなる。一般に樹脂管は金属管に比べてクリープが大きい。上水道用
道用途に使用される管については、管内水圧のために管壁には常時一定範囲の周応力が発生しているた
道用途に使用される管については、管内水圧のために管壁には常時一定範囲の周応力が発生しているた
途に使用される管については、管内水圧のために管壁には常時一定範囲の周応力が発生しているため、長め、長期にわたって使用した場合、クリープ現象により短期的な破壊圧力よりも小さな圧力で管が破壊め、長期にわたって使用した場合、クリープ現象により短期的な破壊圧力よりも小さな圧力で管が破壊期にわたって使用した場合、クリープ現象により短期的な破壊圧力よりも小さな圧力で管が破壊することすることがある。従って、水道配水用ポリエチレン管の管厚設計にはクリープ特性を十分考慮している。
することがある。従って、水道配水用ポリエチレン管の管厚設計にはクリープ特性を十分考慮している。
がある。従って、水道配水用ポリエチレン管の管厚設計にはクリープ特性を十分考慮している。
クリープ特性の評価方法は ISO9080「プラスチック配管及び管路システム－管形状の熱可塑性材料のクリープ特性の評価方法は ISO9080「プラスチック配管及び管路システム－管形状の熱可塑性材料のクリープ特性の評価方法は
ISO9080「プラスチック配管及び管路システム－管形状の熱可塑性材料の外外挿法による長期水圧強さの測定」に規定されている。この評価方法では、熱間内圧クリープ試験を行外挿法による長期水圧強さの測定」に規定されている。この評価方法では、熱間内圧クリープ試験を行挿法による長期水圧強さの測定」に規定されている。この評価方法では、熱間内圧クリープ試験を行っって、管が 20℃で 50 年間の使用に耐え得る周方向応力（長期静水圧強度または最小要求強度：Minimumって、管が 20℃で 50 年間の使用に耐え得る周方向応力（長期静水圧強度または最小要求強度：Minimumて、管が20℃で50年間の使用に耐え得る周方向応力（長期静水圧強度または最小要求強度：Minimum
Required Strength：以降
MRS と記す）を算出する方法が規定されている。PE
100 に分類されるポリ
Required Strength：以降 MRS と記す）を算出する方法が規定されている。PE 100 に分類されるポリ
RequiredStrength：以降と記す）を算出する方法が規定されている。PE 100 に分類されるポリエチ
エチレン樹脂は
MRS がMRS
10MPa
以上を有している。
エチレン樹脂は MRS が 10MPa 以上を有している。
レン樹脂は MRS が10MPa 以上を有している。
内圧(水or窒素)
内圧(水or窒素)

水圧：Ｐ１
水圧：Ｐ
１ ２
水圧：Ｐ
水圧：Ｐ
２ ３
水圧：Ｐ
６水準
水圧：Ｐ
水圧：Ｐ
３ ４ ６水準
以上
水圧：Ｐ
水圧：Ｐ
４ ５ 以上
水圧：Ｐ
水圧：Ｐ
５ ６
水圧：Ｐ６

恒温水槽（低温T1，高温T2）
恒温水槽（低温T1，高温T2）
試料（ＰＥ管）試料（ＰＥ管）

時間 ｔ
時間 ｔ

破壊
破壊

図 1-3 熱間内圧クリープ試験の概要
図 1-3
熱間内圧クリープ試験の概要
図1 −3
熱間内圧クリープ試験の概要
各試験温度で、一定の内圧を負荷し続け、破壊するまでの時間を下のグラフのようにプロットする。
各試験温度で、一定の内圧を負荷し続け、破壊するまでの時間を下のグラフのようにプロットする。
各試験温度で、一定の内圧を負荷し続け、破壊するまでの時間を下のグラフのようにプロットする。
1 年以上の試験結果を用いて、50 年後のクリープ強度を外挿により求める。
１年以上の試験結果を用いて、50年後のクリープ強度を外挿により求める。
1 年以上の試験結果を用いて、50年後のクリープ強度を外挿により求める。

MRS

MRS

図図1
1-4−4熱間内圧クリープ曲線
熱間内圧クリープ曲線

図 1-4 熱間内圧クリープ曲線
5510

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

１

１－４．水道配水用ポリエチレン管・継手の規格

水道配水用ポリエチレン管について

１－４－１．ISO 4427 と JWWA K 144・145 の比較
水道配水用ポリエチレン管・継手の国内規格は、国際標準規格 ISO 4427（ Polyethylene（ PE ）pipes for
water supply － Specifications/1996 年制定）に準拠して日本水道協会規格 JWWA K144・145 として1997
年に規格化された。
（※ISO4427は2007年の改訂で、規格名称がPlasticspipingsystems－Polyethylene（PE）pipesandfittingsforwatersupply－Part1：General，Part2：Pipes，Part3：Fittings，Part5：Fitness
forpurposeofthesystemとなる４部構成となった。
）
ISO 4427 ではポリエチレン原料の MRS（最小要求強度）から最低の安全率1.25 を用いて設計応力を規定しているのに対し、JWWA K 144 では安全率２を用いて設計応力を規定しており、国内規格は国際標準規格に比べてより厳しい基準で規定している。
表１－４にそれぞれの規格で規定されている設計基準の概要を示した。ISO 4427 では、４種類の MRSを有するポリエチレン原料に対して、各種の SDR（ SDR とは基準外径を基準管厚で割った値）を規定し、それぞれについて設計水圧が示されている。
表１−４

ISO 4427 と JWWA K 144 の比較

規格
PE の分類
最小要求強度（MPa）

JWWA K144

ISO 4427
PE100

PE80

PE63

PE40

PE100

10.0

8.0

6.3

4.0

10.0

安全率

1.25 以上

2.0

最大設計応力値（MPa）

8.0

6.3

5.0

3.2

SDR ＝6

－

2.5

－

－

SDR ＝7.5

2.5

2.0

－

1.0

SDR ＝9

2.0

1.6

－

0.8

SDR ＝11

1.6

1.25

1.0

－

SDR ＝13.6

1.25

1.0

0.8

0.5

SDR ＝17

1.0

0.8

－

0.4

SDR ＝21

0.8

0.6

0.5

0.32

SDR ＝26

0.6

0.5

0.4

0.25

SDR ＝33

0.5

0.4

0.32

－

SDR ＝41

0.4

0.32

0.25

－

設計水圧
（MPa）

5.0

1.0

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

11水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

１－４－２．JWWA K 144、JWWA K 145 における性能規定
JWWA K144 水道配水用ポリエチレン管、JWWA K145 水道配水用ポリエチレン管継手では、JIS
K6762 により得られた、日本国内での水道用ポリエチレン管に必要とされる性能を踏まえた性能規定を行っている。各々の規格より性能を規定した表を抜粋し、表１－５、表１－６として記載する。
各性能項目の試験・測定方法の詳細については、JWWAK144 および JWWAK145 を参照。
表１−５
項

JWWA K144

性

耐圧性

能

漏れ、破損があってはならない。

破壊水圧強さMPa 4.0 以上

熱安定性

浸出性

水道配水用ポリエチレン管性能

目

分 酸化誘導時間20 以上
味

異常でないこと。

臭気

異常でないこと。

色度

度 0.5 以下

濁度度 0.2 以下

有機物［全有機炭素（TOC）の量］

mg/L 0.5 以下

残留塩素の減量

mg/L 0.7 以下

熱間内圧クリープ性

漏れ、破損があってはならない。

耐塩素水性

水泡発生がない。

耐環境応力き裂性

き裂発生がない。

外観

き裂発生がない。

耐候性

熱安定性

分 酸化誘導時間10 以上

引張破断伸び％ 350 以上

融着部相溶性

漏れ・破損があってはならない。

引張降伏強さMPa 20.0 以上

引張破断伸び％ 350 以上

加熱伸縮性

％ ±3 以内

低速き裂進展性

漏れ・破損があってはならない。

耐はく離性

受口接合部のぜい性はく離長さ比率が1/3 以下
表１−６項

水道配水用ポリエチレン管継手

性能

性

能

目

耐圧性

漏れ、破損があってはならない。

破壊水圧強さMPa 4.0 以上

熱安定性

分 酸化誘導時間20 以上
味
臭気

浸出性

JWWA K145

異常でないこと。
異常でないこと。

色度

度 0.5 以下

濁度度 0.2 以下

有機物［全有機炭素（TOC）の量］mg/L 0.5 以下
残留塩素の減量

漏れ、破損があってはならない。

耐塩素水性

水泡発生がない。

耐環境応力き裂性

き裂発生がない。
外観

耐候性

12

mg/L 0.7 以下

熱間内圧クリープ性き裂発生がない。

熱安定性

分 酸化誘導時間10 以上

引張破断伸び％ 350 以上

融着部相溶性

漏れ・破損があってはならない。

耐はく離性

受口接合部のぜい性はく離長さ比率が1/3 以下

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

２．100 年寿命の検証に対する基本的な考え方
２．100 年寿命の検証に対する基本的な考え方

２－１．100
年の寿命が要求される背景
２－１．100
年の寿命が要求される背景

２
１００年寿命の検証に対する基本的な考え方

図 2-1 に水道事業における投資額と更新需要の推移を示した。昭和 50 年頃までに集中的に整備され
図２－１に水道事業における投資額と更新需要の推移を示した。昭和50 年頃までに集中的に整備された水道管路施設は、年月の経過とともに老朽化が進み、一方で投資額は減少傾向となっているため、いた水道管路施設は、年月の経過とともに老朽化が進み、一方で投資額は減少傾向となっているため、いずずれ更新需要が年間あたりの投資額を上回ることが予測される。現在多くの水道事業体が財政的に厳しれ更新需要が年間あたりの投資額を上回ることが予測される。現在多くの水道事業体が財政的に厳しい状
い状況となる中、老朽管路に対する現在の更新率は全国平均で１％程度しかない。そこで、管路の機能況となる中、老朽管路に対する現在の更新率は全国平均で１％程度しかない。そこで、管路の機能低下を低下を招かないよう持続可能な管路更新を実現するためにも 100 年以上の耐久性を有する水道管路が招かないよう持続可能な管路更新を実現するためにも100 年以上の耐久性を有する水道管路が必要とされ必要とされている。
ている。
一方、寿命の１つの指標として法定耐用年数があり、2001 年 4 月の地方公営企業法施行規則（総務
一方、寿命の１つの指標として法定耐用年数があり、2001 年４月の地方公営企業法施行規則（総務省）
省）の改正で、材質にかかわらず水道配水管の法定耐用年数は 40 年となっている。しかし、あくまでの改正で、材質にかかわらず水道配水管の法定耐用年数は40年となっている。しかし、あくまで資産と資産としての経済的な償却年数を示すものであって実質的な耐久性とは異なるため、管路更新の時期はしての経済的な償却年数を示すものであって実質的な耐久性とは異なるため、管路更新の時期は各水道事
各水道事業体の判断に委ねられている。そのため、水道管路の長期的な更新計画を策定するためにも、業体の判断に委ねられている。そのため、水道管路の長期的な更新計画を策定するためにも、管種ごとの
管種ごとの実質的な耐久性能を明確にすることが要望されている。
実質的な耐久性能を明確にすることが要望されている。
1.80

50

1.60

45

1.40

40
35 ス
ト
30
ク
25
額
20
兆
15 円

ッ

投 1.20資
額 1.000.80
兆円 0.60
0.40

10

0.20

5
0

0.00
S40 S45 S50 S55 S60 H2

H7 H12 H17 H22 H27 H32 H37 H42 H47 H52 H57 H62
年度

投資額

除却額

ストック額

図2 −1 水道事業における投資額と更新需要の推移（出典：水道ビジョンフォローアップ検討会資料／2007
図2-1 水道事業における投資額と更新需要の推移 年

厚生労働省健康局水道課）（出典：水道ビジョンフォローアップ検討会資料／2007年 厚生労働省健康局水道課）

２－２．水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命検証の目的
２－２．水道配水用ポリエチレン管路の 100 年寿命検証の目的

上記のような水道事業における要望を受け、当協会では 2008
年月に「長期寿命検討サブワーキング」
11 月に「長期寿命検討サブワーキン
上記のような水道事業における要望を受け、当協会では2008
年11
グ」を設置し、水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証に着手した。本研究の主な目的は、水を設置し、水道配水用ポリエチレン管路の100
年寿命の検証に着手した。本研究の主な目的は、水道配水
道配水用ポリエチレン管路の実質的な工学的耐久性能を明確にするために、100年の耐久性を検証する用ポリエチレン管路の実質的な工学的耐久性能を明確にするために、100年の耐久性を検証することにあことにある。
る。
検証にあたっては、水道管路の寿命を水道管路が有するべき性能・機能を十分に満足できない限界状
検証にあたっては、水道管路の寿命を水道管路が有するべき性能・機能を十分に満足できない限界状態
態に至る時期と捉え、埋設された水道配水用ポリエチレン管路の寿命要因から見直した。また、水道管に至る時期と捉え、埋設された水道配水用ポリエチレン管路の寿命要因から見直した。また、水道管路の路の寿命は埋設条件や使用条件によって左右されるので、想定条件を設定した上で 100 年寿命の照査基
寿命は埋設条件や使用条件によって左右されるので、想定条件を設定した上で100 年寿命の照査基準の検準の検証を試みると同時に、新たな評価スキームを提案したので以下に詳細を報告する。
証を試みると同時に、新たな評価スキームを提案したので以下に詳細を報告する。
9

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

13水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

２－３．水道配水用ポリエチレン管路の寿命要因
道路下に埋設されたポリエチレン管路には、常時内側からは水圧がかかり、外側からは土圧および輪圧がかかっている。ポリエチレン管路の寿命に影響を及ぼす要因として、１つ目に管路にかかる荷重が挙げられる。
２つ目の要因としては、地震などの地盤変状が挙げられる。これまで、特にレベル２地震動の大地震において水道管路の甚大な被害が発生している。
３つ目の荷重以外に寿命に関わる要因としては、耐塩素水性が考えられる。耐塩素水性は、1975 年頃に一部の都市において単層ポリエチレン管（ PE50 以下）布設後、数年経過した後に管の内面に水泡が発生し、稀な例として水接面管壁が薄片状に剥離した問題に由来する。
そこで、水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命を検証するには、下記３つの寿命要因に対して100年以上の耐久性を検証することになる。
１）内圧・外圧に対する耐久性（耐内圧・耐外圧）
２）地震に対する耐久性（耐震性）
３）残留塩素に対する耐久性（耐塩素水性）

２－４．100 年寿命の検証における想定条件
水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命を検証するにあたり、想定条件は以下の通りである。
設計水圧および使用温度範囲は、JWWAK144、JWWAK145 にも規定されている。
１）内圧・外圧（耐内圧・耐外圧）
・設計水圧：静水圧0.75MPa に水撃圧0.25MPa を加味して、1.0MPa とする。

・使用温度範囲：０℃から40℃までとする。
・埋設深さ：土被り60cm 以上

・輪荷重：25t トラック車両が繰返し通過。

・許容傷深さ：管厚の10% 以下とする。

・許容曲げ半径：管外径の75 倍以上とする。
２）地震（耐震性）
・被災確率：100 年の間に地震動レベル２の地震を少なくとも１回経験する確率。

３）残留塩素（耐塩素水性）
・残留塩素濃度：最大１ppm とする。

14

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

３．内圧、外圧に対する 100 年寿命の検証
３．内圧、外圧に対する１００年寿命の検証

３－１．内圧、外圧に対する100
３－１．内圧、外圧に対する 100年寿命の照査方法
年寿命の照査方法
埋設された水道配水用ポリエチレン管路が内圧、外圧に対して 100 年以上の寿命を有するかどうかを埋設された水道配水用ポリエチレン管路が内圧、外圧に対して100 年以上の寿命を有するかどうかを検検証するための一般的な手法は、管路に発生する有効応力が 100 年の寿命を担保する許容応力σc を上証するための一般的な手法は、管路に発生する有効応力が100 年の寿命を担保する許容応力 vc を上回らな
回らないことを照査すればよい。
いことを照査すればよい。

３
内圧︑外圧に対する１００年寿命の検証

３－１－１．限界状態の分類
３－１－１．限界状態の分類
照査で必要な許容応力 vc を算出するに際し、管路の寿命に至る形態によって許容応力の大きさは異な照査で必要な許容応力σc を算出するに際し、管路の寿命に至る形態によって許容応力の大きさは異ると考えられるので、本照査では管路の寿命に至る形態（以下、限界状態とする）の分類をおこなった。図なると考えられるので、本照査では管路の寿命に至る形態（以下、限界状態とする）の分類をおこなっ
３－１に示すように、埋設された水道配水用ポリエチレン管路に作用すると考えられる荷重の特性から、た。図 3-1 に示すように、埋設された水道配水用ポリエチレン管路に作用すると考えられる荷重の特性
限界状態を下記の３つに分類した。
から、限界状態を下記の３つに分類した。
《限界状態の分類》《荷重の分類》
短期的な荷重荷重

地震 荷重 等

長期継続的に生じる荷重

長期継続的に生じる繰返荷重

内圧

水圧

外圧

土圧 ，輪圧

内圧

水撃 圧

外圧

輪圧

終局限界状態 ：延性破壊
クリープ状態：クリープ破壊

疲労限界状態 ：疲労破壊

水圧
水撃圧
土圧

輪圧

地震

図 3-1．水道配水用ポリエチレン管路に作用する荷重
図3 −1．水道配水用ポリエチレン管路に作用する荷重

３－１－２．有効応力の解析方法
３－１－２．有効応力の解析方法
管路に作用する荷重により発生する応力は、一般に表３－２に示す応力計算式によって算出できる。し管路に作用する荷重により発生する応力は、一般に表 3-2 に示す応力計算式によって算出できる。しかし実際の埋設管路では、継手部や異形部があったり、管路に傷が発生したり、素材にばらつきがあった
かし実際の埋設管路では、継手部や異形部があったり、管路に傷が発生したり、素材にばらつきがあっりするなど、応力に影響を及ぼす因子が考えられる。そこで、本照査においては、有効応力の算出にあたたりするなど、応力に影響を及ぼす因子が考えられる。そこで、本照査においては、有効応力の算出にり、これまで十分に考慮されていなかった次の３因子を考慮した。
あたり、これまで十分に考慮されていなかった下記の３因子を考慮した。
11

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

15水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

１）継手や異形管の形状因子による応力集中
１）継手や異形管の形状因子による応力集中
１）継手や異形管の形状因子による応力集中
１）継手や異形管の形状因子による応力集中
１）継手や異形管の形状因子による応力集中
２）外面傷の発生による応力集中
１）継手や異形管の形状因子による応力集中
２）外面傷の発生による応力集中
１）継手や異形管の形状因子による応力集中
１）継手や異形管の形状因子による応力集中
２）外面傷の発生による応力集中
２）外面傷の発生による応力集中
１）継手や異形管の形状因子による応力集中
１）継手や異形管の形状因子による応力集中
２）外面傷の発生による応力集中
３）素材や成形のばらつき
３）素材や成形のばらつき
２）外面傷の発生による応力集中
２）外面傷の発生による応力集中
２）外面傷の発生による応力集中
３）素材や成形のばらつき
３）素材や成形のばらつき
２）外面傷の発生による応力集中
２）外面傷の発生による応力集中
３）素材や成形のばらつき
３）素材や成形のばらつき
３）素材や成形のばらつき
３）素材や成形のばらつき
具体的には、式
3.1 に示すように、形状因子による応力集中に基づく形状係数（Cf）と素材や成形の具体的には、式
3.1 に示すように、形状因子による応力集中に基づく形状係数（C３）素材や成形のばらつき
３）素材や成形のばらつきf）と素材や成形の）と素材や成形の具体的には、式3.1に示すように、形状因子による応力集中に基づく形状係数（C
具体的には、式3.1に示すように、形状因子による応力集中に基づく形状係数（Cff）と素材や成形の具体的には、式3.1に示すように、形状因子による応力集中に基づく形状係数（C
ばらつきに基づく素材係数（Cm）を各荷重による算出応力に乗じて有効応力とした。 f）と素材や成形のばらつきに基づく素材係数（C
具体的には、式
3.1 3.1に示すように、形状因子による応力集中に基づく形状係数（Cm）を各荷重による算出応力に乗じて有効応力とした。f）と素材や成形の）と素材や成形の具体的には、式に示すように、形状因子による応力集中に基づく形状係数（Cf
ばらつきに基づく素材係数（C）を各荷重による算出応力に乗じて有効応力とした。
ばらつきに基づく素材係数（C
具体的には、式3.1に示すように、形状因子による応力集中に基づく形状係数に示すように、形状因子による応力集中に基づく形状係数（C
具体的には、式
3.1 に示すように、形状因子による応力集中に基づく形状係数（Cmm）を各荷重による算出応力に乗じて有効応力とした。
）と素材や成形のばら
具体的には、式3.1（ Cff ）と素材や成形のf）と素材や成形のばらつきに基づく素材係数（Cm）を各荷重による算出応力に乗じて有効応力とした。
ばらつきに基づく素材係数（Cm）を各荷重による算出応力に乗じて有効応力とした。
ばらつきに基づく素材係数（Cm）を各荷重による算出応力に乗じて有効応力とした。
ばらつきに基づく素材係数（C
ばらつきに基づく素材係数（Cm）を各荷重による算出応力に乗じて有効応力とした。
m）を各荷重による算出応力に乗じて有効応力とした。
つきに基づく素材係数（
Cm 形状係数Ｃ）を各荷重による算出応力に乗じて有効応力とした。
（式 3.1）3.1）
有効応力＝算出応力×f ×素材係数Ｃm
形状係数Ｃ（式
有効応力＝算出応力×f ×素材係数Ｃm
形状係数Ｃ×素材係数Ｃ（式3.1）3.1）
有効応力＝算出応力×形状係数Ｃ×素材係数Ｃ（式
有効応力＝算出応力×f fmm （式 3.1）
形状係数Ｃ
有効応力＝算出応力×f ×素材係数Ｃ
m
形状係数Ｃ
（式
3.1）
有効応力＝算出応力×f ×素材係数Ｃm
形状係数Ｃ
×素材係数Ｃ（式
3.1）
有効応力＝算出応力×
f
m
形状係数Ｃ
（式 3.1）
有効応力＝算出応力×形状係数Ｃ×素材係数Ｃ
有効応力＝算出応力×f ×素材係数Ｃm（式 3.1）m
表f3-2
応力を求める式（抜粋）
有効応力＝算出応力×形状係数Ｃ（式3.1 ）
f ×素材係数Ｃm
表 3-2
応力を求める式（抜粋）表3-2
応力を求める式（抜粋）表3-2
応力を求める式（抜粋）表3-2
応力を求める式（抜粋）
管軸方向の応力計算式
表管周方向の応力計算式
3-2
管周方向の応力計算式
管軸方向の応力計算式
表 3-2応力を求める式（抜粋）
応力を求める式（抜粋）
表３−１
応力を求める式（抜粋）
管周方向の応力計算式
管軸方向の応力計算式
表
3-2
応力を求める式（抜粋）表3-2
応力を求める式（抜粋）
管周方向の応力計算式
管軸方向の応力計算式
管周方向の応力計算式
管軸方向の応力計算式
Naday
の式
Naday
管軸方向の応力計算式
Naday の式 管周方向の応力計算式
Naday の式の式
管周方向の応力計算式
管軸方向の応力計算式
管周方向の応力計算式
管軸方向の応力計算式
Nadayの式の式
Naday管軸方向の応力計算式の式D の式
管周方向の応力計算式
管軸方向の応力計算式
Naday
P管周方向の応力計算式
D
P
の式
Naday
の式
i
内圧 Naday
水圧 NadayioPPi  ic Do
内圧 水圧1)(  oA 1)  A
Naday
の式
Naday
の式
i ( Do 1)  Ail icNaday
 (の式




(
 1)  A
Naday
の式
il
2 Dto
Pの式
4NadaytDtoPの式
Naday
の式
Naday
D
内圧 水圧
水圧 
2Naday
tP
i iの式
内圧
i
Naday
の式
Naday
の式
4P
i
P
D
P

1()(  A11))AA



i 
o 
内圧
水圧

) ( Ao  1)  Ai il ( D
o 1
ic
P
D
ic
il
P
D



(

i
o2
内圧
水圧


i  ( t o  1)  A
ic
il
P
D
2
t
4



(

1
)

A
P
D
4

 il 4  ( it  1)o t A
内圧内圧水圧
水圧ic
Pi2ic2 Diott (Pi o D1o)  APiil4 Dot (Pi D1o)  A
水圧
内圧 内圧
水圧 



(

1
)

A


(

1
)

A

マーストンの式
( il4  1)t (A  1)  A
曲げ歪みの式
2t
ic
ic
il
マーストンの式
曲げ歪みの式
t
2
t 2
t
t 4
4
2 K ' tan   H / B
マーストンの式
曲げ歪みの式
マーストンの式
曲げ歪みの式
2 K1'tane  H / B
マーストンの式
曲げ歪みの式1 Pee 


E



A
マーストンの式
曲げ歪みの式
fl
2

ρ

B
W

C
C

A


E



A
B/ BBW  CC  A
22KK''tan
tan
fl
2
P
HρH/ e 
マーストンの式
マーストンの式
曲げ歪みの式
21K'tan H'･/tanB1
曲げ歪みの式
2eK
マーストンの式
曲げ歪みの式 fl 曲げ歪みの式
E2fl E2AA' tan
 H
/B 
E
  A
11P
P2eeeeK
ρ

B
WB

CC

土圧Pe マーストンの式
2'･Ktan

ρ

WC

CA

A

2 K ' tan  
H /ρ
B 
土圧
fl
W  CC  A fl  E22 E  A A
' etan2 K
K '
tan
/B
B W  CC  A
2K
 H '･/B2tanPe 1Pe e21Kρ HB
･
tan

1
e

'
･
tan

ρ  BW  CC  A
土圧 スパングラーの式（修正式）
土圧
 fl  Efl 2fl 2 E
A2    A
2K'･2tan
土圧
P
e 
Pe 
土圧
スパングラーの式（修正式）
K '･tan ρ  BW CρCBAW  CC  A
土圧
土圧
2
K
'
･
tan

2
K
'
･
tan

2
3
3
スパングラーの式（修正式）
スパングラーの式（修正式）
土圧 土圧'r( E/ 12
 0.0061)PPeFrR 3 /E12
スパングラーの式（修正式）
K( rt F)22RK E'（修正式）
12(rfc ) 212
 (IE0I.0061
 E'Er'3 r) fc スパングラーの式
e
スパングラーの式（修正式）
t3 3
3
スパングラーの式（修正式）
r
外圧r
erP3e) Pe
'FFrR R33 /E(IE(E0I.0061
I0.0061
Er'33)rE
212(()F KK 12
0.0061(fcrfc)12
E''r( E
r/ 12
外圧
スパングラーの式（修正式）
スパングラーの式（修正式）
2K 
 EE
/ 12) 'P
 fc  12
EE'
t
r
R
ブーシネスクの式
分散の式


12
(
)

'

/
12
(

0
.
0061

'

)
K
F
r
E
I
r
P
tt ( r ) 2 KR  F  E 'r 3 / 12( E  I  0.0061  E 'r 3 )e P 分散の式
fc
外圧 ブーシネスクの式
外圧
 fc r 12
外圧
3
3 e
3
R3
外圧
r ) 2EK
22 QQ ggDo D  
t( F




'

/
12
(


0
.
0061

'

)
分散の式
F
E
r
E
I
E
r
PW
12
(  fc) 2K12
'

/
12
(

0
.
0061

'

)

 fc ブーシネスクの式
r
I
E
r
P
外圧
分散の式
ブーシネスクの式
R
e
R
e
分散の式
o
 (1  i()1Cil )  Ct
外圧
ブーシネスクの式
分散の式
Wmm 

Pt(1  i)(t1 Qi)QC  C cl
ブーシネスクの式
分散の式
22.75
(aQ(a2g22hDQohtan) D)o 
2gtan
外圧 外圧

ブーシネスクの式

P


t
.
75
c
ブーシネスクの式
分散の式
2
Q
g
D



W

 (1(1i) iC)l(CW
1  i )  Clom  分散の式
m2  Q  g  Do  
ブーシネスクの式
ブーシネスクの式
分散の式
W

P

1

i
)

Q



C
t

P


(

i
)

Q



C
t
 (a22.75
h(ahgtan) htan
2Q
2D
輪圧
c c
Wmm  22..75(1)i )  ClP   C輪圧 輪圧2Q((aa g 222
D Q tan go))Do   (1  i)l  Cl
W 75

Ptt 
t ((11(ii1)) Q
Q
Cc
c C
スパングラーの式（修正式）
Pスパングラーの式（修正式）
i
)

Q


W2m .75  (a oh2tan
Wm  2m.75
 (1) i )  Cl (1  i )  Clhtan
スパングラーの式
（修正式）
輪圧
c
輪圧

P(1t  (1 i)  CQc   C c
Pt スパングラーの式（修正式）
スパングラーの式（修正式）
i)  Q
輪圧
75 (Wam22.75
EhE(Iatan) h  tan  )02.322
輪圧
I2 mr 2  FR 3 E 'r 3 / 12  ( E  I  0.0061  E '3r 3 ) Pt
 tl  0.322  W
輪圧 スパングラーの式（修正式）

スパングラーの式（修正式）
 tc スパングラーの式（修正式）
 12(r tc )2 12K( t F) RK E'r / 12  ( E  I  0.0061  E 'r ) Pt
tl
Z
K

D
0
.
322

W
E

I
輪圧 輪圧
.322
EI
V
m
t
Z 0W
KW
o D
E
VEm
r 2 K FF 3EE''r3r/312/ 12
スパングラーの式（修正式）
 (E (EI  I0.0061
 E '3r 3E)'rP3 ) Pt  tl  00..322
322
 II o212((r ) K
0.0061tl   Wmm
2K t F  E 'RrR 3 / 12  ( E  I  0.0061  E 'r 3)  P t
  12スパングラーの式（修正式）(tcrtc)12tl

Z0.322 ZK
WVm D
EKV I Do tl 
tctc  12( r tt ) rK t2 FRR  E 'r / 123 ( E  I  0.0061  E 'r ) 3Ptt
IomD
 W0.322K
EW
 ZZ
  12( t ) rK 2 FR 3 E 'r / 123 ( E  I  0.0061 3 E 'r ) 3Pt   0.tl322
Doo E  I
 tl  mZ K3VV K
D

K'
E('
E  IE0'.0061'r ) Ptlt
 tc  12tc( rt tc) 2 K12
(FR ) E
r F/ 12Er /I120.(0061r )PERtt
Z （ mmKZV ）DoV KV o Do
Z：管材の断面係数【一般定数】【一般定数】
Z：管材の断面係数（mm33）【一般定数】）
Z：管材の断面係数（mm3D0【一般定数】
Kv：鉛直方向地盤反力係数：管外径（ mm ）（ N/mm3 ）3 3）
D0：管外径（mm）
KZ：管材の断面係数（mm【一般定数】） 3）
Z：管材の断面係数（mmv：鉛直方向地盤反力係数（N/mm
3 ）D【一般定数】KZ：管材の断面係数（mm0：管外径（mm）
v：鉛直方向地盤反力係数（N/mm3）
【一般定数】） 3
Z：管材の断面係数（mm33-2）α：トラック荷重による鉛直荷重係数（mma：トラック荷重による鉛直荷重係数（ mm ）（ mm －2 ）Dt：管厚（mm）
KZ：管材の断面係数（mmDt：管厚
Kv：鉛直方向地盤反力係数（N/mm） -2）【一般定数】） 3 3）
t：管厚（mm）
α：トラック荷重による鉛直荷重係数（mm0：管外径（mm）
v：鉛直方向地盤反力係数（N/mm
0：管外径（mm）
3
DD0：管外径（mm）
KKv：鉛直方向地盤反力係数（N/mm3）
【一般定数】）
Z：管材の断面係数（mm【一般定数】）
Z：管材の断面係数（mm：管外径（mm）：鉛直方向地盤反力係数（N/mm
）
-2
-2
3
0
v β：断面力の低減係数｛0.9｝r：管厚中心半径（mm）
t：管厚（mm）
α：トラック荷重による鉛直荷重係数（mmt：管厚（mm）
α：トラック荷重による鉛直荷重係数（mm）-2D0：管外径（mm）
Kv：鉛直方向地盤反力係数（N/mm） 3）r：管厚中心半径（mm）
β：断面力の低減係数｛0.9｝b：断面力の低減係数
r：管厚中心半径（ mm ）
3-2）
D0：管外径（mm）
Kv：鉛直方向地盤反力係数（N/mm）
Dt：管厚（mm）
Kα：トラック荷重による鉛直荷重係数（mm：管外径（mm）：鉛直方向地盤反力係数（N/mm） ｛0.9｝） -20t：管厚（mm）
vα：トラック荷重による鉛直荷重係数（mmBW：管頂部の溝幅（mm）
ε：土圧による軸方向歪み
r：管厚中心半径（mm）
β：断面力の低減係数｛0.9｝r：管厚中心半径（mm）
β：断面力の低減係数｛0.9｝t：管厚（mm）
α：トラック荷重による鉛直荷重係数（mm）
Br：管厚中心半径（mm）
ε：土圧による軸方向歪み：管頂部の溝幅（mm）-2-2Wβ：断面力の低減係数｛0.9｝f：土圧による軸方向歪み
Bt：管厚（mm）：管頂部の溝幅（ mm ）
α：トラック荷重による鉛直荷重係数（mm）
t：管厚（mm）
α：トラック荷重による鉛直荷重係数（mm）
WPr：管厚中心半径（mm）
β：断面力の低減係数｛0.9｝｛許容曲げ半径R=75 DD0 を用い、1/2x75=0.0067｝
BW：管頂部の溝幅（mm）
ε：土圧による軸方向歪み
BW：管頂部の溝幅（mm）
ε：土圧による軸方向歪み
i：内水圧（MPa）
r：管厚中心半径（mm）
β：断面力の低減係数｛0.9｝｛許容曲げ半径
R=75
PBiW：内水圧（MPa）
0 を用い、1/2x75=0.0067｝
ε：土圧による軸方向歪み：管頂部の溝幅（mm）
r：管厚中心半径（mm）
β：断面力の低減係数｛0.9｝r：管厚中心半径（mm）
β：断面力の低減係数｛0.9｝33
BW：管頂部の溝幅（mm）
ε：土圧による軸方向歪み｛許容曲げ半径＝75D（ MPa ）
3
ρ：埋め戻し土砂の単位体積重量（N/mm
）
）3）
i：内水圧
0 を用い、1/2x75＝0.0067｝｛許容曲げ半径R=75 R=75
D0 を用い、1/2x75=0.0067｝
Pg：単位体積当りの上載重量（N/mm｛許容曲げ半径D0Rを用い、1/2x75=0.0067｝
PP
BW：管頂部の溝幅（mm）
ε：土圧による軸方向歪み
g：単位体積当りの上載重量（N/mm
ρ：埋め戻し土砂の単位体積重量（N/mm）
i：内水圧（MPa）
i：内水圧（MPa）｛許容曲げ半径R=75
i：内水圧（MPa）
3
3
BW：管頂部の溝幅（mm）
ε：土圧による軸方向歪み
BPWP：管頂部の溝幅（mm）
ε：土圧による軸方向歪み｛許容曲げ半径R=75 DD00を用い、1/2x75=0.0067｝
を用い、1/2x75=0.0067｝
33
3
3
i：内水圧（MPa）
h：土被り（mm）
φ：埋め戻し土砂の安息角
t：埋め戻し土砂の単位体積重量g：単位体積当りの上載重量
g：単位体積当りの上載重量（N/mm
ρ：埋め戻し土砂の単位体積重量（N/mm
）
）
（
N/mm
）
g：単位体積当りの上載重量（N/mm
ρ：埋め戻し土砂の単位体積重量（N/mm）） （ N/mm ）33｛許容曲げ半径 R=75 D0 を用い、1/2x75=0.0067｝
Pi：内水圧（MPa）
h：土被り（mm）
φ：埋め戻し土砂の安息角
ρ：埋め戻し土砂の単位体積重量（N/mm
3）3）｛許容曲げ半径
R=75
D
Pi：内水圧（MPa）
を用い、1/2x75=0.0067｝｛許容曲げ半径R=75
D
Pg：単位体積当りの上載重量（N/mm：内水圧（MPa）
を用い、1/2x75=0.0067｝
ρ：埋め戻し土砂の単位体積重量（N/mm））
0ig：単位体積当りの上載重量（N/mm
033
Pe：埋め戻し土による土圧（MPa）
a：接地幅｛0.2m｝
h：土被り（mm）
φ：埋め戻し土砂の安息角
h：土被り（mm）
φ：埋め戻し土砂の安息角
g：単位体積当りの上載重量（N/mm
ρ：埋め戻し土砂の単位体積重量（N/mm）3）3
Ph：土被り（mm）
a：接地幅｛0.2m｝
z：埋め戻し土砂の安息角
h：土被り（ mm ）
33
e：埋め戻し土による土圧（MPa）
φ：埋め戻し土砂の安息角
g：単位体積当りの上載重量（N/mm
ρ：埋め戻し土砂の単位体積重量（N/mm））
g：単位体積当りの上載重量（N/mm
ρ：埋め戻し土砂の単位体積重量（N/mm））
h：土被り（mm）
φ：埋め戻し土砂の安息角
θ：荷重分散角｛45°｝K’:ランキンの主動土圧係数
Pa：接地幅｛0.2m｝：埋め戻し土による土圧（MPa）
P
a：接地幅｛0.2m｝：埋め戻し土による土圧（MPa）
h：土被り（mm）
φ：埋め戻し土砂の安息角
θ：荷重分散角｛45°｝K’:ランキンの主動土圧係数ee
PPe：埋め戻し土による土圧（MPa）
a：接地幅｛0.2m｝
P
a：接地幅｛0.2m｝（ MPa ）
h：土被り（mm）
φ：埋め戻し土砂の安息角
h：土被り（mm）
φ：埋め戻し土砂の安息角
e：埋め戻し土による土圧
a：接地幅｛0.2m｝
e：埋め戻し土による土圧（MPa）【状態依存の定数】｛K’=(1-sinφ)/(1+sinφ)｝
θ：荷重分散角｛45°｝K’:ランキンの主動土圧係数
θ：荷重分散角｛45°｝K’:ランキンの主動土圧係数
Pe：埋め戻し土による土圧（MPa）
a：接地幅｛0.2m｝【状態依存の定数】｛K’=(1-sinφ)/(1+sinφ)｝
θ：荷重分散角｛45°｝a：接地幅｛0.2m｝
PK’:ランキンの主動土圧係数
a：接地幅｛0.2m｝：埋め戻し土による土圧（MPa）
θ：荷重分散角｛45°｝i：荷重分散角e'：埋め戻し土による土圧（MPa）
eK’:ランキンの主動土圧係数
KP｛K’=(1-sinφ)/(1+sinφ)｝｝：ランキンの主動土圧係数
Q：トラック
後輪片荷重（t）｛45°φ：土の内部摩擦角（°）
【状態依存の定数】｛K’=(1-sinφ)/(1+sinφ)｝【状態依存の定数】
θ：荷重分散角｛45°｝K’:ランキンの主動土圧係数
Q：トラック
1 1後輪片荷重（t）
φ：土の内部摩擦角（°）
【状態依存の定数】｛K’=(1-sinφ)/(1+sinφ)｝
θ：荷重分散角｛45°｝K’:ランキンの主動土圧係数
θ：荷重分散角｛45°｝K’:ランキンの主動土圧係数【状態依存の定数】｛K’=(1-sinφ)/(1+sinφ)｝{終局限界状態：30、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：10}P：輪圧（N）'zz
Q：トラック1
後輪片荷重（t）
φ：土の内部摩擦角（°）
K【状態依存の定数】
｛
＝
（
1
－
sin
）
/
（
1
＋
sin
）
｝
Q：トラック
1 後輪片荷重（t）
φ：土の内部摩擦角（°）
t【状態依存の定数】｛K’=(1-sinφ)/(1+sinφ)｝{終局限界状態：30、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：10}
Pφ：土の内部摩擦角（°）
t：輪圧（N）
Q：トラック
11 後輪片荷重（t）【状態依存の定数】｛K’=(1-sinφ)/(1+sinφ)｝【状態依存の定数】｛K’=(1-sinφ)/(1+sinφ)｝
Q：トラック
後輪片荷重（t）
φ：土の内部摩擦角（°）
【荷重係数】{終局限界状態：30、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：10}
PWt：輪圧（N）{終局限界状態：30、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：10}
Pz：土の内部摩擦角
m：輪荷重による線土圧（N/mm）
Q：トラック
1 後輪片荷重（t）
φ：土の内部摩擦角（°）
【荷重係数】
WPmt：輪荷重による線土圧（N/mm）
t：輪圧（N）
Q：トラック１後輪片荷重（t）（°）{終局限界状態：30、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：10}：輪圧（N）
Q：トラック
1 後輪片荷重（t）
φ：土の内部摩擦角（°）
Q：トラック
1 後輪片荷重（t）
φ：土の内部摩擦角（°）{終局限界状態：30、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：10}
Pt：輪圧（N）
A：内圧・土圧荷重係数｛1000｝【荷重係数】
WE：管材の曲げ弾性率（MPa）【荷重係数】
Wm：輪荷重による線土圧（N/mm）{終局限界状態：30、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：10}
Pt：輪圧（N）
A：内圧・土圧荷重係数
E：管材の曲げ弾性率（MPa）｛1000｝
m：輪荷重による線土圧（N/mm）【荷重係数】
W：輪荷重による線土圧（N/mm）
PPtt：輪圧
m ：輪荷重による線土圧（N/mm）｛ 終局限界状態：30、クリープ・疲労限界状態：10 ｝（N）{終局限界状態：30、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：10}：輪圧（N）{終局限界状態：30、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：10}
PtW：輪圧（N）【荷重係数】{終局限界状態：1.5、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：1}
E2：長期での見かけ上の材料の弾性係数｛100｝A：内圧・土圧荷重係数
E：管材の曲げ弾性率（MPa）｛1000｝
A：内圧・土圧荷重係数
E：管材の曲げ弾性率（MPa）｛1000｝【荷重係数】
Wm：輪荷重による線土圧（N/mm）{終局限界状態：1.5、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：1}E2m：長期での見かけ上の材料の弾性係数｛100｝A：内圧・土圧荷重係数｛1000｝【荷重係数】
Wmm：輪荷重による線土圧（N/mm）【荷重係数】
WE：管材の曲げ弾性率（MPa）：輪荷重による線土圧（N/mm）
A：内圧・土圧荷重係数｛1000｝
mE：管材の曲げ弾性率（MPa）
W【荷重係数】：輪荷重による線土圧（
N/mm）
i：トラック等の衝撃係数｛0.5｝E’:受動土圧係数{終局限界状態：1.5、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：1}
E2：長期での見かけ上の材料の弾性係数｛100｝{終局限界状態：1.5、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：1}
E2：長期での見かけ上の材料の弾性係数｛100｝A：内圧・土圧荷重係数
E：管材の曲げ弾性率（MPa）｛1000｝
i：トラック等の衝撃係数｛0.5｝E’:受動土圧係数{終局限界状態：1.5、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：1}
EE2：長期での見かけ上の材料の弾性係数｛100｝A：内圧・土圧荷重係数
E：管材の曲げ弾性率（MPa）
A：内圧・土圧荷重係数
E：管材の曲げ弾性率（MPa）｛1000｝｛1000｝{終局限界状態：1.5、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：1}
2：長期での見かけ上の材料の弾性係数｛100｝【実験との補正係数】
F：埋設管基礎の支承角係数
i：トラック等の衝撃係数｛0.5｝E’:受動土圧係数
A：内圧・土圧荷重係数
E：管材の曲げ弾性率（ MPa ）
｛1000｝
i：トラック等の衝撃係数｛0.5｝E’:受動土圧係数
R{終局限界状態：1.5、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：1}
E2：長期での見かけ上の材料の弾性係数｛100｝【実験との補正係数】
FR：埋設管基礎の支承角係数
i：トラック等の衝撃係数｛0.5｝{終局限界状態：1.5、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：1}
E2：長期での見かけ上の材料の弾性係数｛100｝{終局限界状態：1.5、ｸﾘｰﾌﾟ・疲労限界状態：1}
EE’:受動土圧係数：長期での見かけ上の材料の弾性係数｛100｝i：トラック等の衝撃係数｛0.5｝2E’:受動土圧係数
C【実験との補正係数】
K：モーメント係数：輪荷重の管周方向に関係する補正係数｛0.266｝
F：長期での見かけ上の材料の弾性係数【実験との補正係数】
FE
Ci：トラック等の衝撃係数｛0.5｝E’:受動土圧係数
C
K：モーメント係数：輪荷重の管周方向に関係する補正係数｛0.266｝
R：埋設管基礎の支承角係数
R：埋設管基礎の支承角係数｛
終局限界状態：1.5、クリープ・疲労限界状態：１ ｝｛100｝C【実験との補正係数】
F：埋設管基礎の支承角係数
2i：トラック等の衝撃係数｛0.5｝E’:受動土圧係数
i：トラック等の衝撃係数｛0.5｝E’:受動土圧係数4【実験との補正係数】
FRR：埋設管基礎の支承角係数4I：管材の断面二次モーメント（mmCCl【実験との補正係数】）：輪荷重の管軸方向に関係する補正係数｛0.5｝
K：モーメント係数
CC：輪荷重の管周方向に関係する補正係数｛0.266｝
K：モーメント係数
FR：埋設管基礎の支承角係数
I：管材の断面二次モーメント（mmCClC：輪荷重の管軸方向に関係する補正係数｛0.5｝）C：輪荷重の管周方向に関係する補正係数｛0.266｝
K：モーメント係数：輪荷重の管周方向に関係する補正係数｛0.266｝'
i：トラック等の衝撃係数
EFR：埋設管基礎の支承角係数｛ 0.5 ｝
：受動土圧係数【実験との補正係数】【実験との補正係数】
FRK：モーメント係数：埋設管基礎の支承角係数
CC：輪荷重の管周方向に関係する補正係数｛0.266｝
44
I：管材の断面二次モーメント（mmCCl：輪荷重の管軸方向に関係する補正係数｛0.5｝）I：管材の断面二次モーメント（mm
Cl：輪荷重の管軸方向に関係する補正係数｛0.5｝）4
K：モーメント係数
C：輪荷重の管周方向に関係する補正係数｛0.266｝
I：管材の断面二次モーメント（mm4）
l：輪荷重の管軸方向に関係する補正係数｛0.5｝CC：輪荷重の管周方向に関係する補正係数｛0.266｝
K：モーメント係数
CCCC：輪荷重の管周方向に関係する補正係数｛0.266｝
K：モーメント係数
I：管材の断面二次モーメント（mm）：輪荷重の管軸方向に関係する補正係数｛0.5｝F【実験との補正係数】：埋設管基礎の支承角係数4lRI：管材の断面二次モーメント（mm
Cl：輪荷重の管軸方向に関係する補正係数｛0.5｝）44I：管材の断面二次モーメント（mm
Cl：輪荷重の管軸方向に関係する補正係数｛0.5｝）I：管材の断面二次モーメント（mm
Cl：輪荷重の管軸方向に関係する補正係数｛0.5｝）

K：モーメント係数
I：管材の断面二次モーメント（ mm4 ）16

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

12 12
12 12
12
12 12
12
12

CC：輪荷重の管周方向に関係する補正係数｛ 0.266 ｝
C1：輪荷重の管軸方向に関係する補正係数｛ 0.5 ｝

３－１－３．照査基準
水道施設設計指針2000 では、水道配水用ポリエチレン管については内圧に対する安全性検討と外圧に

３
内圧、外圧に対する１００年寿命の検証

対する安全性検討を別個に行う方法（内外圧分離の考え方）を適用することになっている。よって、内圧及３－１－３．照査基準
３－１－３．照査基準
３－１－３．照査基準
３－１－３．照査基準
３－１－３．照査基準
３－１－３．照査基準
３－１－３．照査基準
３－１－３．照査基準
３－１－３．照査基準
水道施設設計指針
2000 では、水道配水用ポリエチレン管については内圧に対する安全性検討と外圧では、水道配水用ポリエチレン管については内圧に対する安全性検討と外圧
水道施設設計指針
2000
では、水道配水用ポリエチレン管については内圧に対する安全性検討と外圧
び外圧に対する100
年寿命の検証は、（式3.2 ）と（式3.3 ）を別個に照査した。
３－１－３．照査基準
水道施設設計指針
2000
では、水道配水用ポリエチレン管については内圧に対する安全性検討と外圧
水道施設設計指針
2000
水道施設設計指針
2000
では、水道配水用ポリエチレン管については内圧に対する安全性検討と外圧
水道施設設計指針
2000
では、水道配水用ポリエチレン管については内圧に対する安全性検討と外圧
水道施設設計指針
水道施設設計指針
水道施設設計指針 2000
2000
2000 では、水道配水用ポリエチレン管については内圧に対する安全性検討と外圧では、水道配水用ポリエチレン管については内圧に対する安全性検討と外圧では、水道配水用ポリエチレン管については内圧に対する安全性検討と外圧に対する安全性検討を別個に行う方法（内外圧分離の考え方）を適用することになっている。よって、に対する安全性検討を別個に行う方法（内外圧分離の考え方）を適用することになっている。よって、水道施設設計指針 2000 では、水道配水用ポリエチレン管については内圧に対する安全性検討と外圧に対する安全性検討を別個に行う方法（内外圧分離の考え方）を適用することになっている。よって、に対する安全性検討を別個に行う方法（内外圧分離の考え方）を適用することになっている。よって、に対する安全性検討を別個に行う方法（内外圧分離の考え方）を適用することになっている。よって、に対する安全性検討を別個に行う方法（内外圧分離の考え方）を適用することになっている。よって、に対する安全性検討を別個に行う方法（内外圧分離の考え方）を適用することになっている。よって、に対する安全性検討を別個に行う方法（内外圧分離の考え方）を適用することになっている。よって、に対する安全性検討を別個に行う方法（内外圧分離の考え方）を適用することになっている。よって、内圧及び外圧に対する100 年寿命の検証は、(式
年寿命の検証は、(式 3.2）と(式3.2）と(式 3.3)を別個に照査した。
3.3)を別個に照査した。
内圧及び外圧に対する100
年寿命の検証は、(式3.2）と(式3.3)を別個に照査した。
【
100 年寿命の照査基準】
に対する安全性検討を別個に行う方法（内外圧分離の考え方）を適用することになっている。よって、内圧及び外圧に対する100
年寿命の検証は、(式3.2）と(式3.3)を別個に照査した。
内圧及び外圧に対する100
内圧及び外圧に対する100
年寿命の検証は、(式3.2）と(式3.3)を別個に照査した。
内圧及び外圧に対する100
年寿命の検証は、(式3.2）と(式3.3)を別個に照査した。
内圧及び外圧に対する内圧及び外圧に対する内圧及び外圧に対する100
100
100年寿命の検証は、(式
年寿命の検証は、(式
年寿命の検証は、(式3.2）と(式3.2）と(式3.2）と(式3.3)を別個に照査した。
3.3)を別個に照査した。
3.3)を別個に照査した。
内圧及び外圧に対する100
年寿命の検証は、(式3.2）と(式3.3)を別個に照査した。
v ×形状係数 Cf ×素材係数 Cm ＜ 100 年後の許容応力 vc（式3.2 ）
・内圧による算出応力【100
年寿命の照査基準】【100
年寿命の照査基準】【100【100
年寿命の照査基準】
年寿命の照査基準】【100
年寿命の照査基準】【100【100【100年寿命の照査基準】
年寿命の照査基準】
年寿命の照査基準】
v ×形状係数 Cf ×素材係数
vc
・外圧による算出応力
Cm ＜ 100（式3.3×素材係数Ｃ＜年後の許容応力
100 年後の許容応力σ
年後の許容応力σ（式3.2） ）
・内圧による算出応力σ×形状係数Ｃ×素材係数Ｃ＜
100
年後の許容応力σ（式
3.2）・内圧による算出応力σ×形状係数Ｃ
ff ×素材係数Ｃ
mm ＜
cc （式
【100
年寿命の照査基準】
×素材係数Ｃ＜
100
100
年後の許容応力σ
（式
3.2）
3.2）
・内圧による算出応力σ×形状係数Ｃ・内圧による算出応力σ×形状係数Ｃ×素材係数Ｃ＜
100
年後の許容応力σ（式
3.2）・内圧による算出応力σ×形状係数Ｃ×素材係数Ｃ
×素材係数Ｃmmmmmmm ＜
＜
＜ 100
100
100年後の許容応力σ
年後の許容応力σ
年後の許容応力σccccccc （式（式（式3.2）
3.2）
3.2）
・内圧による算出応力σ×形状係数Ｃ・内圧による算出応力σ×形状係数Ｃ・内圧による算出応力σ×形状係数Ｃfffffff ×素材係数Ｃ
×素材係数Ｃmm ＜＜ 100
100 年後の許容応力σ
年後の許容応力σcc （式（式 3.3）3.3）
・外圧による算出応力σ×形状係数Ｃff ×素材係数Ｃ
×素材係数Ｃ
100
年後の許容応力σ（式
3.3）・外圧による算出応力σ×形状係数Ｃ
3.2）
・内圧による算出応力σ×形状係数Ｃ
3.3）
・外圧による算出応力σ×形状係数Ｃ・外圧による算出応力σ×形状係数Ｃ
ff ×素材係数Ｃmm ＜cc＜
100
年後の許容応力σ（式
3.3）・外圧による算出応力σ×形状係数Ｃ×素材係数Ｃ
×素材係数Ｃmmmmm ＜
＜
＜ 100
100
100年後の許容応力σ
年後の許容応力σ
年後の許容応力σccccc （式（式（式3.3）
3.3）
3.3）
・外圧による算出応力σ×形状係数Ｃ・外圧による算出応力σ×形状係数Ｃ・外圧による算出応力σ×形状係数Ｃfffff ×素材係数Ｃ（式3.2）、（式3.3 ）のそれぞれについて、表３－１に示すように、発生応力の方向として管周方向と管軸（式 3.3）・外圧による算出応力σ×形状係数Ｃ
f ×素材係数Ｃm ＜ 100 年後の許容応力σc（式 3.2）3.2）、（式 3.3）のそれぞれについて、表
3.3）のそれぞれについて、表 3-1
3-1 に示すように、発生応力の方向として管周方向とに示すように、発生応力の方向として管周方向と
（式
3.2）
、
（式
3.3）のそれぞれについて、表3-1に示すように、発生応力の方向として管周方向と
（式
3.2）
、
（式
3.3）のそれぞれについて、表3-1に示すように、発生応力の方向として管周方向と
（式
、
（式
（式
3.2）
、
（式
3.3）のそれぞれについて、表3-1に示すように、発生応力の方向として管周方向と
（式
3.2）
、
（式
3.3）のそれぞれについて、表3-1に示すように、発生応力の方向として管周方向と方向、さらに３つの限界状態について照査することになる。
（式（式（式 3.2）
3.2）
3.2）
、
、
、
（式
（式
（式 3.3）のそれぞれについて、表
3.3）のそれぞれについて、表
3.3）のそれぞれについて、表 3-1
3-1
3-1 に示すように、発生応力の方向として管周方向とに示すように、発生応力の方向として管周方向とに示すように、発生応力の方向として管周方向と管軸方向、さらに３つの限界状態について照査することになる。
管軸方向、さらに３つの限界状態について照査することになる。
（式
3.2）
、
（式
3.3）のそれぞれについて、表3-1に示すように、発生応力の方向として管周方向と管軸方向、さらに３つの限界状態について照査することになる。
管軸方向、さらに３つの限界状態について照査することになる。
管軸方向、さらに３つの限界状態について照査することになる。
管軸方向、さらに３つの限界状態について照査することになる。
管軸方向、さらに３つの限界状態について照査することになる。
管軸方向、さらに３つの限界状態について照査することになる。
管軸方向、さらに３つの限界状態について照査することになる。
表
3-1 各限界状態における照査基準
各限界状態における照査基準
表
3-1
各限界状態における照査基準
表３−２
各限界状態における照査基準
管軸方向、さらに３つの限界状態について照査することになる。
表3-1
各限界状態における照査基準
表
3-1
表
3-1
各限界状態における照査基準
表
3-1
各限界状態における照査基準
表
表
表3-1
3-1
3-1 各限界状態における照査基準
各限界状態における照査基準
各限界状態における照査基準
照査基準
照査基準
発生応力
照査基準
発生応力
表 3-1 各限界状態における照査基準
発生応力
照査基準
発生応力
照査基準
照査基準
発生応力
照査基準
発生応力
荷重
荷重 発生応力
荷重
照査基準
照査基準
照査基準
発生応力
発生応力
発生応力
荷重
荷重
方向
荷重
荷重
方向
終局限界状態
クリープ状態
疲労限界状態
終局限界状態
クリープ状態
疲労限界状態方向
終局限界状態
クリープ状態
疲労限界状態
荷重
荷重
荷重 発生応力照査基準
方向
終局限界状態
クリープ状態
疲労限界状態方向
終局限界状態
クリープ状態
疲労限界状態方向
終局限界状態
クリープ状態
疲労限界状態方向
終局限界状態
クリープ状態
疲労限界状態方向
方向
方向
終局限界状態
クリープ状態
疲労限界状態
終局限界状態
終局限界状態
クリープ状態
クリープ状態
疲労限界状態
疲労限界状態
荷重
C終局限界状態
Cmmmm<
Cクリープ状態
Cmmmm<
C疲労限界状態
Cmmmm<
管周方向
×
C
×
C
<
×
C
×
C
<
×
C
×
C
<
管周方向
管周方向
c1
c2
c3
ff×
c1
ff×
c2
ff×
c3
方向
σσσσσicicicicicic×σσσσσicicicicicic×
×× C
C
×× C
C
<< σσσσσc1
×× C
C
×× C
C
<< σσσσσc2
×× C
C
×× C
C
<< σσσσσc3
σσσσicicicicicic×
管周方向
c1
c2
c3
C
C
C
C
C
C
管周方向
c1
c2
c3
c1
c2
c3
内圧 管周方向
内圧
××C
C
Cfffffff××
××CC
Cmmmmm<<<<σσσc1σσσicicic××
××CC
Cfffffff××
××CC
Cmmmmm<<<<σσσc2σσσicicic××
××CC
Cfffffff××
××CC
Cmmmmm<<<<σσσc3
管周方向
管周方向
管周方向 σσσσicicic××
c1
c1
c2
c2
c3
c3
内圧
内圧
内圧
内圧
管軸方向 σσilicililil××C
Cffff××C
Cmmmm<< σσσσc1
σilicililil××C
Cffff××C
Cmmmm<< σσσσc2
σilicililil××C
Cffff××C
Cmmmm<< σσσσc3
管軸方向
×
C
×
C
<
×
C
×
C
<
×
C
×
C
<
内圧
内圧
内圧 管軸方向
c1
c2
c3
c1
c2
c3
σ
σ
管周方向
管軸方向
管軸方向
×
C
×
C
<
×
C
×
C
<
×
C
×
C
<
c1
c2
c3
管軸方向
C
C
C
C
C
C
c1
c2
c3
c1
c2
c3
管軸方向
管軸方向 σσσσililililil××
××CC
Cfffff××
××C
C
Cmmmmm<<
<<σσ
σσc1
σσ
σσililililil××
××CC
Cfffff××
××C
C
Cmmmmm<<
<<σσ
σσc2
σσ
σσililililil××
××CC
Cfffff××
××C
C
Cmmmmm<<<<σσσσc3
内圧 管軸方向
c1
c1
c2
c2
c3
c3
+Cσσσσ
×m<
Cfffσ
×c1C
Cmmmm<< σσσσc1(σ+Cσσσσ×m<
Cfffσf××c2C
Cmmmm<< σσσσc2(σ+Cσσσσ×m<
Cfffσf××c3C
Cmmmm<
管周方向 (σ
(σ
+
×
C
×
C
<
(σ
+
×
C
×
C
<
(σ
+
×
C
×
C
<
管周方向
(σ
fc
tc))))C×f×c1
fctc))))C×c2fctc))))C×
c3
fc
tc
c1
fc
tc
c2
fc
tc
c3
管軸方向
σ
×
×
σ
×
×
σ
×
×
+
C
(σ
+
C
(σ
+
C
+
×
C
×
C
<
(σ
+
×
C
×
C
<
(σ
+
×
C
×
C
<< σσσσσc3
管周方向
管周方向
(σ
il
f
il
f
il
f
fc
tc
c1
fc
tc
c2
fc
tc
c3
fc
tc
fc
tc
fc
tc
+
σ
)
×
C
×
C
<
σ
(σ
+
σ
)
×
C
×
C
<
σ
(σ
+
σ
)
×
C
×
C
管周方向
(σ
管周方向
fc
tc
f
m
c1
fc
tc
f
m
c2
fc
tc
f
c3
fc
tc
f
m
c1
fc
tc
f
m
c2
fc
tc
f
c3
外圧
外圧
C
Cfff×××C
C
Cmmm<<<σσσc1c1c1 (σ(σ(σfcfcfc+++σσσtctctc)))×××C
C
Cfff×××C
C
Cmmm<<<σσσc2(σ(σ(σfcfcfc+++σσσtctctc)))×××C
C
Cfff×××C
C
Cmmmmm<<<<σσσc3
管周方向
管周方向
管周方向 (σ(σ(σfcfcfc+++σσσtctctc)))×××C
c2
c2
c3
c3
外圧
外圧
外圧
管軸方向 (σ(σffcffflll++ σσσσtltltltctl)))))×
×
C
×
C
<
σ
(σ
+
σ
)
×
C
×
C
<
σ
(σ
+
σ
)
×
C
×
C
<
σ
外圧
管軸方向
(σ
×
C
×
C
<
σ
(σ
+
σ
)
×
C
×
C
<
σ
(σ
+
σ
)
×
C
×
C
<
σ
外圧
外圧
外圧 管軸方向
l+
m
c1
f
l
tl
f
m
c2
f
l
tl
f
m
c3
fffff×
m
c1
f
l
tl
f
m
c2
f
l
tl
f
m
c3
×
C
×
C
<
σ
)
×
C
×
C
<
σ
)
×
C
×
C
<
σ
管周方向
管軸方向
(σ
C
C
<
σ
(σ
+
σ
)
×
C
×
C
<
σ
(σ
+
σ
)
×
C
×
C
<
σ
+
×
C
×
C
<
σ
(σ
+
σ
)
×
C
×
C
<
σ
(σ
+
σ
)
×
C
×
C
<
σ
m < σc1
c1
fctc ) × Cfff × Cm
m < σc2
c2
fctc ) × Cfff × Cm
m < σc3
c3
m
c1
f
l
tl
m
c2
f
l
tl
m
c3
m
f
l
tl
f
l
tl
管軸方向
(σ
+
σ
)
×
C
×
C
(σ
+
σ
(σ
+
σ
c1
c2
c3
ll+
c1
ll+
c2
ll+
c3
管軸方向
管軸方向
管軸方向 (σ(σ(σffffflll++σσσtltltltltl)))×××C
C
Cfffff×××C
C
Cmmmmm<<<σσσc1(σ(σ(σffffflll++σσσtltltltltl)))×××C
C
Cfffff×××C
C
Cmmmmm<<<σσσc2(σ(σ(σffffflll++σσσtltltltltl)))×××C
C
Cfffff×××C
C
Cmmmmm<<<σσσc3
外圧 管軸方向
c1
c1
c2
c2
c3
c3
管軸方向 (σf l+ σtl ) × Cf × Cm < σc1(σf l+ σtl ) × Cf × Cm < σc2(σf l+ σtl ) × Cf × Cm < σc3：内圧 Pにより管周方向に発生する応力：内圧
Pにより管周方向に発生する応力：終局限界状態の許容応力：終局限界状態の許容応力iiiにより管周方向に発生する応力
c1：終局限界状態の許容応力
c1
：内圧
PP
により管周方向に発生する応力σσσσσσicicicicicic：内圧：終局限界状態の許容応力
σσσσσσc1c1：内圧により管周方向に発生する応力：内圧により管周方向に発生する応力：終局限界状態の許容応力：終局限界状態の許容応力c1c1
σσσicicic：内圧
：内圧
：内圧
PP
PP
Piiiiiiにより管周方向に発生する応力により管周方向に発生する応力により管周方向に発生する応力：終局限界状態の許容応力：終局限界状態の許容応力
σσσc1
vc 1：終局限界状態の許容応力
vic：内圧c1
c1：終局限界状態の許容応力
Pi により管周方向に発生する応力
：内圧 P
Piiiにより管軸方向に発生する応力により管軸方向に発生する応力：内圧
Pにより管軸方向に発生する応力σσσilicililil：内圧：クリープ状態の許容応力：クリープ状態の許容応力
σσσc2
c2：クリープ状態の許容応力
c2により管周方向に発生する応力：内圧
Pにより管軸方向に発生する応力：終局限界状態の許容応力σ：クリープ状態の許容応力
σ
c1
i
c2
：内圧
P
により管軸方向に発生する応力σ：内圧P
により管軸方向に発生する応力σ：クリープ状態の許容応力σ：クリープ状態の許容応力
σ
il
i
il
i
c2
vc 2：クリープ状態の許容応力
v
c2
：内圧
P
：内圧
：内圧
PPPiiiにより管軸方向に発生する応力により管軸方向に発生する応力により管軸方向に発生する応力σσσililil：内圧：クリープ状態の許容応力：クリープ状態の許容応力
σσσc2ili により管軸方向に発生する応力c2
c2：クリープ状態の許容応力：土圧により管周方向に発生する応力
σilfcfcfc：内圧：土圧により管周方向に発生する応力σ：疲労限界状態の許容応力
σc3：疲労限界状態の許容応力
σ
c3
c3
P
により管軸方向に発生する応力：土圧により管周方向に発生する応力σ：クリープ状態の許容応力：土圧により管周方向に発生する応力σ：疲労限界状態の許容応力σi：疲労限界状態の許容応力
σc2c3vc 3：疲労限界状態の許容応力
vfc：土圧により管周方向に発生する応力：土圧により管周方向に発生する応力：土圧により管周方向に発生する応力：疲労限界状態の許容応力：疲労限界状態の許容応力
fcc3c3：土圧により管周方向に発生する応力：土圧により管周方向に発生する応力σσσσσfcfcfc：疲労限界状態の許容応力：疲労限界状態の許容応力
σσ
σσσc3
fc
fc：土圧により管周方向に発生する応力c3
c3：疲労限界状態の許容応力：土圧により管軸方向に発生する応力：土圧により管軸方向に発生する応力：土圧により管周方向に発生する応力v：土圧により管軸方向に発生する応力
σc3：疲労限界状態の許容応力
σσσσσσflfcflflflflfl：土圧により管軸方向に発生する応力
fl：土圧により管軸方向に発生する応力：土圧により管軸方向に発生する応力：土圧により管軸方向に発生する応力：土圧により管軸方向に発生する応力：土圧により管軸方向に発生する応力σσσflflfl：土圧により管軸方向に発生する応力：輪圧により管周方向に発生する応力
vtc：輪圧により管周方向に発生する応力：輪圧により管周方向に発生する応力：輪圧により管周方向に発生する応力：輪圧により管周方向に発生する応力σσσσσσtcfltctctctctc：土圧により管軸方向に発生する応力：輪圧により管周方向に発生する応力：輪圧により管周方向に発生する応力：輪圧により管周方向に発生する応力：輪圧により管周方向に発生する応力σσσtctctc：輪圧により管周方向に発生する応力
vtl：輪圧により管軸方向に発生する応力：輪圧により管軸方向に発生する応力：輪圧により管軸方向に発生する応力：輪圧により管周方向に発生する応力：輪圧により管軸方向に発生する応力σσσσσσtltctltltltl：輪圧により管軸方向に発生する応力：輪圧により管軸方向に発生する応力：輪圧により管軸方向に発生する応力：輪圧により管軸方向に発生する応力：輪圧により管軸方向に発生する応力σσσtltltltl：輪圧により管軸方向に発生する応力
σtl：輪圧により管軸方向に発生する応力
３－１－４．照査手順
３－１－４．照査手順
３－１－４．照査手順
３－１－４．照査手順
３－１－４．照査手順
３－１－４．照査手順
３－１－４．照査手順
３－１－４．照査手順
３－１－４．照査手順
以上、水道配水用ポリエチレン管路の 100
100 年寿命を照査する手順は、以下のようになる。
年寿命を照査する手順は、以下のようになる。
以上、水道配水用ポリエチレン管路の100
年寿命を照査する手順は、以下のようになる。
３－１－４．照査手順
以上、水道配水用ポリエチレン管路の100
年寿命を照査する手順は、以下のようになる。
以上、水道配水用ポリエチレン管路の３－１－４．照査手順
以上、水道配水用ポリエチレン管路の100
年寿命を照査する手順は、以下のようになる。
以上、水道配水用ポリエチレン管路の100
年寿命を照査する手順は、以下のようになる。
以上、水道配水用ポリエチレン管路の以上、水道配水用ポリエチレン管路の以上、水道配水用ポリエチレン管路の100
100
100年寿命を照査する手順は、以下のようになる。
年寿命を照査する手順は、以下のようになる。
年寿命を照査する手順は、以下のようになる。
以上、水道配水用ポリエチレン管路の 100年寿命を照査する手順は、以下のようになる。
年寿命を照査する手順は、以下のようになる。
以上、水道配水用ポリエチレン管路の100［限界状態の分類］［限界状態の分類］
応力計算式により形状係数、素材係数
応力計算式により形状係数、素材係数［限界状態の分類］［限界状態の分類］
応力計算式により形状係数、素材係数
応力計算式により形状係数、素材係数［限界状態の分類］［限界状態の分類］
応力計算式により形状係数、素材係数
応力計算式により形状係数、素材係数［限界状態の分類］［限界状態の分類］［限界状態の分類］
応力計算式により応力計算式により応力計算式により形状係数、素材係数
形状係数、素材係数
形状係数、素材係数①終局限界状態①終局限界状態①終局限界状態①終局限界状態
発生応力を算出を実験により決定
発生応力を算出を実験により決定［限界状態の分類］
応力計算式により形状係数、素材係数①終局限界状態①終局限界状態
発生応力を算出を実験により決定
発生応力を算出を実験により決定①終局限界状態①終局限界状態①終局限界状態
発生応力を算出を実験により決定
発生応力を算出を実験により決定②クリープ状態②クリープ状態
発生応力を算出
発生応力を算出
発生応力を算出を実験により決定を実験により決定を実験により決定②クリープ状態②クリープ状態②クリープ状態②クリープ状態①終局限界状態②クリープ状態②クリープ状態②クリープ状態③疲労限界状態③疲労限界状態
発生応力を算出を実験により決定③疲労限界状態③疲労限界状態③疲労限界状態③疲労限界状態②クリープ状態③疲労限界状態③疲労限界状態③疲労限界状態③疲労限界状態
限界状態ごとに有効応力を算出
限界状態ごとに有効応力を算出
限界状態ごとに有効応力を算出
限界状態ごとに有効応力を算出
限界状態ごとに有効応力を算出
限界状態ごとに有効応力を算出
限界状態ごとに有効応力を算出
限界状態ごとに限界状態ごとに有効応力を算出
有効応力を算出
算出応力×形状係数×素材係数
100 年照査用許容応力を実験により決定
年照査用許容応力を実験により決定
算出応力×形状係数×素材係数100
年照査用許容応力を実験により決定
限界状態ごとに有効応力を算出
算出応力×形状係数×素材係数100
年照査用許容応力を実験により決定
算出応力×形状係数×素材係数100
算出応力×形状係数×素材係数100
年照査用許容応力を実験により決定
算出応力×形状係数×素材係数100
年照査用許容応力を実験により決定
算出応力×形状係数×素材係数
算出応力×形状係数×素材係数
算出応力×形状係数×素材係数
100
100
100年照査用許容応力を実験により決定
年照査用許容応力を実験により決定
年照査用許容応力を実験により決定
算出応力×形状係数×素材係数
100 年照査用許容応力を実験により決定
外圧と内圧を別個に 100
100 年寿命の照査をおこなう
年寿命の照査をおこなう
外圧と内圧を別個に
100
年寿命の照査をおこなう
外圧と内圧を別個に
100
年寿命の照査をおこなう
外圧と内圧を別個に外圧と内圧を別個に
100
年寿命の照査をおこなう
外圧と内圧を別個に
100
年寿命の照査をおこなう
外圧と内圧を別個に外圧と内圧を別個に外圧と内圧を別個に100
100
100年寿命の照査をおこなう
年寿命の照査をおこなう
年寿命の照査をおこなう
許容応力100＞
＞
有効応力
許容応力
＞
有効応力
外圧と内圧を別個に
年寿命の照査をおこなう
許容応力
＞
有効応力
許容応力
有効応力
許容応力
＞
有効応力
許容応力
＞
有効応力
許容応力
許容応力
許容応力 ＞＞＞ 有効応力
有効応力
有効応力
許容応力 ＞ 有効応力

13
13
13
13
13
13
13
13
13
13

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

17水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

３－２．限界状態ごとの許容応力
本節では、３－１－１節で述べた３つの限界状態（終局限界状態、クリープ限界状態、疲労限界状態）ごとに許容応力を算出し、管路が100 年間の使用に耐えられるか否かの検証を行った。
３－２－１．終局限界状態での許容応力
終局限界状態での破壊は、短期的な応力で延性破壊的に発生するため、材料の引張強度に依存する。当協会では、引張降伏強度の90% を許容応力とした。
なお、JWWAK144 では、引張降伏強度は20MPa 以上と規定されているため、許容応力は18MPa となる。
終局限界状態の許容応力＝18MPa



３－２－２．クリープ限界状態での許容応力
クリープ限界状態での許容応力は ISO9080 及び、ISO12162 に従って設定する。
３－２－２－１．ISO 9080 と ISO 12162 とは① ISO 9080（ Plastic piping and ducting systems–Determination of the long － term hydrostatic
strengthofthermoplasticsmaterialsinpipeformbyextrapolation ）（ 1992 年制定、2003 年・2012 年改訂）
実使用温度より高い温度でクリープ試験を実施することでクリープを促進し、試験時間よりも長期の静水圧強度を決定する方法について規定している。
（促進試験の考え方）
温度を上げることで、クリープを促進する。実使用温度からの温度差（ DT ）が大きいほど、クリープを促進でき、ke 倍（外挿係数）の試験結果を延長できる（表３－３）。
1992 年の制定時には ke は最大50 までしか規定されていなかったが、2003 年の改訂で ke が最大100 まで規
定された。

表３−３

DT と ke との関係 （ISO 9080 による）

DT（℃）

ke

DT（℃）

ke

DT（℃）

ke

T <15

2.5

25 ≦ T <30

1240 ≦ T <50

50

15 ≦ T <20

430 ≦ T <35

18

50 ≦ T100

20 ≦ T <25635 ≦ T <4030

例：20℃での長期使用を考え、80℃で試験した場合
DT（温度差）＝80℃－20℃＝60℃
k（外挿係数）＝100 倍eつまり、80℃で１年間のクリープ試験を実施すれば、20℃の試験結果を100 倍延長（外挿）することができる。

18

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

（ KneePoint について）（Knee Point について）（Knee（Knee Point
Point について）
について）
ポリエチレン管のクリープ特性では、ある時間で図３－２のように傾きが変化する
Knee Point が現れポリエチレン管のクリープ特性では、ある時間で図
ポリエチレン管のクリープ特性では、ある時間で図3－2のように傾きが変化するのように傾きが変化するKnee
KneePoint
Pointがが 3－2 のように傾きがポリエチレン管のクリープ特性では、ある時間で図
ポリエチレン管のクリープ特性では、ある時間で図 3－2
3－2のように傾きが変化する
Knee
Point
が

る場合がある。このKnee Point
現れる場合がある。この Knee Point は温度が高ければ高いほど短時間で出現れる場合がある。このKneeは温度が高ければ高いほど短時間で出現する。
Point は温度が高ければ高いほど短時間で出現する。
は温度が高ければ高いほど短時間で出現する。
現れる場合がある。このPoint現れる場合がある。この Knee
は温度が高ければ高いほど短時間で出現する。
KneePoint が出現した場合、試験はその時間までしか外挿できない。結果として、当協会メーカーのポKnee Point が出現した場合、試験はその時間までしか外挿できない。結が出現した場合、試験はその時間までしか外挿できない。結果として、当協会メーカ
Knee
Knee Point
Point が出現した場合、試験はその時間までしか外挿できない。結果として、当協会メーカが出現した場合、試験はその時間までしか外挿できない。結果として、当協会メーカ

ーのポリエチレン管では、80℃で1 年間（8,760hr）のクリープ試験を実リエチレン管では、80℃で１年間（ 8,760hr）のクリープ試験を実施し、Knee
Point が無いことを確認してーのポリエチレン管では、80℃で年間（8,760hr）のクリープ試験を実施し、Knee
Pointが無いが無い
ーのポリエチレン管では、80℃で11 年間（8,760hr）のクリープ試験を実施し、KneePointーのポリエチレン管では、80℃で年間（8,760hr）のクリープ試験を実施し、Knee
Point
が無い
ことを確認しているので、20℃のクリープ試験を100 年後まで延長できるいるので、20℃のクリープ試験を100
年後まで延長できる。
ことを確認しているので、20℃のクリープ試験を年後まで延長できる。
ことを確認しているので、20℃のクリープ試験を100ことを確認しているので、20℃のクリープ試験を100 年後まで延長できる。
年後まで延長できる。
高温でkneepoint（変曲点）が現れる材料
高温でkneepoint（変曲点）が現れない材料
point（変曲点）が現れない材料
高温でknee
高温でkneepoint（変曲点）が現れない材料

ΔT
ΔT
TT22

knee
knee point
point
ぜい性破壊
ぜい性破壊
脆性破壊

延性破壊
延性破壊

logσLPL（周応力）
LPL（周応力）logσ
LCLlogσLCL
LPL（周応力）
LPL

実測
実測

T1
T
T111

ΔT
ΔT
ΔT
ΔT

T2
TT222

knee point
ぜい性破壊

延性破壊
延性破壊
延性破壊
延性破壊
tttmax
max
max

図 3-2
図
9080
による）
図 3-2
3-2 加速試験の概念図（ISO
加速試験の概念図（ISO 9080
9080による）
による）
図３−２

実測

外挿
外挿
外挿

ｌog t（破壊時間）t（破壊時間）ｌog
ｌog
t（破壊時間）t（破壊時間）ｌog
ｌog t（破壊時間）t（破壊時間）t（破壊時間）３加速試験の概念図（ISO 9080 による）

T1
ΔT
T2
延性破壊

内圧、外圧に対する１００年寿命の検証

TT11

実測
実測
実測
実測

高温でknee point（変曲logσLPL（周応力）point（変曲点）が現れる材料
高温でknee
高温でknee point（変曲点）が現れる材料
point（変曲点）が現れる材料

ｌog t（破壊時間）
×ｋｅ
ttmax
tmax
×ｋｅ
max×ｋｅ加速試験の概念図（ISO 9080 による）

② ISO12162（ Thermoplasticsmaterialsforpipesandfittingsforpressureapplications–Classification
②ISO 12162（Thermoplastics
materials for pipes
and fittings for p②ISO 12162（Thermoplastics
12162（Thermoplastics materials
for pipes
pipes andand fittings
fittings
forpressureapplications②ISO
12162（Thermoplastics
materials forfittings forfor pressurepressure applications
applications –––anddesignation–Overallservice（ design ）coefficient）Classificationand designation – Overall service(design) coefficie
Classification
Classification andand designation
designation –– Overall
Overall service(design)service(design)
coefficient）
service(design) coefficient）
coefficient）（
1995
年制定、2009
年改訂）（1995
年制定、2009
年改訂）（1995
年制定、2009
年改訂）（1995 年制定、2009 年改訂）
ISO9080 に基づき算出した長期静水圧（クリープ）強度の値により、管
ISO
9080
に基づき算出した長期静水圧（クリープ）
強度の値により、管のグレード（ PE80、PE100 など）
ISO9080に基づき算出した長期静水圧（クリープ）強度の値により、管のグレード（PE80、PE100ISO9080に基づき算出した長期静水圧（クリープ）強度の値により、管のグレード（PE80、PE100に基づき算出した長期静水圧（クリープ）強度の値により、管のグレード（PE80、PE100など）をクラス分けしている（表 3-4）。
をクラス分けしている（表３－４）。 3-4）など）をクラス分けしている（表。
など）をクラス分けしている（表。
など）をクラス分けしている（表3-4）
次節では、ISO 12162 を用いて、上記で求めたクリープ強度から、クラ次節では、ISO
12162
を用いて、上記で求めたクリープ強度から、クラス分けを実施し、それぞれの許次節では、ISO
12162
を用いて、上記で求めたクリープ強度から、クラス分けを実施し、それぞ
次節では、ISO
12162
を用いて、上記で求めたクリープ強度から、クラス分けを実施し、それぞ
次節では、ISO
12162
を用いて、上記で求めたクリープ強度から、クラス分けを実施し、それぞれの許容応力を算出している。
容応力を算出している。
れの許容応力を算出している。
れの許容応力を算出している。
れの許容応力を算出している。
表３−４ CRS i ,t の分類（ISO 12162 TableA.1） 表 3-4 CRS
TableA.1
θ,t の分類 (ISO 12162の分類
表の分類 (ISO(ISO 12162
12162 TableA.1)
TableA.1)
表 3-4
3-4 CRS
CRSθ,tθ,tTableA.1)
表3-4
CRS
θ,t の分類 (ISO 12162
vLPL（MPa）
CRS i ,t（MPa）
σLPL(MPa)
CRSθ,t(MPa)
σσ
CRS
(MPa)
σLPL
(MPa)
CRS
(MPa)
LPL(MPa)(MPa)
CRSθ,tθ,tLPL
θ,t(MPa)
：
：
：
：
：
：
：
：
：
：
v
6.3
6.3 ≦ LPL ＜86.3
6.3≦σLPL＜8
6.3
6.3≦σ
6.3
6.3≦σLPL
＜8
LPL＜8
6.3
6.3≦σ
＜8
LPL
8
8 ≦ vLPL ＜1088≦σLPL＜10888
8≦σ
8≦σLPL＜10
LPL＜10
8≦σ
＜10
LPL
10
10 ≦ vLPL ＜11.2
10
10≦σLPL＜11.2
10
10≦σ
10
10≦σLPL＜11.2
LPL＜11.2
10
10≦σ
＜11.2
LPL
：
：
：
：
：
：
：
：
：
：

20
20
15

20

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

19水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

３－２－２－２．20℃でのクリープ限界状態における許容応力
まず、ISO 9080 により、20℃、100 年後のクリープ強度 vLPL, 20℃, 100year（ LPL：97.5% の下方信頼限界値）を算出した。我々は20℃と80℃での熱間内圧クリープ試験をそれぞれ１年間実施し、表３－３にある DT（試験の温度差）＝60℃、及び k（外挿係数）＝100 を用い、図３－２のように20℃のクリープ試験の結果を外e
挿（延長）することで、vLPL, 20℃, 100year を求めた。次に、得られた vLPL, 20℃, 100year より、表３－４による分類を行い、CRS20℃ , 100year は８MPa とした。

表３−５20℃の許容応力
20℃

POLITEC
会員

vLPL, 20℃, 50year

vLPL, 20℃, 100year

A

10.1MPa 9.9MPa

B

10.2MPa

10.0MPa

C

10.4MPa

10.3MPa

D

10.9MPa

10.8MPa

CRS20℃,100year

8MPa

クリープ限界状態（ 20℃）の許容応力＝８MPa
３－２－２－３．圧力低減係数の妥当性検証
JWWA K144 に水道配水用ポリエチレン管及び継手の使用温度は０～40℃と規定されている。ただし、管・継手の耐圧性は温度依存性があるため、JWWAK144 及び ISO4427 には圧力低減係数が設定されており、その係数に応じて圧力を下げて使用するよう規定されている。
本項では、40℃での100 年クリープ強度を算出するために圧力低減係数を使用する妥当性を検証した。
（１）ISO 9080 に基づく40℃での100 年クリープ強度の算出
ISO 9080 に基づくと、40℃、100 年後のクリープ強度 vLPL, 40℃, 100year を40℃と80℃のクリープ試験結果を用いて算出する場合、温度差 DT ＝40℃であるため外挿係数 ke ＝50 となり、100 年後まで外挿するには２年間以上のクリープ試験データが必要になる。
そこで、我々はＡ社及びＢ社の管を用いて、90℃以上のクリープ試験を１年以上実施し、測定データを採取した。その結果、図３－２にあるように、90℃以上でも「 Knee Point 」が無いことを確認し、40℃のクリープ試験の結果を100 年後まで外挿することが可能であることを確認した。（ 95℃で試験を実施しているので、40℃との温度差 DT ＝55℃であり、外挿係数 ke ＝100 である。）

応力(MPa)100.00

95℃
80℃
60℃
20℃
20℃97.5%信頼下限
80℃97.5%信頼下限

10.00

1.00

10

100
図3 −3

20

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

1,000
10,000
破壊時間(hr)

100,000 1,000,000

Ａ社管の95℃クリープ試験の結果

次に、ISO
9080 に基づいて（式3.4を用いて）を用いて）、40℃における 100年後のクリープ強度を算出した。
年後のクリープ強度を算出した。
次に、ISO9080に基づいて（式3.4、40℃における100

log10 t c1  c 2 / T  c3 log10σ c 4 (log10σ) / T  e  

式 3.4
式3.4

３
内圧、外圧に対する１００年寿命の検証

ここに、 t：破壊時間（h）
ここに、t：破壊時間（h）
T：温度（K）
T：温度（ K ）σ：周応力（MPa）
v：周応力（ MPa ）c1～c4：樹脂特性に基づく係数
c1～c4：樹脂特性に基づく係数
e：誤差
e：誤差
40℃、100 年後のクリープ強度σLPL,40℃,100year（LPL：97.5％の下方信頼限界）の計算結果は、以下の40℃、100 年後のクリープ強度 vLPL, 40℃, 100year の計算結果は、以下の通りである。
通りである。
Ａ社管 vLPL, 40℃, 100year ＝7.6MPa
Ａ社管 σLPL,40℃,100year ＝ 7.6MPa
Ｂ社管 vLPL, 40℃, 100year ＝8.2MPa
Ｂ社管 σLPL,40℃,100year ＝ 8.2MPa（２）圧力低減係数による40℃での100
年クリープ強度の算出（２）圧力低減係数による
40℃での 100 年クリープ強度の算出に規定されている使用温度における圧力低減係数を示した。
表表３－６に
3-6 に JWWAJWWAK144
K144 に規定されている使用温度における圧力低減係数を示した。
使用温度

使用温度に対する圧力低減係数
表 表３−６3-6 使用温度に対する圧力低減係数

使用温度

20℃

20℃

25℃

25℃

30℃

圧力低減係数

1.00

1.00

0.93

0.93

0.87

圧力低減係数

30℃

35℃

35℃

40℃

40℃

0.87

0.80

0.80

0.74

0.74

温度ｔ℃における使用圧力は、圧力低減係数を用いて式
3.5 より算出できる。
より算出できる。
温度 t ℃における使用圧力は、圧力低減係数を用いて式3.5

PＰ
ft t
t＝Ｐ×f
t ＝Ｐ×

式
3.5
式3.5

ここに、
ここに、
Ｐt：温度（t℃）での使用圧力（MPa）
Pt：温度（ t℃）での使用圧力（ MPa ）Ｐ ：常温での使用圧力（MPa）
P：常温での使用圧力（ MPa ）
ｆt：温度（t℃）での圧力低減係数
ft：温度（ t℃）での圧力低減係数
よって、圧力低減係数を用いると、Ａ社及びＢ社の管の 40℃における 100 年後のクリープ強度は表
よって、圧力低減係数を用いると、Ａ社及びＢ社の管の40℃における100 年後のクリープ強度は表３－
3-7 のようになる。
７のようになる。
表 3-7 圧力低減係数による 40℃での 100 年クリープ強度
表３−７

POLITEC 会員

圧力低減係数による40℃での100 年クリープ強度

POLITEC会員

A

σLPL,40℃,100year

9.9MPa7.3MPa

10.3MPa

7.6MPavLPL, 20℃,100year

A

Ｂ

σLPL,20℃,100year

 9.9MPaＢ

vLPL, 40℃,100year
7.3MPa

10.3MPa

7.6MPa（３）圧力低減係数の妥当性（３）圧力低減係数の妥当性に基づいて式3.4により算出した v, LPL,40℃ ,100yeaと、圧力低減係数（式3.5）を用いたと、圧力低減係数（式3.5）を用表表３－８に、ISO
3-8 に、ISO 90809080に基づいて式
3.4 により算出したσLPL 40℃,100year

vLPL, 40℃, 100yearとを比較した。圧力低減係数（式3.5 ）による算出値より、式3.4 による算出値の方が高いこと
いたσ
LPL,40℃,100year とを比較した。圧力低減係数（式 3.5）による算出値より、式 3.4 による算出値の方がわかり、JWWAK144 に規定されている圧力低減係数を使用して100
年クリープ強度を算出しても十分が高いことがわかり、JWWA
K 144 に規定されている圧力低減係数を使用して100 年クリープ強度を算出に安全であることがわかった。
しても十分に安全であることがわかった。
40℃での100
年クリープ強度の比較
表 表３−８3-8 40℃での100 年クリープ強度の比較

POLITEC
POLITEC会員
会員
A A

ＢＢ

v

LPL, 40℃,100year
σLPL,40℃,100year

ISO 9080に基づく算出値
圧力低減係数による算出値
ISO 9080に基づく算出値
圧力低減係数による算出値

7.6MPa7.6MPa

8.2MPa8.2MPa

7.3MPa 7.3MPa

7.6MPa 7.6MPa17

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

21

水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

３－２－３．疲労限界状態での許容応力
３－２－３．疲労限界状態での許容応力埋設された水道管路に作用する動的応力は、下記の２つが挙げられる。
３－２－３．疲労限界状態での許容応力埋設された水道管路に作用する動的応力は、下記の２つが挙げられる。
３－２－３．疲労限界状態での許容応力①内水圧の水撃圧による応力埋設された水道管路に作用する動的応力は、下記の２つが挙げられる。
①内水圧の水撃圧による応力埋設された水道管路に作用する動的応力は、下記の２つが挙げられる。
②埋設時の輪荷重による応力①内水圧の水撃圧による応力
３－２－３．疲労限界状態での許容応力②埋設時の輪荷重による応力①内水圧の水撃圧による応力
本項ではそれぞれの応力に対しての検証試験を実施し、許容応力を設定した。
②埋設時の輪荷重による応力埋設された水道管路に作用する動的応力は、下記の２つが挙げられる。
本項ではそれぞれの応力に対しての検証試験を実施し、許容応力を設定した。
②埋設時の輪荷重による応力
本項ではそれぞれの応力に対しての検証試験を実施し、許容応力を設定した。
①内水圧の水撃圧による応力
本項ではそれぞれの応力に対しての検証試験を実施し、許容応力を設定した。
３－２－３－１．内圧の変動による疲労の照査②埋設時の輪荷重による応力
３－２－３－１．内圧の変動による疲労の照査
３－２－３－１．内圧の変動による疲労の照査
管・継手は、常用の圧力（静水圧）として最大0.75MPa に加えて、水撃圧が最大で0.25MPa のトータルで
本項ではそれぞれの応力に対しての検証試験を実施し、許容応力を設定した。
管・継手は、常用の圧力（静水圧）として最大
0.75MPa に加えて、水撃圧が最大で 0.25MPa のトータ
３－２－３－１．内圧の変動による疲労の照査
管・継手は、常用の圧力（静水圧）として最大
0.75MPa に加えて、水撃圧が最大で 0.25MPa のトータ
1.0MPaの最大圧力に耐えうる設計となっているが、水撃圧は繰り返しかかるため、疲労破壊の検証が必
ルで1.0MPa の最大圧力に耐えうる設計となっているが、水撃圧は繰り返しかかるため、疲労破壊の検管・継手は、常用の圧力（静水圧）として最大
0.75MPa に加えて、水撃圧が最大で 0.25MPa のトータ
ルで1.0MPaの最大圧力に耐えうる設計となっているが、水撃圧は繰り返しかかるため、疲労破壊の検３－２－３－１．内圧の変動による疲労の照査要である。ゆえに、JISK6774（ガス用ポリエチレン管）に規定されている下表にしめす試験を実施し、繰証が必要である。ゆえに、JISK 6774（ガス用ポリエチレン管）に規定されている下表にしめす試験をルで 1.0MPa の最大圧力に耐えうる設計となっているが、水撃圧は繰り返しかかるため、疲労破壊の検証が必要である。ゆえに、JISK 6774（ガス用ポリエチレン管）に規定されている下表にしめす試験を
管・継手は、常用の圧力（静水圧）として最大
0.75MPa に加えて、水撃圧が最大で 0.25MPa のトータ
り返し応力が掛かる際の疲労破壊の検証を実施した。さらに、両試験共に図３－４の試験片にノッチを入実施し、繰り返し応力が掛かる際の疲労破壊の検証を実施した。さらに、両試験共に図3-4 の試験片に証が必要である。ゆえに、JIS K 6774（ガス用ポリエチレン管）に規定されている下表にしめす試験を実施し、繰り返し応力が掛かる際の疲労破壊の検証を実施した。さらに、両試験共に図3-4 の試験片にルで 1.0MPa の最大圧力に耐えうる設計となっているが、水撃圧は繰り返しかかるため、疲労破壊の検れ、高温下で実験することで試験を促進した。
ノッチを入れ、高温下で実験することで試験を促進した。
実施し、繰り返し応力が掛かる際の疲労破壊の検証を実施した。さらに、両試験共に図 3-4 の試験片にノッチを入れ、高温下で実験することで試験を促進した。
証が必要である。ゆえに、JISK 6774（ガス用ポリエチレン管）に規定されている下表にしめす試験を
試験方法
試験目的
試験方法
試験目的
ノッチを入れ、高温下で実験することで試験を促進した。
試験方法
試験目的
実施し、繰り返し応力が掛かる際の疲労破壊の検証を実施した。さらに、両試験共に図3-4 の試験片に全周ノッチ式引張クリープ試験（FNCT）
一定応力を掛け続け、材料のクリープ特性を測定
全周ノッチ式引張クリープ試験（FNCT）
一定応力を掛け続け、材料のクリープ特性を測定
試験方法
試験目的
ノッチを入れ、高温下で実験することで試験を促進した。
全周ノッチ式引張クリープ試験（FNCT）
一定応力を掛け続け、材料のクリープ特性を測定
全周ノッチ式引張疲労試験（FNFT）
繰り返し応力を掛け、材料の疲労特性を測定
全周ノッチ式引張疲労試験（FNFT）
繰り返し応力を掛け、材料の疲労特性を測定
全周ノッチ式引張クリープ試験（FNCT）
一定応力を掛け続け、材料のクリープ特性を測定
試験方法
試験目的
全周ノッチ式引張疲労試験（FNFT）
繰り返し応力を掛け、材料の疲労特性を測定
全周ノッチ式引張疲労試験（FNFT）
全周ノッチ式引張クリープ試験（FNCT） 繰り返し応力を掛け、材料の疲労特性を測定
一定応力を掛け続け、材料のクリープ特性を測定（１）試験方法（１）試験方法
全周ノッチ式引張疲労試験（FNFT）
繰り返し応力を掛け、材料の疲労特性を測定（１）試験方法
試験は、図3-5 の試験模式図のように実施する。試験片は、図 3-4 のように管から切り出した供試試験は、図３－５の試験模式図のように実施する。試験片は、図３－４のように管から切り出した供試（１）試験方法
試験は、図 3-5 の試験模式図のように実施する。試験片は、図 3-4 のように管から切り出した供試体により、FNCTの場合は図3-6 のように一定応力、FNFT の場合は図3-7のような繰り返し応力の波形
試験は、図
3-5
の試験模式図のように実施する。試験片は、図3-4のように管から切り出した供試体により、FNCTの場合は図３－６のように一定応力、FNFTの場合は図３－７のような繰り返し応力（１）試験方法
体により、FNCTの場合は図3-6 のように一定応力、FNFT の場合は図3-7 のような繰り返し応力の波形を与える。なお、FNCTは破壊に至るまでの時間、FNFT
は破壊に至るまでの回数を測定する。
体により、FNCTの場合は図3-6 のように一定応力、FNFT
の場合は図
3-7
試験は、図
3-5
の試験模式図のように実施する。試験片は、図3-4のような繰り返し応力の波形のように管から切り出した供試の波形を与える。なお、FNCTは破壊に至るまでの時間、FNFT
は破壊に至るまでの回数を測定する。
を与える。なお、FNCTは破壊に至るまでの時間、FNFT
は破壊に至るまでの回数を測定する。

FNFTの繰り返し応力は静水圧(0.75MPa)と脈動圧(0.25MPa)から算出し、図3-7 のように最大内圧体により、FNCTの場合は図のように一定応力、FNFTの場合は図3-7 のような繰り返し応力の波形を与える。なお、FNCTは破壊に至るまでの時間、FNFT
は破壊に至るまでの回数を測定する。
FNFTの繰り返し応力は静水圧（3-60.75MPa）と脈動圧（0.25MPa）から算出し、図３－７のように最大内圧
FNFTの繰り返し応力は静水圧(0.75MPa)と脈動圧(0.25MPa)から算出し、図3-7 のように最大内圧（0.75+0.25）MPaから算出される最大応力σmax
は 10MPa であり、最小圧力（0.75-0.25）MPaから算出を与える。なお、FNCTは破壊に至るまでの時間、FNFT
は破壊に至るまでの回数を測定する。
FNFT＋0.25の繰り返し応力は静水圧(0.75MPa)と脈動圧(0.25MPa)から算出し、図3-7－0.25のように最大内圧
vmax（ 0.75）MPaから算出される最大応力であり、最小圧力（ 0.75
）MPa
から算出さ
（0.75+0.25）MPaから算出される最大応力σmax
はは10MPa
10MPa であり、最小圧力（0.75-0.25）MPa
から算出
FNFT
の繰り返し応力は静水圧(0.75MPa)と脈動圧(0.25MPa)から算出し、図3-7のように最大内圧は5MPaとし、応力比を
R(σ
/σ
)≒0.5
とした。なお、水撃圧の波形は2Hzの正される最小応力σminmin 10MPamax（0.75+0.25）MPaから算出される最大応力σRはであり、最小圧力（0.75-0.25）MPa
から算出
max
v
れる最小応力 vとし、応力比をR(σ
（min
/v
≒0.5
とした。なお、水撃圧の波形は2Hzの正弦は 5MPa とし、応力比を
/σmax
)≒0.5
とした。なお、水撃圧の波形は
2Hz の正される最小応力σmin は５MPa
min
max ）
（0.75+0.25）MPaから算出される最大応力
10MPa であり、最小圧力（0.75-0.25）MPa から算出
max は弦波とした。また、試験は80℃で加速している。
とし、応力比を R(σminσ/σ
される最小応力σmin は 5MPamax)≒0.5 とした。なお、水撃圧の波形は 2Hz の正弦波とした。また、試験は80℃で加速している。
波とした。また、試験は80℃で加速している。
は 5MPa とし、応力比を R(σmin/σmax)≒0.5 とした。なお、水撃圧の波形は 2Hz の正される最小応力 σmin80℃で加速している。
弦波とした。また、試験は８０℃弦波とした。また、試験は 80℃で加速している。
８０℃
試験片
８０℃ 試験片
８０℃
試験片
ロードセル
ロードセル
試験片
ロードセル
ロードセル
油圧シリンダー
油圧シリンダーコントローラへ
油圧シリンダーコントローラへ
油圧シリンダーコントローラへ
図 3-5 試験模式図
コントローラへ
図 3-5
試験模式図
図3 −5
試験模式図
図 3-5 試験模式図
図 3-5 試験模式図2Hz（0.5 秒）
2Hz（0.5 秒）
2Hz（0.5秒） 秒）
2Hz（0.5←σ←σmaxmax←σmax←σ

応力は、斜線部断面積(6mm 角)で算出
応力は、斜線部断面積(6mm 角)で算出
応力は、斜線部断面積(6mm角)で算出
図3 −4 試験片形状角)で算出
図応力は、斜線部断面積(6mm3-4 試験片形状
図 3-4 試験片形状
図 3-4 試験片形状
図 3-4 試験片形状

max

σ →
σminmin→
σmin→
σmin→
図 3-6 FNCT の応力波形
図 3-6 FNCT の応力波形
図
3-6
FNCT
の応力波形
図 3-6
FNCT
の応力波形
図3 −6
FNCT
の応力波形

22

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

18
18
18

図 3-7 FNFT の応力波形
図 3-7 FNFT の応力波形
3-7
FNFTFNFTの応力波形
図 3-7図 図3
FNFT
の応力波形
−7
の応力波形
18

（２）試験結果
FNFT の試験結果（ 80℃（２Hz ））を表３－９にしめす。
表３−９

全周ノッチ式引張疲労試験結果

換算時間
（hr）※

応力v
（MPa）

vmax
（MPa）

vmin
（MPa）

R（vmin/vmax）（−）

  932,603

129.5

8.2 ±2.7

10.9

5.5

0.505

 2,185,701

303.6

6.2 ±2.1

 8.3

4.1

0.494

 6,077,706

844.1

5.5 ±1.8

 7.3

3.7

0.507

110,37,030

1533

4.6 ±1.5

 6.1

3.1

0.508

備考

３
中断

内圧、外圧に対する１００年寿命の検証

破壊回数
（回）

※振動数２Hz（周期0.5 秒 / 回）より、換算時間（hr）＝破壊回数×0.5/3600

図３－８に FNCT、FNFT の結果を示す。FNFT での vmax の寿命線図は、FNCT クリープの寿命線図を下回らないことが確認できた。つまり、水撃圧を模擬した動的応力を加えても、疲労破壊が促進されないということである。
80℃の促進試験の結果から、20℃の結果を推定しても同様に考えられるので、疲労限界における許容応
力は、クリープ限界状態の許容応力（８MPa ）とした。

100σ(応力(MPa))FNFTσmax
FNCT

10

1

1

10
図３−８

100
時間(hr)

1,000

10,000FNCT と FNFT の試験結果

疲労限界状態（水撃圧）の許容応力＝8MPa

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

23水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

３－２－３－２．輪荷重による疲労の照査
３－２－３－２．輪荷重による疲労の照査
埋設管路には輪荷重による繰り返しの応力がかかる。
埋設管路には輪荷重による繰り返しの応力がかかる。
この動的応力による疲労破壊の検証のため、本節では、
この動的応力による疲労破壊の検証のため、本節では、管に繰り返しの応力を負荷した「繰り返し偏平試験」を管に繰り返しの応力を負荷した「繰り返し偏平試験」
実施し、疲労破壊の検証を行った。
を実施し、疲労破壊の検証を行った。

輪荷重⇒繰り返し応力（１）繰り返し偏平試験の試験方法（１）繰り返し偏平試験の試験方法
管から、切出した供試体に一定周期の繰返し応力を与え、試験回数に対する撓み量を測定する方法
管から、切出した供試体に一定周期の繰返し応力を与え、試験回数に対する撓み量を測定する方法である。 である。
①試験条件①試験条件
・試験設備：油圧サーボ試験機
・試験設備：油圧サーボ試験機
・試験温度：23℃
・試験温度：23℃
・試験サイズ：WPE100
・試験サイズ：呼び径100・試験片形状：L=100mm
・試験片形状：L ＝100mm
・試験サイクル：1Hz・試験サイクル：1Hz・試験荷重：0.05kN/m～規定荷重・試験荷重１）最小0.05～最大871kN/m（応力値８MPa ）２）最小0.05～最大1088kN/m（応力値10MPa ）図 3-9３）最小0.05～最大1307kN/m（応力値12MPa ）1Hz（1 秒）

図3 −9

試験場景
試験場景

1Hz（1 秒）
負荷応力
（MPa）

規定荷重
最大負荷応力（8，10，12MPa）

図 3-10 繰り返し偏平試験の荷重波形
図3 −10時間

繰り返し偏平試験の応力波形②規定荷重、及び試験回数の設定②規定荷重、及び試験回数の設定
道路占用埋設物件の浅層化技術検討報告書（（財）道路保全技術センター）によると、水道配水
道路占用埋設物件の浅層化技術検討報告書（（財）道路保全技術センター）によると、水道配水用ポリエチ
用ポリエチレン管の輪荷重 10tf に換算した載荷回数は 1,687 回/日で、50 年で 3,080 万回（ ＝レン管の輪荷重10tf に換算した載荷回数は1,687 回 / 日で、50 年で3,080 万回（＝1,687 回 / 日×365 日×50 年）
1,687 回/日 × 365 日 × 50 年）とされている。100 年間の使用では、10tf 換算で、とされている。100
年間の使用では、10tf
換算で、
1,687
回/日 × 365 日 ×
100 年 ＝ 6,158 万回 となる。

1,687なお、10tf
回 / 日×365
日×100 年＝6,158 万回となる。
の輪荷重による管への荷重は、最大発生曲げ応力
4.32MPa であり、撓み量は 1.76%とな
なお、10tfの輪荷重による管への最大発生曲げ応力は4.32MPa
であり、撓み率は1.76%となる。（スパンる。（スパングラーの式より）グラーの式より）
本節では、100 年後の疲労破壊の検証として、許容応力を算出するために、繰り返し偏平試験の本節では、100
年後の疲労破壊の検証として、許容応力を算出するために、繰り返し偏平試験の荷重を
荷重を 4.32MPa
から 8、10、12MPa に上げて実験を行った。
4.32MPa から８、10、12MPa に上げて実験を行った。
20

24

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

（２）試験結果
60 万回までの繰り返し偏平試験の結果は図３－11 にしめす。
54

応力 12MPa の荷重
y = 0.2912ln(x) - 0.2279

3

応力 10MPa の荷重

３内圧、外圧に対する１００年寿命の検証

y = 0.2169ln(x) - 0.2387

2

応力 8MPa の荷重10

y = 0.1001ln(x) + 0.2825

1

10

102

103

104

図3 −11

105

繰り返し偏平試験の結果

10tf の輪荷重4.32MPa に対して、本実験では応力を８、10、12MP の３種類負荷したが、いずれのサン
プルも疲労破壊には至らず、試験回数を増やす毎に管が偏平していくことが確認できた。
また、その管の撓み率は試験回数に対して対数曲線上に現れ、図３－11 の式で表せる。
（３）許容応力の算出
管の100 年寿命の設計に関しては、許容応力を算出する必要がある。そのため、当協会では、管の撓み率が５% になった時点を限界状態になった（破壊した）とみなし、許容応力を算出した結果を表３－10 に
しめす。
表３−10

各応力別のみなし破壊（撓み率が５%）に至るまでの載荷回数（対数近似式より算出）
負荷応力

みなし破壊に至る回数

 ８MPa2.933 ×10 20 回

10MPa

3.086 ×10 10 回

12MPa

6.264 ×10 7 回

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

25

水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

これをグラフ化すると、図３－12 となる。
14

許容応力（ MP a ）

12

10
8

■ 試験結果からの算出値

6◆ 許容応力 8MPa

46,158 万回（100 年相当）

20
1.E+07107

1.E+08108

1.E+09109

1.E+101010

1.E+111011

1.E+121210

1.E+1313
10

1.E+1414
10

1.E+1515
10

1.E+1616
10

1.E+1717
10

1.E+1818
10

1.E+191019

1.E+2020
10

1.E+21
21
10

みなし破壊に至る回数（回）

図3 −12

各応力別のみなし破壊に至るまでの載荷回数

輪荷重による疲労限界の許容応力を求めるには、図３－12 のグラフから、100 年後の載荷回数（ 6,158 万
回＝6.2E ＋07 ）の時の応力を算出すれば良い。
グラフ中の「◆」は、輪荷重の疲労限界状態の許容応力が８MPa であった場合の例であり、実際の管の実力「■」はそれ以上である。
上記の結果より、当協会では、輪荷重の許容応力を８MPa とすれば十分に安全であると判断した。
疲労限界状態（輪荷重）の許容応力＝8MPa
３－２－４．許容応力のまとめ
以上より、限界状態ごとに許容応力を算出した結果を表３－11 にしめす。
表３−11

限界状態ごとの許容応力

限界状態
終局限界
クリープ限界（20℃）
疲労限界

26

算出根拠

許容応力

引張降伏応力（20MPa）の90%

18MPa

vLPL, 20℃, 100year より算出

 8MPa

水撃圧により疲労破壊は促進されないので、クリープ限界（20℃）の許容応力を採用。輪荷重による許容応力は実験より算出。

 8MPa

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

３－３．形状係数（ Cf ）の検討
３－３．形状係数（Cf）の検討
形状係数は、管の傷による応力集中による影響（ 3 －3 －1 項）と継手応力集中の影響（ 3 －3 －2 項）を考慮
３－３．形状係数（Cf）の検討

ノッチ詳細
ノッチ詳細
60ﾟ
60ﾟ

D

D

h

h

ノッチ４方向ノッチ４方向

D±1mm
D±1mm

３
内圧、外圧に対する１００年寿命の検証

形状係数は、管の傷による応力集中による影響(3-4-1 項)と継手応力集中の影響(3-4-2 項）を考慮し、し、その大きい値を採用することにした。
形状係数は、管の傷による応力集中による影響(3-4-1 項)と継手応力集中の影響(3-4-2 項）を考慮し、その大きい値を採用することにした。
３－３－１．管の傷による応力集中による影響
その大きい値を採用することにした。
３－３－１．管の傷による応力集中による影響
３－３－１．管の傷による応力集中による影響
水道配水用ポリエチレン管は管肉厚の10％深さの傷まで許容している。その傷に対し、応力集中がない
水道配水用ポリエチレン管は管肉厚の 10％深さの傷まで許容している。その傷に対し、応力集中がな
水道配水用ポリエチレン管は管肉厚の 10％深さの傷まで許容している。その傷に対し、応力集中がなかを検証し、形状係数を検討した。
いかを検証し、形状係数を検討した。
いかを検証し、形状係数を検討した。
（１）試験方法（１）試験方法（１）試験方法
ISO13479の低速き裂進展試験 SlowCrackGrowth：SCG 方法に準じて評価した。図３－13 にしめされISO 13479 の低速き裂進展試験 Slow Crack Growth：SCG 方法に準じて評価した。図 3-13 にしめさ
ISO
13479
の低速き裂進展試験 Slow Crack Growth：SCG 方法に準じて評価した。図 3-13 にしめさる れる
SCG 試験供試体を用い、80℃熱水中に供試体を浸漬し、管に圧力を負荷し、破壊するまでの時間を測SCG 試験供試体を用い、80℃熱水中に供試体を浸漬し、管に圧力を負荷し、破壊するまでの時間
れる SCG 試験供試体を用い、80℃熱水中に供試体を浸漬し、管に圧力を負荷し、破壊するまでの時間定した。使用した管の呼び径は50mm
で、傷（ノッチ深さ）は、管最小肉厚の20%、ノッチ角度は60°を測定した。使用した管の呼び径は 50mm
で、傷（ノッチ深さ）は、管最小肉厚の20%、ノッチ角度は、負を測定した。使用した管の呼び径は 50mm で、傷（ノッチ深さ）は、管最小肉厚の 20%、ノッチ角度は
荷圧力を数水準とし、応力はノッチ部を除去した残肉厚（図３－13.h 寸法）で求めた。SCG 試験のクリープ
60°、負荷圧力を数水準とし、応力はノッチ部を除去した残肉厚（図3-13.ｈ寸法）で求めた。SCG
60°、負荷圧力を数水準とし、応力はノッチ部を除去した残肉厚（図 3-13.ｈ寸法）で求めた。SCG
性能（ノッチ有り品）と、ブランク（ノッチ無し品）の性能の比較し、ノッチによる応力集中の検討をおこなっ
試験のクリープ性能（ノッチ有り品）と、ブランク（ノッチ無し品）の性能の比較し、ノッチによる試験のクリープ性能（ノッチ有り品）と、ブランク（ノッチ無し品）の性能の比較し、ノッチによるた。
応力集中の検討をおこなった。
応力集中の検討をおこなった。

図3 −13SCG 試験供試体

図 3-13 SCG 試験供試体
図 3-13 SCG 試験供試体（２）試験結果と考察（２）試験結果と考察（２）試験結果と考察
図 3-14に、SCG
試験の結果を併記する。ノッチ有りのものは、ノッチ先端に大きな応力集中が働く
図３－14
に、SCG
試験の結果を併記する。ノッチ有りのものは、ノッチ先端に大きな応力集中が働く
図 3-14 に、SCG 試験の結果を併記する。ノッチ有りのものは、ノッチ先端に大きな応力集中が働くことが予想されるが、ノッチ無しに比べ、少なくとも1 年以内でクリープ性能の低下や、kneepointことが予想されるが、ノッチ無しに比べ、少なくとも１年以内でクリープ性能の低下や、
kneepoint（クリーことが予想されるが、ノッチ無しに比べ、少なくとも 1 年以内でクリープ性能の低下や、knee point（クリープの傾きの変曲点が表れる点）の出現は認められなかった。従って、傷による形状係数は管プの傾きの変曲点が表れる点）の出現は認められなかった。従って、傷による形状係数は管の許容傷深さ（クリープの傾きの変曲点が表れる点）の出現は認められなかった。従って、傷による形状係数は管の許容傷深さから、1.1 とした。
から、1.1とした。
の許容傷深さから、1.1とした。

応力 (MPa)

10

ノッチ無し
97.5%信頼下限
ノッチ有

1
10

100

1,000
破壊時間(hr)
図 3-14 SCG 試験結果
図 3-14
図3−14 SCG
SCG試験結果
試験結果

10,000100,00028
配水用ポリエチレンパイプシステム協会

27

水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

３－３－２．継手の形状による応力集中の影響
３－３－２．継手の形状による応力集中の影響
管と形状が異なる継手は、形状因子による応力集中が考えられるため、形状係数の検討が必要である。
管と形状が異なる継手は、形状因子による応力集中が考えられるため、形状係数の検討が必要である。
図 3-5
は、EF ソケット融着品に対し、内水圧 1.0MPa を負荷した際の応力状態を、有限要素法を用いて
図３－５は、EF ソケット融着品に対し、内水圧1.0MPaを負荷した際の応力状態を、有限要素法を用い弾性解析した結果である。直管部の応力が約5.0MPa に対し、ＥＦ融着の先端部は9.7MPa と約 2 倍の応て弾性解析した結果である。直管部の応力が約5.0MPa に対し、EF 融着の先端部は9.7MPa と約２倍の応力になっていることがわかる。

一方、実際の短期破壊試験では、管と継手を接合すると、全て直管部が破壊することを確認しており、力になっていることがわかる。
形状係数は1.0 と見ることができるが、長期的には SCG 破壊が予想され、その形状係数の検討が必要で一方、実際の短期破壊試験では、管と継手を接合すると、全て直管部が破壊することを確認しており、ある。
形状係数は1.0 と見ることができるが、長期的には SCG 破壊が予想され、その形状係数の検討が必要である。
継手のクリープ試験は、表3-12にしめす条件（JWWA
K 145）で破壊、漏れ等異常ないことを確認す
継 手 の ク リ ー プ 試 験 は、 表
３ －12に し め す 条 件（ JWWA
K 145 ）で 破 壊、 漏 れ 等 異 常 な い こ と をる
こ と に な っ て い る 。 し か し こ の 条 件 で は 、 表 3-3 の ke か らke求
め た 時 間 は 11 年 (1000hr
× ×から求めた時間は11
年（ 1000hr
確認することになっている。しかしこの条件では、表３－３の100/24hr/365day)である。従って、100
100/24hr/365day ）である。従って、100年以上の耐久性を検証するには、継手を含めたクリープ試験を年以上の耐久性を検証するには、継手を含めたクリープ試験を１
１年以上実施し、形状係数を検討する必要がある。
年以上実施し、形状係数を検討する必要がある。
一方、管体試験片を用いた応力集中を評価するための SCG 試験においては、図 3-16 のとおり Knee Point
一方、管体試験片を用いた応力集中を評価するための SCG 試験においては、図３－16 のとおり Knee
は 80℃で１年以上認められない。
Point は80℃で１年以上認められない。
そこで、全ての継手で１年間クリープ試験を実施するのは現実的に困難であるので、継手の代表品種
そこで、全ての継手で１年間クリープ試験を実施するのは現実的に困難であるので、継手の代表品種ととなる EF ソケット融着品を用い、長期の応力集中の影響評価のクリープ試験をおこなうことにした。
なる EF ソケット融着品を用い、長期の応力集中の影響評価のクリープ試験をおこなうことにした。
表 3-12 継手試験条件
表３−12
継手試験条件
試験温度
試験温度

内圧 内圧

20℃ 20 ℃

試験時間 試験時間
2.48
MPa
100 hr 100hr
2.48MPa

80℃ 80 ℃

1.08
MPa
1.08MPa

165 hr 165hr

80℃ 80 ℃

1.00
MPa
1.00MPa

1000 hr1000hr

直管部：約 5.0MPa
EF 融着先端部：9.7MPa
図 3-15
ＥＦ融着部の応力解析
図3 −15
EF 融着部の応力解析

2928

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

（１）試験方法（１）試験方法
図３－16 に示すように、
呼び径75mm の EF75mm
ソケット融着品を供試体として80℃クリープ試験をおこなっ
図 3-16 に示すように、呼び径の EF ソケット融着品を供試体として 80℃クリープ試験をおこなった。試験応力の設定は、以下のとおりとした。
た。供試体に負荷する試験応力を以下のとおり設定した。
内圧負荷
ＥＦソケット管（呼び径75）

８０℃×1年間

３
内圧、外圧に対する１００年寿命の検証

134mm
750mm

図 3-16
継手内圧試験（80℃）概念図
図3 −16
継手内圧試験
（80℃）概念図

A 社の管体のクリープ特性（長期静水圧強度の平均値）は式3.6 で表され（ ISO9080 による）、80℃におけ
A 社管の管体のクリープ特性（pipe mean stress）は式 3.6 であらわされ（ISO9080 による）
、80℃でる１年（ 8,760hr ）後の管の破壊強度 v を算出すると5.07MPa となる。
は図 3-17 の赤色の直線となる。
v
Log（ t ）＝－ ALog(t)－ B / T＝×－A－B
Log（ v ）/ TLog(σ)＋ D × Log）/＋T C×+（C /）T + （式3.6
D × Log(σ)(式 3.6)
A ＝101.405 A＝101.405
B ＝23281.15 t：破壊時間(hr)C ＝45575.894
D ＝32.263
v：応力（ MPa ）t：破壊時間（ hr）
T：絶対温度（K）
B＝23281.15
T:絶対温度(K)また、図３－17C＝45575.894に示すように、JWWA
K 144 で規定されている熱間内圧クリープ試験（ 80℃）の試験条
σ：応力(MPa)
件（試験時間165hrD＝32.263で試験圧力1.08MPa ⇒周方向応力では5.4MPa、試験時間1000hr で試験圧力1.00MPa ⇒式 3.6 から、80℃における１年（8,760hr）の管の破壊応力σは5.07MPaとなる。
v を算出すると4.56MPa
周方向応力では5.0MPa）を直線で結んで延長した１年（8,760hr ）後の管の破壊強度
また、図 3-17 に JWWA で規定されているクリープ試験条件及び、その条件を直線で結ぶと、この直となり、A 社の管体の破壊強度との比は5.07/4.56=1.112
である。よって、形状係数の値として1.1 及び1.2
線から求められる１年（8,760hr）の管の破壊応力σは 4.56Mpa となり、その比は 5.07/4.56=1.112を設定した。
である。
以上より、供試体に負荷する試験応力として、管の破壊時間が2,000
時間及び5,000 時間と予測される応
そこで、負荷応力は式 3.6 で算出し、管の破壊時間が 2,000、5,000 時間と予測される応力を設定
力（形状係数を1.0 ）、さらに管の破壊時間が8,760 時間と予測される応力に形状係数として1.1 及び1.2 を見し（形状係数 1.0）
、さらに、管の破壊時間が 8760 時間の点では、形状係数が 1.1、1.2 となる応力を込んだ応力の合計４水準を設定し、式3.6 を用いて表３－13 に示す値を算出した。
設定し、合計４条件の負荷応力で試験を実施した。
４水準それぞれについて、N=3 で試験を実施した。
試験条件を表 3-10 にしめすが、４条件各 N=3 で試験を実施した。
表３−13

供試体に負荷する試験応力

A社管体のクリープ特性破壊時間（t）

Hr

2,000

5,000

8,760

破壊強度

MPa

v1=5.30v2=5.16v=5.07

試験応力

v/Cf

MPa

v/1.0=5.30

v2 /1.0=5.16

v/1.1=4.61

v/1.2=4.23

試験回数

N

回

3

3

3

3

図 3-17

継手内圧試験（80℃）の試験応力と結果
25

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

29

水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》（２）試験結果（２）試験結果
試験結果を表３－14と図３－17に示す。破壊レベルは
JWWA
規格基準値延長線上より高く、かつ管の試験結果を表 3-14と図 3-17に示す。破壊レベルは
JWWA 規格基準値延長線上より高く、かつ管の97.5%97.5%信頼下限より高いことがわかった。また、1
信頼下限より高いことがわかった。また、１年間破壊しないサンプルもあった。
年間破壊しないサンプルもあった。
表３−14
試験応力

試験応力

MPa

MPa

表 3-14v/1.0=5.30

σ/1.0=5.30

試験応力に対する結果

試験応力に対する結果
v2/1.0=5.16

σ2/1.0=5.16

5.12：2,199 破壊
5.31：3,306 破壊
5.31:3,306
破壊
破壊
5.12：8,450 破壊
試験結果
MPa：hr
5.31：2,420
破壊 5.12:2,199＊
5.12：8,760 中断
5.31：8,760
中断 5.12:8,450
試験結果 MPa：hr 5.31:2,420
破壊
破壊
＊破壊しなかったため中断
5.31:8,760
中断* 5.12:8,760 中断

v/1.1=4.61

v/1.2=4.23

σ/1.1=4.61

σ/1.2=4.23

4.26：8,760 中断
4.61：8,760 中断
4.61:8,760
中断 4.26：8,760
4.26:8,760
中断 中断
4.60：8,760
中断
中断 中断
4.60：8,760
中断
4.60:8,760
中断 4.25：8,760
4.26:8,760

4.60:8,760 中断

4.25:8,760 中断*破壊しなかったため中断

10

周方向応力 (MPa)

σ1
=5.30

管のクリープ特性(平均値)
管の97.5%信頼下限
JWWA規格基準値
σ/1.1=4.61

σ2
=5.16

σ
=5.07

J WWA 規格基準値延長線（1年後の破壊強度4.56MPa）σ/1.2=4.23
破壊
中断

1
100

1,000

10,000

破壊時間(hr)
図3−17 継手内圧試験（80℃）の試験応力と結果
継手内圧試験（80℃）の試験応力と結果
図 3-17

今回の結果より、
今回の結果より、
a)破壊レベルは JWWA 規格基準値延長線上より高く、かつ管の 97.5%信頼下限より高い。
ａ）破壊レベルは JWWA 規格基準値延長線上より高く、かつ管の97.5% 信頼下限より高い。
b)80℃で 1 年間 KneePoint はない。従って、20℃では、100 年間 kneePoint がないと考える。
ｂ）80℃で１年間 KneePoint はない。従って、20℃では、100 年間 kneePoint がないと考える。
c) JWWA 規格基準値延長線上の１年(8,760hr)後の強度は 4.56MPa であり、管のクリープ特性（長期静ｃ）JWWA 規格基準値延長線上の１年（ 8,760hr ）後の強度は4.56MPa であり、管のクリープ特性（長期
水圧強度の平均値）の破壊強度σは 5.07MPa で、その比は 5.07/4.56=1.112＜1.2 となる。
静水圧強度の平均値）の破壊強度 v は5.07MPa で、その比は5.07/4.56 ＝1.112 ＜1.2 となる。
従って、継手形状係数は少なくとも 1.2 とすれば安全であると考える。
従って、継手形状係数は少なくとも1.2 とすれば安全であると考える。
３－３－３．形状係数（Cf）の決定
３－３－３．形状係数（ Cf ）の決定
管の傷による応力集中による影響からの形状係数は 1.1(3-4-1 項)、継手応力集中の影響からの形状
管の傷による応力集中による影響からの形状係数は1.1（ 3を形状係数（C－3 －1 項）、継手応力集中の影響からの形状）とすることにした。
係数は 1.2(3-4-2 項）となる。従って、その大きい値 1.2
f

係数は1.2（ 3 －3 －2 項）となる。従って、その大きい値1.2 を形状係数（ Cf ）とすることにした。
形状係数（Cf）＝

形状係数（ Cf ）＝1.230

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

1.2

３－４．素材係数(Cm)の決定
３－４．素材係数(C管や継手を製造する際は、少なからず素材や成形条件のばらつきが必ず存在する。
そのため、ISO 9080m)の決定
３－４．素材係数（C）の決定
m

管や継手を製造する際は、少なからず素材や成形条件のばらつきが必ず存在する。
そのため、ISO 9080
では、管のクリープ強度はこれら素材や成形のばらつきを考慮した
97.5%下方信頼性限界を採用してい３－４．素材係数(C３－４．素材係数(C
m)の決定
m)の決定
管や継手を製造する際は、少なからず素材や成形条件のばらつきが必ず存在する。そのため、ISO9080
では、管のクリープ強度はこれら素材や成形のばらつきを考慮した
97.5%下方信頼性限界を採用していσLPL）。すなわち、予測標準式の平均値から正規分布分散におけるる（図 3-18のσ
管や継手を製造する際は、そのため、ISOISO
9080
LTHS から 2S を減じた 少なからず素材や成形条件のばらつきが必ず存在する。
管や継手を製造する際は、少なからず素材や成形条件のばらつきが必ず存在する。
そのため、
9080

では、管のクリープ強度はこれら素材や成形のばらつきを考慮した97.5%
下方信頼性限界を採用しているσ。
。すなわち、予測標準式の平均値から正規分布分散におけるる（図3-18 のσLTHS から 2S を減じた
LPL）
標準偏差では、管のクリープ強度はこれら素材や成形のばらつきを考慮した
S の２倍下方の応力値である（式3.7）
97.5%下方信頼性限界を採用していでは、管のクリープ強度はこれら素材や成形のばらつきを考慮した
97.5%下方信頼性限界を採用してい
標準偏差
S3-18
3.7）
。
vLPL
vLTHS
から2s
を減じた
。すなわち、予測標準式の平均値から正規分布分散における標準（図３－18のの２倍下方の応力値である（式当協会では、素材のバラツキを更に考慮して安全を見ることとし、平均値から標準偏差の３倍値の下
2S
を減じた
σ）
）
。すなわち、予測標準式の平均値から正規分布分散における
る（図
3-18
のσ
から
2s を減じたσ）。すなわち、予測標準式の平均値から正規分布分散におけるる（図のσLTHS から
LPL
LTHS

LPL

当協会では、素材のバラツキを更に考慮して安全を見ることとし、平均値から標準偏差の３倍値の下偏差s の２倍下方の強度値である（式3.7 ）。3.7）
方応力、つまり99.8%下方信頼性限界の応力を用いて照査するため、素材係数（Cm）を用いることとし
標準偏差
S の２倍下方の応力値である（式。 。
標準偏差s の２倍下方の強度値である（式3.7）
方応力、つまり99.8%下方信頼性限界の応力を用いて照査するため、素材係数（Cm）を用いることとした（式 3.8）。その結果、素材係数は（式3.9）を用いて算出することができる。
当協会では、素材のバラツキを更に考慮して安全を見ることとし、平均値から標準偏差の３倍値の下当協会では、素材のバラツキを更に考慮して安全を見ることとし、平均値から標準偏差の３倍値の下方
当協会では、素材のバラツキを更に考慮して安全を見ることとし、平均値から標準偏差の３倍値の下

３内圧、外圧に対する１００年寿命の検証た（式3.8）。その結果、素材係数は（式3.9）を用いて算出することができる。
表 3-14に当協会に加盟する各社パイプのデータから素材係数
Cm を算出した結果を示す。この結果か
方応力、つまり99.8%下方信頼性限界の応力を用いて照査するため、素材係数（Cm）を用いることとし
強度、つまり99.8%
下方信頼性限界の強度を用いて照査するため、素材係数（ Cm ）を用いることとした（式
方強度、つまり99.8%下方信頼性限界の強度を用いて照査するため、素材係数（Cm）を用いることとし3-14に当協会に加盟する各社パイプのデータから素材係数
Cm を算出した結果を示す。この結果から、素材係数は
1.05
で十分安全である。
た（式3.8）。その結果、素材係数は（式3.9）を用いて算出することができる。
た（式3.8）。その結果、素材係数は（式3.9）を用いて算出することができる。
3.8 表）。その結果、素材係数は（式3.9 ）を用いて算出することができる。
ら、素材係数は
1.05 で十分安全である。
表 3-14に当協会に加盟する各社パイプのデータから素材係数
Cm を算出した結果を示す。この結果か
周応力
表 3-14に当協会に加盟する各社パイプのデータから素材係数
表３－15に当協会に加盟する各社パイプのデータから素材係数
CCmm を算出した結果を示す。この結果かを算出した結果を示す。この結果か
  LTHS 


log 

log

log

2
s

周応力
LTHS
LPL
ら、素材係数は
1.05
で十分安全である。
   LTHS ら、素材係数は
1.05
で十分安全である。
ら、素材係数は1.05
で十分安全である。
LPLlog  2slog  LTHS  log  LPL 
周応力(式LTHSLPL 3.7)
σLTHS
 LTHS

loglog

log

log

2
s
 LTHS(式 3.7) （式3.7 ）log
s 3.7)
 LTHS  logLPL LPL      2(式
2s
σLTHS
 LPL
 LPL
 
3s 2s
σLPL
  LPL 



σLTHS

 log C m  LTHS   3s (式 3.7)
log  LTHS  log3s
  LPL   LPL σLPL/Cm σLPL2s Cm log   LPL
 log C m  LTHS 3s 
log  LTHS
 LTHS
（式3.8 ）
(式
3s
log  LTHS logCmLPL    3s σ
Cm   log
/C3.8)σLPL (式

LPL m
LTHS
C

3.8)
 LPLlog  LTHS  log
log
C


3
s
m
LPL


    m
 LPL (式 3.8)
σLPL/Cm
 Cm 
100年
 LTHSCm  LTHS
（式3.9
）
100年
破壊時間（ｈｒ）(式 3.8)(式 3.9)CmLPL  LTHSC m   LPL
破壊時間（ｈｒ）
100年(式 3.9)LPL
LTHS
図 3-18 素材係数 Cm の考え方
Cm 
破壊時間（ｈｒ）(式 3.9)
 LPL
周応力
図 3-18 素材係数 Cm の考え方
(式 3.9)
表 3-14 素材係数の検討結果(使用温度： 20℃）
図 3-18 素材係数 Cm の考え方
表 3-14素材係数の検討結果(使用温度：
50years
100years 20℃）
POLITECσ
LTHS
50years
表 3-1420℃）
会員 POLITEC
2s
σLTHS
σLPL素材係数の検討結果(使用温度：
Cm
σLTHS
σLPL 100years
Cm
3s C
σ
会員
σ
σ
C
σ
σ
LPL LTHS 50years
LPLm
LTHS 100years
LPL
m
POLITEC
A
10.6
10.1
1.03
10.4
9.9
1.03
B
C
D

σLPL
/C
A
10.6
m
会員
σ
10.6
10.2
LTHS
B
10.6
A10.8
10.6
10.4

C
B11.2
CD

10.8
10.6
10.9
11.2
10.8

11.2
素材係数（Cm） ＝ D1.05
素材係数（Cm） ＝ 1.05

10.1
σ
1.02
LPL
10.2
10.1
1.02

1.03
C10.4
m
1.02
1.03
10.7

10.4
σ
10.0
LTHS
10.4
10.4
10.3

σ9.9
1.02
LPL
10.0
9.9
1.02

1.03
Cm

10.4
10.2
1.02
10.9
10.4

1.02
10.7
1.02
10.4
11.1 100年
10.8
1.02
11.1
破壊時間（ｈｒ）
1.02
10.7

10.3
10.0
1.02
10.8
10.3

1.02
1.02

図
3-18
C11.1
10.9
1.02
mmの考え方図3−18 素材係数
素材係数
Cの考え方10.8

1.02

1.02
1.03
1.02
1.02

表３−15
素材係数の検討結果（使用温度： 20℃）
3-14 素材係数の検討結果(使用温度：
20℃）
＝ 表
1.05

素材係数（Cm）

50年後
50years
POLITEC
POLITEC
会員会員
vLTHS
σLTHS vσ
LPLLPL

100年後
100years
CCmm

v
σLTHS
LTHS

vLPL
σ
LPL

CC
m m

A A

10.6
10.6

10.1
10.1

1.03
1.03

10.4
10.4

 9.9
9.9

1.03
1.03

B

B

10.6
10.6

10.2
10.2

1.02
1.02

10.4
10.4

10.0
10.0

1.02
1.02

C

C

10.8
10.8

10.4
10.4

1.02
1.02

10.7
10.7

10.3
10.3

1.02
1.02

D D

11.2
11.2

10.9
10.9

1.02
1.02

11.1
11.1

10.8
10.8

1.02
1.02

素材係数（ Cm ）＝1.05
素材係数（Cm） ＝ 1.05

27

27
27 32
配水用ポリエチレンパイプシステム協会

31水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

３－５．内圧、外圧に対する100 年寿命の照査結果
３－１節で述べたように、内圧と外圧に対する100 年寿命の照査基準は、（式3.2 ）、（式3.3 ）を満足することである。３－２節で算出した限界状態ごとの許容応力（終局限界：18MPa、クリープ限界：８MPa、
疲労限界：８MPa ）、３－３節で決定した形状係数（ Cf ＝1.2 ）、３－４節で決定した素材係数（ Cm ＝1.05 ）を用いて、代表例として呼び径100 の管路について100 年寿命の照査を試みた。表３－16 には前提条件、
表３－17 には照査結果をしめした。（式3.2 ）、（式3.3 ）を満足することは、表３－17 の判定値（ vc /v1, 2, 3, 4 ）が１以上となることであるが、判定値は全て１以上となることが確認できた。他のサイズでも、SDR が同じであるためほぼ同じ結果となる。よって、水道配水用ポリエチレン管は100 年寿命のポテンシャルを十分有していると判断できる。

表３−16

100 年寿命検証の前提条件（呼び径100，20℃）
記号

単位

設計水圧

Pi

MPa

１

管外径 / 管厚（SDR）

D0 / tmm

125/11.4

h

m

0.6

土被り

終局限界

クリープ

内圧、土圧荷重係数A－＊1
補正係数（管周方向）

Cc－

トラック１後輪片荷重

Q

kg
－

75

C1

－

0.5

曲率半径a ×（Do）
補正係数（管軸方向）＊2
＊１
＊２

内
圧
管
周
方
向

照
査
結
果

1

1

0.266
30,00010,00010,000外圧

100 年寿命検証の照査結果（呼び径100，20℃）

内
圧

外
圧

限界状態の分類記号単位

許容応力（照査基準）

vc

MPa

18

８

８

内圧（水圧）による応力

vic

MPa

7.474

4.982

4.982

有効応力

v1

MPa

9.417

6.278

6.278

－

1.911
○

1.274
○

1.274
○

判定値（vc / v1 > 1）

終局限界

クリープ

疲労限界

土圧による応力

vfc

MPa

0.109

0.07240.0724

輪圧による応力

vtc

MPa

3.414

1.138

1.138

MPa

3.523

1.210

1.210

外圧（土圧＋輪圧）による応力
有効応力

v2

判定値（vc / v2 > 1）

管
軸
方
向

1.5

疲労限界

実験（水道配水用ポリエチレン管・継手に関する調査報告書（H10.９、日本水道協会））と計算の比
実験と計算の比（道路占有埋設物件の浅層埋設検討報告書（H10.３、道路保全技術センター））

表３−17

MPa

4.438

1.525

1.525

－

4.056
○

5.246
○

5.246
○

内圧（水圧）による応力

vil

MPa

3.737

2.491

2.491

有効応力

v3

MPa

4.708

3.139

3.139

－

3.823
○

2.549
○

2.549
○

判定値（vc / v3 > 1）
土圧による応力

vfl

MPa

1.000

0.667

0.667

輪圧による応力

vtl

MPa

1.439

0.478

0.478

MPa

2.439

1.145

1.145

外圧（土圧＋輪圧）による応力
有効応力
判定値（vc / v4 > 1）

32

限界状態の分類因子

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

v4

MPa

3.073

1.444

1.444

－

5.857
○

5.539
○

5.539
○

４．耐震性について
４－１．水道配水用ポリエチレン管の被災調査結果
管と継手が一体化される水道配水用ポリエチレン管路は、材料特性である柔軟性と相まって地盤変位に対してよく追従する。水道配水用ポリエチレン管の耐震特性照査用の許容歪は、日本水道協会「水道配水用ポリエチレン管・管継手に関する調査報告書」に掲載されている各種実験結果より、応答変位法による耐震計算においては３％、地震変位に対する耐震計算においては６％と設定している。なお、阪神淡路大震災の発生歪みに対して十分な強度を持っていることが確認されている。
またこれまで、水道配水用ポリエチレン管の耐震性能を確認するために、地割れ実験や段差実験を実施しているが、いずれの実験でも地盤変位を管体の変位で吸収し管路異常がなく、高い耐震性を有している

４
耐震性についてことを確認している。
さらに、2003 年以降に発生した実際の大規模地震における水道配水用ポリエチレン管の被害調査結果を以下にしめすが、特殊な事象を除き被害の報告はほとんどない。
表４−１

2003 年以降の大規模地震における水道配水用ポリエチレン管の被害調査結果

発生年月

地震名

2003.７宮城県北部地震

６弱

2003.９十勝沖地震

６弱

2004.10新潟県中越地震

６強

2007.３能登半島沖地震2007.７2008.６2011.３

※１
※２
※３
※４

管路延長

被害状況

鹿島台町

約10km

無

浦河町

約2.6km無

小千谷市、

約11.4km※１

旧山古志村

約10.7km

※２

６強

門前町

約２km

無

新潟県中越沖地震

６強

柏崎市、西山町

約13km

無岩手・宮城内陸地震

６強

奥州市

約47.4km無７（１次調査）
栗原市、登米市、大崎市

約58km

無

６強

（２次調査）
気仙沼市、岩沼市、七ヶ浜町、
涌谷町、南三陸町、石巻企業局

約79km
※４

※３

６強

（３次調査）
奥州市、矢巾町、滝沢村、釜石市、大槌町、久慈市

約125km※４

無東北地方太平洋沖地震

最大震度

調査地域

フランジ部からの漏水が１箇所確認された。管および継手に被害なし。
裏山の崩落と共に道路が約40m 崩壊したことにより、管の破断１箇所あり。
地震による被害なし。但し、津波によって防波堤破壊と共に地盤ごと破壊された被害、また水管橋、橋梁添架等、露出部の津波による被害が計８箇所あり。
平成22 年度水道統計による。

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

33

水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

４－２．地震に対する100 年以上の耐久性検証
今回、さらに地震に対する耐久性を検証するため、新たに以下の設計条件を設定し、「レベル２地震動に対する耐震計算」及び、「地震によるダメージが管の耐久性に与える影響評価」をおこなった。
【設計条件】
100 年の間にレベル２地震動（当該地において過去及び未来において発生する最大級の地震動（阪神淡路大震災クラス）が少なくとも１回は経験するものとし、地震のダメージが管の耐久性に影響を与えない
４－２－１．レベル２地震動に対する耐震計算
水道配水用ポリエチレン管のレベル２地震動に対する耐震計算を水道施設耐震工法指針・解説に基づいて行った結果を表４－２にしめす。設計内圧、自動車荷重等の常時作用する管軸方向歪みと地震動による
管軸方向歪みの合計は最大1.7％程度であり、許容歪み３％（繰返し伸縮試験等の結果、定めたのも）以下
であることから安全である。
表４−２

管の耐震計算結果（レベル２地震動での管発生歪（%））

呼び径

50

75

100

150

200

設計内圧（1.0MPa）

0.216

0.219

0.218

0.219

0.220

自動車荷重（T−25）

0.263

0.221

0.187

0.156

0.133

温度変化（ D t＝15℃）

0.180

0.180

0.180

0.180

0.180

0.014

0.014

0.013

0.012

0.012

1.008

1.008

1.008

1.008

1.008

1.682

1.641

1.607

1.575

1.552

不同沈下

＊a

レベル２地震動（ h＝2.0

＊b

）

合計
ポリエチレン管の許容歪み＊ a 軟弱地盤区間15m 盛土高さ１m＊ b 地盤の不均度係数（河川流域等極めて不均一な地盤）

34

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

3.0％

４－２－２．地震によるダメージが管の耐久性に与える影響
４－２－２．地震によるダメージが管の耐久性に与える影響
水道配水用ポリエチレン管・継手に関する報告書（平成10 年10日本水道協会）に記載されている初期変形
水道配水用ポリエチレン管・継手に関する報告書（平成年 日本水道協会）に記載されている初期変形品の内圧クリープ試験の結果を示す。
品の内圧クリープ試験の結果を示す。
（１）試験方法（１）試験方法
図 4-1 に示すように、管を引張試験機に設置し、所定の変位になるまで引張った後、図 4-2 に示すよ
図４－１に示すように、管を引張試験機に設置し、所定の変位になるまで引張った後、図４－２に示す
うに供試体を固定し、軸方向に伸縮しない状態で予歪を与えたものの内圧クリープ試験を実施した。
ように供試体を固定し、軸方向に伸縮しない状態で予歪を与えたものの内圧クリープ試験を実施した。

固定ジグ
固定ジグ

変位を1時間保持
変位を1時間保持

耐震性について

供試体
供試体

４

テンションバー
テンションバー

供試体
供試体

図 4-1
変位保持装置模式図
変位保持装置模式図

図 4-2供試体の固定方法
供試体の固定方法
図４−２

図４−１

（２）試験条件（２）試験条件① 管の軸方向予歪み：2.5%、５%、7.5%、10%① 管の軸方向予歪み：2.5%、5%、7.5%、10%② 試験温度：20℃② 試験温度：20℃（３）試験結果（３）試験結果
管の 97.5%信頼下限（予歪なし）と、今回試験の結果を図4-3 に示す。すべての条件において、97.5%
管の97.5%
信頼下限（予歪なし）と、今回試験の結果を図４－３に示す。すべての条件において、97.5%
信頼下限を上回る結果が得られた。
信頼下限を上回る結果が得られた。

20
周方向応力(MPa)97.5%信頼下限(LPL)
2.50%
5%
7.50%
10%

10
10

100

1,000

10,000100,000

1,000,000

破壊時間（ｈｒ）
図4 図−34-3初期変形品の内圧クリープ試験結果
初期変形品の内圧クリープ試験結果（４）照査結果（４）照査結果
レベル２地震動で発生しうる管の発生歪は最大２％であるため、レベル 2 地震動の影響で管の耐久性
レベル２地震動で発生しうる管の発生歪は最大２％であるため、レベル２地震動の影響で管の耐久性がが低下することはない。
低下することはない。
今回の試験結果からは、レベル２地震動の最大発生歪の（5 10%倍（10%）の歪を与えた場合でも、熱間ク
今回の試験結果からは、レベル２地震動の最大発生歪の５倍）の歪を与えた場合でも、熱間クリーリープ試験の97.5%信頼下限を上回る結果となったため、さらなる安全性も確認できた。
プ試験の97.5%
信頼下限を上回る結果となったため、さらなる安全性も確認できた。

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

35

水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

５．耐塩素水性について
５－１．耐塩素水性の経緯「耐塩素水性」は、1978 年頃に、一部の都市において単層ポリエチレン管（ PE50 以下。布設後、数年以上経過した埋設配管）の内面に水泡が発生し、稀な例として水接面管壁が薄片状に剥離した事故に由来する。原因の一つとして、管材料に配合されたカーボンブラックによることが明らかにされた。
以降、当協会の管仕様は、接水面にカーボンブラックを含有しないものとし、1997 年に制定された日
本水道協会規格 JWWAK144（水道配水用ポリエチレン管）及び JWWAK145（水道配水用ポリエチレン管継手）の性能規定項目「耐塩素水性」に関わる「規定条件での水泡発生がないこと」を満足しており、現在まで同種の問題はまったく発生していない。
ここでは、100 年寿命確立のため、塩素水による水泡発生時間寿命を再検討し、現行の管体（ PE100
HDPE ）の持つ「耐塩素水性」性能を明らかにした。更に、長期的に塩素水の影響を受けた管が水質に与える影響等も合わせて評価した。

５－２．塩素水の想定条件
水道水は飲料水として安全であることが第一条件であるため、日本では塩素消毒を実施している。水道施行規則で給水栓での残留塩素濃度は、0.1mg/L 以上（遊離残留塩素）とされている。また、おいしい水の要件としてカルキ臭を感じない水は、0.4mg/L 以下と言われており、水質管理目標値は1.0mg/L 以下である。
そこで、ここでは耐塩素水寿命を、塩素濃度を1ppm、使用温度20℃における水泡発生時間とした。

５－３．塩素水による水泡発生時間の予測
５－３－１．無負荷状態（１）試験方法
供試管は協会加盟のＡ社のものを用いた。試験は約50mm の試験片を２個切り採り、24 時間毎に新しく調整した pH6.5 ±0.5 の塩素濃度 N（ ppm ）を変えた供試水に漬け、試験温度 T（ K ）を変えた時の管表面の水泡発生時間 t（ hr ）を求めた。表５－１に、塩素濃度 N および試験温度 T 試験条件をしめした。なお、
塩素濃度 N は500～3,000ppm に濃縮して試験を促進した。
表５−１

図５−１ 単層給水管の塩素による水泡

36

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

水泡発生時間の測定条件
水泡発生時間 t（hr）

濃度 N（ppm）

絶対温度 T（K）

3000

70℃＝343K

2000

60℃＝333K

各条件サンプル数

1000

40℃＝313K

２個

 500

20℃＝293K

（２）結果とデータの分析（２）結果とデータの分析（２）結果とデータの分析① 絶対温度と水泡発生速度の関係① 絶対温度と水泡発生速度の関係① 絶対温度と水泡発生速度の関係（２）結果とデータの分析
絶対温度（ 1/T ）と水泡発生速度 k（＝1/ x /3600（ 1/sec ））の対数（ ln（ k ））の関係を図５－２に示すが、両絶対温度(1/T)と水泡発生速度 k(=1/τ/3600(1/sec))の対数(ln(k))の関係を図 5-2 に示すが、両者
絶対温度(1/T)と水泡発生速度k(=1/τ/3600(1/sec))の対数(ln(k))の関係を図 5-2 に示すが、両者①
絶対温度と水泡発生速度の関係
者は線形の関係で表せる。
は線形の関係で表せる。
は線形の関係で表せる。
絶対温度(1/T)と水泡発生速度 k(=1/τ/3600(1/sec))の対数(ln(k))の関係を図 5-2 に示すが、両者
また、図５－３に塩素濃度と図５－２の傾きから求めた活性化エネルギーの関係を示すが、傾きに濃度
また、図 5-3 に塩素濃度と図 5-2 の傾きから求めた活性化エネルギーの関係を示すが、傾きに濃度
また、図 5-3 に塩素濃度と図 5-2 の傾きから求めた活性化エネルギーの関係を示すが、傾きに濃度は線形の関係で表せる。
依存性はないこともわかり、濃度が異なっても同じ活性化エネルギーを使用できる。
依存性はないこともわかり、濃度が異なっても同じ活性化エネルギーを使用できる。
依存性はないこともわかり、濃度が異なっても同じ活性化エネルギーを使用できる。
また、図 5-3 に塩素濃度と図 5-2 の傾きから求めた活性化エネルギーの関係を示すが、傾きに濃度
-4.5
-6.5
-8.5
-10.5
-12.5
-14.5
-16.5

2.95

3

3.05

3.1

3.15

3.2

3.25

100.0

活性化エネルギ ー
活性化エ ネルギ ー(K J /m ol)(K J /m ol)

活性化エ ネルギ ー(K J /m ol)

100.0

図 5-2 水泡発生速度のアレニウスプロット

80.0

100.0
80.0

60.0

80.0
60.0

40.0

60.0
40.0

20.0

40.0
20.0

0.0

0

５
耐塩素水性について

-18.5

2.9
-4.5
-6.5
2.9
-6.5
-8.5

3000ppm
2.95
3
3.05
3.1 3000ppm
3.15
3.2
3.25
2000ppm
2000ppm
3000ppmy = -9.9637x + 16.492
1000ppmy = -9.9637x + 16.492
1000ppm-8.5-10.5
2000ppm
R2 = 0.99232
500ppmR = 0.9923
500ppmy = -9.9637x + 16.492
1000ppm-10.5
y = -10.465x + 17.294-12.5
R2 = 0.9923
y = -10.465x+ 17.294
500ppmR2 = 0.98552
R = 0.9855
-12.5
-14.5
y = -10.465x + 17.294
y = -10.111x + 15.777+ 15.777
R2 = 0.9855
2 y = -10.111x-14.5
R = 0.99912-16.5
R = 0.9991
y = -10.111x + 15.777
y = -10.089x + 15.267
-16.5
-18.5
R2 = 0.9991+ 15.267
2 y = -10.089x
温度1000/T (1/K )R = 0.99382
温度1000/T (1/K )R = 0.9938-18.5
y = -10.089x + 15.267
図5−2 水泡発生速度のアレニウスプロット
水泡発生速度のアレニウスプロット
図5-2
図 5-2 水泡発生速度のアレニウスプロット
温度1000/T (1/K )R2 = 0.9938

水泡発生速度 l ｎ (k) (1/s ec )水泡発生速度 l ｎ (k) (1/s ec )水泡発生速度 l ｎ (k) (1/s ec )-4.5
依存性はないこともわかり、濃度が異なっても同じ活性化エネルギーを使用できる。
2.9
2.95
3
3.05
3.1
3.15
3.2
3.25

20.0
0.0

2000
3000
4000
1000
2000
3000
4000
濃度(ppm )濃度(ppm )
0
1000
2000
3000
4000
図 5-3 塩素濃度と活性化エネルギー
図5-3
塩素濃度と活性化エネルギー)濃度(ppm
図5 −3 塩素濃度と活性化エネルギー
0.0

1000
0

図 5-3 塩素濃度と活性化エネルギー② 水泡発生速度の塩素濃度依存性② 水泡発生速度の塩素濃度依存性
5-4 のとおり両対数で線形の関係で表された。
②水泡発生速度の塩素濃度依存性は、図
水泡発生速度の塩素濃度依存性
水泡発生速度の塩素濃度依存性は、図5-4 のとおり両対数で線形の関係で表された。
②
水泡発生速度の塩素濃度依存性

1.0E-05
60℃
水泡発生速度 k(1/s ec )水泡発生速度 k(1/s ec )水泡発生速度 k(1/s ec )1.0E-05
水泡発生速度の塩素濃度依存性は、図５－４のとおり両対数で線形の関係で表された。
1.0E-05
水泡発生速度の塩素濃度依存性は、図5-4 のとおり両対数で線形の関係で表された。
70℃

1.0E-06

1.0E-07

1.0E-08

70℃

60℃
70℃

40℃
1.0E-06

40℃
60℃

1.0E-06

40℃

1.0E-07
1.0E-07

1.0E-08100

100
1.0E-08
100

1,000
1,000
濃度(ppm )濃度(ppm )1,000

10,000

図 5-4 水泡発生速度の塩素濃度依存性
濃度(ppm )図 5-4 水泡発生速度の塩素濃度依存性

10,00010,000

水泡発生速度の塩素濃度依存性
図図55-4−4水泡発生速度の塩素濃度依存性

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

37

水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》③一般式の検討③
一般式の検討③ 一般式の検討
一般式の検討③
１ppm での水泡発生時間を算出するため、一般式を導いた。
1ppm
での水泡発生時間を算出するため、一般式を導いた。
③
一般式の検討
1ppmでの水泡発生時間を算出するため、一般式を導いた。
での水泡発生時間を算出するため、一般式を導いた。
1ppm③5-2,図-3
一般式の検討
図５－２，図－３より③
一般式の検討
図より
1ppm
での水泡発生時間を算出するため、一般式を導いた。
図5-2,図-35-2,図-3より
図より
1ppm 1ppm
での水泡発生時間を算出するため、一般式を導いた。
QQ
での水泡発生時間を算出するため、一般式を導いた。
Q図
5-2,図-3
よりAA''exp(
exp(
式
5.1

' exp(RT )) )  ��������������������������������

kkk A
式5.1
5.1
式5.1
式
図
5-2,図-3
より
図 5-2,図-3 より
RTQRTk A' exp( Q)
式 5.1
Q
図
5-4
より
RT

k
A
'
exp(

)
式 5.1
図５－４より
図5-4
5-4より
より
図

k A' exp(
式 5.1
RT RT )bbb ������������������������������������
式
5.2

k
A

N
図 5-4 より
式5.2
5.2

N
式式5.2

kk AA N
図 5-4
より
図
5-4
より
一般式を下記の通り仮定する。
b
一般式を下記の通り仮定する。
一般式を下記の通り仮定する。
式 5.2
一般式を下記の通り仮定する。
k A N b
b
式 5.2

k
A

N
式 5.2

k A N b
一般式を下記の通り仮定する。
Qb b exp(  QQ )
k
A
N

1
/

/
3600


式
5.3
一般式を下記の通り仮定する。
/3600
 AA N
 N  exp(
 exp(RT ) )�������������������������
5.3
kk11/ / / 3600
式5.3
式式5.3
一般式を下記の通り仮定する。
RTQRTbk  1：水泡発生速度（1/sec）/  / 3600
 A  N  bexp( Q)
式 5.3
ここで、ｋ
ここで、ｋ
：水泡発生速度（1/sec）
ここで、ｋ：水泡発生速度（1/sec）b RTA（
1k/ /13600
 N1/sec)Q )式 5.3
ここで、kk ：水泡発生速度A  exp(N）/  / 3600


exp(

式 5.3
RT
τ
：水泡発生時間（hr）
RT
ここで、ｋ：水泡発生速度（1/sec）：水泡発生時間（hr）
ττ：水泡発生時間（hr）
x：水泡発生時間
（
hr
）
ここで、ｋ
：水泡発生速度（1/sec）
ここで、ｋ：水泡発生速度（1/sec）
Ｎ：塩素濃度(ppm)
τ：水泡発生時間（hr）
Ｎ：塩素濃度(ppm)
Ｎ：塩素濃度(ppm)
N ：塩素濃度（ ppm ）
τ
：水泡発生時間（hr）
τ：水泡発生時間（hr）
Ｑ：活性化エネルギー（kJ/mol）：塩素濃度(ppm)
ＱＮ：活性化エネルギー（kJ/mol）
Ｑ：活性化エネルギー（kJ/mol）：活性化エネルギー（ kJ/mol ）ＮQ Ｎ：塩素濃度(ppm)：塩素濃度(ppm)
Ｒ：ガス定数(
8.31447J/mol)：活性化エネルギー（kJ/mol）
ＲＱ：ガス定数(
8.31447J/mol)
Ｒ：ガス定数(
8.31447J/mol)：ガス定数（ 8.31447J/mol ）ＱR Ｑ：活性化エネルギー（kJ/mol）：活性化エネルギー（kJ/mol）
Ｔ：絶対温度（K）：ガス定数(
8.31447J/mol)
ＴＲ：絶対温度（K）
Ｔ：絶対温度（K）
Ｒ：ガス定数(
8.31447J/mol)
T
：絶対温度
（
K
）
Ｒ
：ガス定数(
8.31447J/mol)
Ａ、ｂ
：定数
Ｔ
：絶対温度（K）
Ａ、ｂ
：定数
Ａ、ｂ
：定数
Ｔ
：絶対温度（K）
A、b：定数式
5.3の対数を取りＡ、ｂ Ｔ ：定数 ：絶対温度（K）
式5.3
5.3の対数を取りの対数を取り
式
Ａ、ｂQ
式5.3の対数を取りＡ、ｂ：定数：定数
式 5.3の対数を取りlog(
AAbbblog(NN)) )logee  QQ
log(
3600
)
log(
))) log
log
log(
log
式
5.4
1010e
log(
3600
)
log(
log
log(
log

A
N
log(
3600
)

式5.4
5.4
式
10
式 5.3
RT
式の対数を取り
5.3 の対数を取り
RTQ
RT
log(3600)  log( ) log A  b log( N )  log10 e  Q �����������������
式5.4
式 5.4
e･Q/R、bは定数のため、
Log(A)、log
 log(
 bAlog(eRT e Qlog(
3600)は定数のため、) log) Nlog
10e･Q/R、b
式 5.4
e･Q/R、bLog(A)、log
Log(A)、log
 bNlog(log(は定数のため、
3600) log() Alog) 10log
1010
式 5.4
10
RT RT
Log（ A ）、log/11R、bは定数のため、
e･Q/R、bLog(A)、log
10 e･Qは定数のため、
1
10
式
5.5
log(

Ce･Q/R、bCC2   は定数のため、
CC3log(
log(NN)) )
式5.5
5.5
式
log(

C11 1C
log(N
log(

)) ) 10C
Log(A)、log
2 2 T Cは定数のため、
33
Log(A)、log
10e･Q/R、b
TT 1
式 5.5
log(

 ) ：係数
C1  C 2  N ) ��������������������������
式5.5
1 C 3 log(
ここで、C
1 log( N )1、C2、C3 )：係数
式 5.5
T
：係数
ここで、C
ここで、C
log(

C

C


C
1、C
2、C
3
1、C
2、C
3
式
5.5
1
2
3
log(

 ) C1  TC 2  C 3 log( N )
T
：係数
ここで、C
1、C2、C
3
ここで、C
、C
、C
1
2
3：係数
、C
、C
：係数
ここで、C
1
2 、C
3 、C
：係数
ここで、C
図
5-2
の試験結果と式
5.5を用い重回帰分析した結果、
1 5.5
2 を用い重回帰分析した結果、
3
図5-2
5-2の試験結果と式の試験結果と式
5.5を用い重回帰分析した結果、
図
1 =-7.898
5-2の試験結果と式 5.5 を用い重回帰分析した結果、=-7.898
CC図
1C1 =-7.898
図５－２の試験結果と式5.5を用い重回帰分析した結果、
図5-2の試験結果と式5.5 を用い重回帰分析した結果、
図5-2の試験結果と式
5.5を用い重回帰分析した結果、
=4396
C
2
=-7.898
C=4396
C
C2 2 =4396
1C1 ＝－7.898=-7.898
C1
C =-7.898が得られた。
C=-0.8500=-0.8500が得られた。
が得られた。
CC3C3 3 =-0.8500
2 =43961
C2 ＝4396
C2 =4396=4396
C2が得られた。
C3 =-0.8500
C3 ＝－0.8500
が得られた。
が得られた。
C3 =-0.8500=-0.8500が得られた。
C④
信頼限界の検討（97.5%）
3
信頼限界の検討（97.5%）④④ 信頼限界の検討（97.5%）
長期試験での97.5%信頼限界は次のとおり④
信頼限界の検討（97.5%）
長期試験での97.5%信頼限界は次のとおり
長期試験での97.5%信頼限界は次のとおり④
信頼限界の検討（ 97.5% ）④ 信頼限界の検討（97.5%）④ 信頼限界の検討（97.5%）05
長期試験での97.5%信頼限界は次のとおり. 05 
000..05




t
長期試験での97.5%信頼限界は次のとおり
0
n

p

1




t

信頼限界は次のとおり
長期試験での97.5%


t

 
n97.5%信頼限界は次のとおり
p 
p 1 1
長期試験での00n
 2 

式
5.6
式5.6
5.6
式

20
2 . 05 
式 5.6
 0  0  ：予測中心値(式t n  p1   0.05 5.5、C 1、C2、C3、から算出)
ここで、05.5、C.5.5、C
05
ここで、
：予測中心値(式
ここで、：予測中心値(式
式 5.6
00 
1、C
2、C
3、から算出)1、C2、C3、から算出)
2


t



�
�������������������������
式5.6



式 5.6
 0  0 n  ptn1  p  12




05
2
、C
、C
、から算出)
ここで、  000..05：予測中心値(式
5.5、C

0

 1 2 3 0.05/2 の確率点t
 . 05  ：自由度 n-p-1 の t 分布関数で片側n 0 ：自由度：自由度
n-p-1ののtt分布関数で片側分布関数で片側0.05/2の確率点
t  pp p111  2
n-p-1
0.05/2の確率点tここで、x、C
ここで、：予測中心値(式5.5、C1、C2、C3、から算出)n n 
、C33、から算出）、から算出)
ここで、：予測中心値(式5.5、C：予測中心値（式5.5、C
1 1、C
2 2、C
  2200 . 05
  0t n  p  1  0 . 05
 ：自由度 n-p-1 の t 分布関数で片側 0.05/2 の確率点
：サンプル数 0. 05
 ：自由度nnnt n  pt1  2 ：サンプル数：サンプル数：自由度
n-p-1n-p-1の t 分布関数で片側0.05/2の確率点の分布関数で片側0.05/2の確率点
 ：自由度 n－p－1のtt 分布関数で片側0.05/2の確率点
n p 21 2p
：変量の数（時間と温度なので２）：サンプル数：変量の数（時間と温度なので２）pp n：変量の数（時間と温度なので２）n：サンプル数：サンプル数:予測値の不偏分散の平方根 p n n :予測値の不偏分散の平方根：変量の数（時間と温度なので２）：サンプル数:予測値の不偏分散の平方根
p p：変量の数（時間と温度なので２）：変量の数（時間と温度なので２）:予測値の不偏分散の平方根
p：変量の数（時間と温度なので２）343434:予測値の不偏分散の平方根 :予測値の不偏分散の平方根v：予測値の不偏分散の平方根
34
34 34

38

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

（３）水泡発生予測結果（３）水泡発生予測結果
図５－５に水泡発生時間と、97.5% 信頼下限をしめす。
図 5-5 に水泡発生時間と、97.5%信頼下限をしめす。
Ａ社管は、20℃、１ppm の条件で、早ければ464 万 hr（ 529 年）に水泡が発生することが予測される。
Ａ社管は、20℃、1ppm の条件で、早ければ 464 万 hr(529 年)に水泡が発生することが予測される。
10,000
70℃
60℃

継続中

1,000

塩素濃度(ppm)

40℃
20℃
100
70℃
97.5%信頼下限

60℃

40℃

20℃

５

10
529年

1,000,000

10,000,000

耐塩素水性について

100年
1
100

1,000

10,000100,000

水泡発生時間(hr)
図5 −5Ａ社管の耐塩素水性能（水泡発生時間の予測）
図 5-5
Ａ社管の耐塩素水性能（水泡発生時間の予測）

（４）考察
（４）考察
塩素水濃度と水泡発生時間との関係を（式5.6 ）
より得られる97.5%
信頼下限線とともに図５－５に示し
塩素水濃度と水泡発生時間との関係を(式5.6)より得られる
97.5%信頼下限線とともに図5-5 に示した。これらの関係より使用条件を塩素濃度１ppm、使用温度20℃とすると、供試管（Ａ社管）
は、早ければた。これらの関係より使用条件を塩素濃度 1ppm、使用温度 20℃とすると、供試管（A社管）は、早けれ464 万時間
529 年，97.5%
信頼下限値）に水泡が発生することが予測される。また、協会に加盟する他社管
ば 464（万時間(529年，97.5%信頼下限値)に水泡が発生することが予測される。また、協会に加盟する他社管の水泡発生寿命も（式5.6）の結果に良く合うことも確認されている。
の水泡発生寿命も（式5.6 ）の結果に良く合うことも確認されている。

配水用ポリエチレンパイプシステム協会39

水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

５－３－２．応力負荷状態
５－３－２．応力負荷状態
５－３－２．応力負荷状態
水泡発生は応力負荷に影響されると考えられる為、応力を付加した状態での試験を実施した。
水泡発生は応力負荷に影響されると考えられる為、応力を負荷した状態での試験を実施した。
水泡発生は応力負荷に影響されると考えられる為、応力を付加した状態での試験を実施した。
（１）試験方法（１）試験方法（１）試験方法
水泡発生は応力負荷に影響されると考えられる。その効果を見るため、5-3-1
水泡発生は応力負荷に影響されると考えられる。その効果を見るため、5-3-1
水泡発生は応力負荷に影響されると考えられる。その効果を見るため、5 －3で用いた試験片を室温－1で用いた試験片を室温で用いた試験片を室温下で治具により強制的に扁平させた負荷試験片（図5-6,図-7参照）と無負荷試験片を、それぞれ、試下で治具により強制的に扁平させた負荷試験片（図5-6,図-7参照）と無負荷試験片を、それぞれ、試下で治具により強制的に扁平させた負荷試験片（図５－６，図５－７参照）と無負荷試験片を、それぞれ、

評価サンプル形状

32

40

24

C0
.5

32
40

32
40

.5

24

3t

C0

φ
4.
5

3t

約40mmx40mm（ブランク）（ジグ矯正変形）（ブランク）（ジグ矯正変形）
図 5-6 評価サンプル形状
図 5-6 評価サンプル形状
図5 −6

32

40

約40mmx40mm

24

C0
.5

約40mmx40mm

4-

5

R1

約40mmx40mm

4.

R1

θ
θ
t=約5.8t=約5.8

RR

633
DD==6

φ

24

4-

“図を拡大”

C0.5

験温度
60℃、塩素濃度(ppm)の条件の浸漬により水泡発生時間を調べた。
験温度
60℃、塩素濃度2000
2000(ppm)の条件の浸漬により水泡発生時間を調べた。
試験温度60℃、塩素濃度2000（
ppm ）の条件の浸漬により水泡発生時間を調べた。

SUSプレート3t

SUSプレート3t

図 5-7 ジグ詳細(SUS304)
図 5-7 ジグ詳細(SUS304)

図5 −7

ジグ詳細（SUS304）（２）ジグ矯正品の初期応力の算出（２）ジグ矯正品の初期応力の算出（２）ジグ矯正品の初期応力の算出
図5-6 より、下記の通りである。
図5-6 より、下記の通りである。
中心半径
R=(D-t)/2、孤の中心長さ L=R・θ＝(D-t)/2・θ、
図５－６より、下記の通りである。
中心半径
R=(D-t)/2、孤の中心長さ L=R・θ＝(D-t)/2・θ、
内径半径
R’=(D-2t)/2、孤の内側の長さ
L’=R’・θ
中心半径
R ＝（ D － t ）/2、孤の中心長さ
L ＝ R・i ＝（である。
D － t ）/2・i、
内径半径
R’=(D-2t)/2、孤の内側の長さ
L’=R’・θ
である。
これが直線に伸ばされ、Lが同じとすると、管内面に発生する歪（ε）は、内径半径 R ’＝（ D －2t）/2、孤の内側の長さ L ’＝ R ’・i である。
これが直線に伸ばされ、Lが同じとすると、管内面に発生する歪（ε）は、
ε＝(L-L’)/L’＝((D-t)-(D-2t))/(D-2t)=t/(D-2t)となる。
これが直線に伸ばされ、Lが同じとすると、管内面に発生する歪（ f ）は、

ε＝(L-L’)/L’＝((D-t)-(D-2t))/(D-2t)=t/(D-2t)となる。
今、D=63mm、t=5.8mm
b は 11.3%となり、PE100 材の降伏歪(εy=8%)を超え試験片f ＝（ L － L ’）/L より、初期曲げ歪ε’＝（（ D － t ）－（ D －2t））/（ D －2t ）＝ t/（ D －2t ）となる。
今、D=63mm、t=5.8mm より、初期曲げ歪εb は 11.3%となり、PE100 材の降伏歪(εy=8%)を超え試験片は弾塑性状態にある。
今、D ＝63mm、t ＝5.8mm より、初期曲げ歪 fb は11.3% となり、PE100 材の降伏歪（ fy ＝8% ）を超え試は弾塑性状態にある。
験片は弾塑性状態にある。
（３）試験結果無負荷品と負荷品の水泡発生時間を表 5-2 に、試験前後の写真を表 5-3,表 5-4 に示す。
（３）試験結果（３）試験結果無負荷品と負荷品の水泡発生時間を表 5-2 に、試験前後の写真を表 5-3,表 5-4 に示す。
無負荷品と負荷品の水泡発生時間を表５－２に、試験前後の写真を表５－３，表５－４に示す。
表 5-2 試験結果（水泡発生時間）表
5-2
試験結果（水泡発生時間）
Ａ社管
Ｂ社管
表5 −2
試験結果（水泡発生時間）
無負荷品
負荷品
無負荷品
負荷品
Ａ社管
Ｂ社管
Ａ社管
Ｂ社管
360hr
360hr
192hr
360hr
無負荷品
負荷品
無負荷品
負荷品
無負荷品
負荷品
無負荷品
負荷品
発生なし
360hr360hr
360hr
192hr
360hr
360hr
192hr
360hr 発生なし
発生なし

36
40

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

表５−３

試験結果（Ａ社管）
（写真）

ブランク

応力負荷状態

試験前

試験後

５

応力負荷状態（外面）耐塩素水性について

表５−４

試験結果（Ｂ社管）（写真）
応力負荷状態（内面）

試験前

試験後

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

41

水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》（４）ジグ矯正品の残留応力量の算出（４）ジグ矯正品の残留応力量の算出
Ａ社品試験後に、ジグ矯正品のジグを取外し、取外し前後で標線間を測定し、残留応力を検討した。
Ａ社品試験後に、ジグ矯正品のジグを取外し、取外し前後で標線間を測定し、残留応力を検討した。
ジグ取外前は X1=20.69mm、取外直後は X1=X2 であったが、取外し 20 日経過後は X2=20.32mm であった。
ジグ取外前は X1 ＝20.69mm、取外直後は X1 ＝ X2 であったが、取外し20 日経過後は X2 ＝20.32mm であっ
X1 長さが X2 長さになるときの歪みは約 8%である。
た。X1 長さが X2 長さになるときの歪みは約８％である。
従って、水泡発生後の治具解放により約 3％の弾性ひずみ回復があり、浸漬中の応力負荷が確認され従って、水泡発生後の治具解放により約３％の弾性ひずみ回復があり、浸漬中の応力負荷が確認された。
た。

R（平板部標線X1X1がジグ取り外しに変化する時の歪みを算出した）（平板部標線がジグ取り外しX2X2に変化する時の歪み計算）

t

X1

θ
中心孤 L=R・θ

X2（取外し前）
図 5-8（取外し後）

ジグ取外し前後の図
図５−８ ジグ取外し前後の図

図 5-8 において、取外し後の中心弧 L は、取外し前 X1 と同じと考える。
図５－８において、取外し後の中心弧 L は、取外し前 X1 と同じと考える。
中心弧 L=R・θ=X1∴θ=X1/R･･･①
中心弧 L ＝ R・i ＝ X1 ∴ i ＝ X1/R･･･ ①
また、X2=2・R・sin(θ/2)∴θ=2・sin-1(X2/2R) ･･･②
また、X2 ＝2・R・sin（ i /2 ） ∴ i ＝2・sin －1（ X2/2R ）･･･ ②
R を仮定し、①と②のθが一致することとする。
R を仮定し、①と②の i が一致することとする。
計算結果、R=31.35mm、θ=0.66rad(37.8deg)となり、計算結果、R ＝31.35mm、i ＝0.66rad（ 37.8deg ）となり、
歪（ε）＝(X1-(R-t/2）θ)/X1 ＝0.08 となる。
歪（ f ）＝（ X1 －（ R － t/2 ）i ）/X1 ＝0.08 となる。
（５）考察
（５）考察
以上の結果より、ポリエチレン管の降伏歪を超える弾塑性状態においても， JWWA 規格(168hr 水泡発

以上の結果より、ポリエチレン管の降伏歪を超える弾塑性状態においても，JWWA
規格（ 168hr 水泡発
生なし)の耐塩素水性を満足する．また、表 5-2 より応力負荷効果を単純比例関係と仮定した場合、弾生なし）の耐塩素水性を満足する．また、表５－２より応力負荷効果を単純比例関係と仮定した場合、弾塑性状態において、A社管でも 282 年以上（529 年 x192/360）の耐塩素水性寿命があることが推定される。
塑性状態において、Ａ社管でも282 年以上（ 529 年 x192/360 ）の耐塩素水性寿命があることが推定される。

3842

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

５－４．塩素水の影響を受けた管の水質に及ぼす影響（１）試験方法
塩素水の影響を長期間に渡り受けた水道用ポリエチレン管が、水質に影響を及ぼさないことを確認する
ため、塩素水濃度2000ppm、60℃で168hr 浸漬したサンプルを用い、JWWAK144（水道配水用ポリエチレン）の溶出試験を実施した。
（２）試験結果
耐塩素水性試験168hr 後に水泡に発生はなく、表５－５に示した溶出試験結果が得られた。
表５−５
項目

耐塩素水性評価試験後の溶出試験結果
結果

判定

①味

異常でないこと

異常なし

JWWAZ110：2004 付属書17（規定）②臭気

異常でないこと

異常なし

JWWAZ110：2004 付属書18（規定）③色度

0.5 度以下

0.5 度未満JWWAZ110：2004 付属書19（規定）④濁度

0.2 度以下

0.1 度未満JWWAZ110：2004 付属書20（規定）⑤有機物

0.5mg/l 以下

0.3mg/l 未満

JWWAZ110：2004 付属書35（規定）⑥残留塩素の減量

0.7mg/l 以下

0.1mg/l 未満

JWWAZ110：2004 付属書４（規定）５
耐塩素水性について

規格値

（３）考察
2000ppm、60℃、168hr は、加速比の関係より１ppm、20℃で217 万 hr（ 247 年）に相当すると予測される。
したがって、100 年以上の間、塩素水に浸漬されたポリエチレン管においても、水質基準に影響を与える
管材料変化は無いものと考えられる。

５－５．耐塩素水性の照査結果
現行のポリエチレン管（ PE100 HDPE ）の持つ「耐塩素水性」性能（塩素水による水泡発生時間寿命）を検討した結果、無負荷状態および弾塑性負荷状態で、それぞれ500 年以上及び200 年以上の性能寿命があることが推定できた。
また、100年間、塩素水に浸漬された管でも水質基準に影響を与える管材料変化は無いことが検証できた。
表５−６
試験項目

耐塩素水性の照査結果
試験結果

備考

１．無負荷状態の耐塩素水性試験

水泡発生予測時間

529 年

20℃、塩素濃度１ppm

２．弾塑性負荷状態の耐塩素水性試験

水泡発生予測時間

282 年

20℃、塩素濃度１ppm

３．耐塩素水性試験後の溶出試験

水質基準に影響を与える管材料変化なし

100 年間塩素水に浸漬後配水用ポリエチレンパイプシステム協会

43

水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

６．結論
本研究では、水道配水用ポリエチレン管の100 年寿命の確立のため、管路の寿命に影響を及ぼす以下の３要因について検証を行った。
１）内圧・外圧に対する耐久性（短期的、また長期的荷重に対する耐内圧・耐外圧性能）
２）地震に対する耐久性（レベル２地震動に対する耐震性）
３）残留塩素に対する耐久性（応力負荷時を含む耐塩素水性）

その結果、
１）形状因子や外面傷による応力集中、また素材や成形のばらつきを考慮した上で、内圧、外圧それぞれの短期的な荷重（終局限界状態）、長期継続的に生じる荷重（クリープ状態）、長期継続的に生じる
繰返荷重（疲労限界状態）について照査した結果、最も影響の大きな荷重は内外圧にかかるクリープ状態であるが、この応力値も100 年後の許容応力以下であり安全である。
２）内圧、自動車荷重等により常時発生する歪とレベル２地震動による管軸方向歪の合計が許容歪以下であり、安全である。また地震によるダメージにより管の耐久性が低下することはない。
３）塩素濃度１ppm、温度20℃の条件下では、応力無負荷状態で500 年以上、また水圧等、応力負荷状態で200 年以上の耐塩素水性能を有している。
等が、確認できた。
以上、水道配水用ポリエチレン管路が100 年以上の寿命を十分有していることを検証した。

（参考文献、出典）
１）水道施設設計指針（ 2000 年 日本水道協会）
２）水道配水用ポリエチレン管・継手に関する調査報告書（平成10 年９月 日本水道協会）
３）I SO9080（ 2003 ） Plastic piping and ducting systems － Determination of long － term hydrostatic strength of
thermoplasticsmaterialinpipeformbyextrapolation４）ISO12162（ 2009 ）Thermoplasticsmaterialsforpipesandfittingsforpressureapplications － Classification,designationand
designcoefficient５）ISO4427（ 1996 ） Polyethylene（ PE ）pipesforwatersupply － Specifications
６）JWWA K144、145 水道配水用ポリエチレン管、及び管継手（ 2010 年 日本水道協会）
７）ポリエチレン管技術調査報告書（平成15 年２月 日本ガス協会）
８）道路占用埋設物件の浅層化技術検討報告書（平成10 年３月 道路保全技術センター）
９）水道施設耐震工法指針・解説（ 2009 年度版 日本水道協会）
10 ）水道統計「平成22 年度」（日本水道協会）
11 ）水道ビジョンフォローアップ検討会資料（平成19 年、厚生労働省健康局水道課）

44

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

用語の解説解説

応力

物体に変形を与えたとき、物体内に働く力をいい、一般に MPa{ N / m 2 } の単位
でしめす。

応力集中

固体に外力を加えるとき、不規則な形状の部分、とくに鋭い切込みの底部には平滑な部分にくらべてきわめて大きい応力を生じる。これを応力集中という。

弾性

固形物質に力を加え変形させたのち応力を取り除くと、ただちに原形に戻る性質をいい、このときの変形を弾性変形という。また、応力を取り除いても、ただちに原形にもどらなくなるときの応力の下限を弾性限度という。

弾性係数

一様な太さの棒の一端を固定し、他端を軸方向に引く（または押す）場合、棒の断面に働く応力を v、単位長さあたりの伸び（または縮み）を f とすれば、比例限度内で v ＝ E・f という関係が成り立つ。
このように伸び変形で応力 v とひずみ f との間に比例関係が成り立つとき、比例定数 E ＝ Dv/D f で定義される。

延性破壊とぜい性破壊

ポリエチレン管は一定温度のもとで、一定内圧を長時間加えると、温度または圧力によって二とおりの破壊現象をしめす。かなり高温かまたは高圧の時
は、短時間のうちに管全体が大きく膨らんだ後に局部的に破壊する。これを延性破壊という。一方比較的低温または低圧の時は、ほとんど膨張することなく、長時間経過した後に、小さくき裂を生じる。これをぜい性破壊という。

クリープ

材料に応力が加わった時に生じるひずみのうち、時間依存性の部分をいう。
クリープの初期で、ひずみ速度が変化している遷移領域を第１期クリープ、
ひずみ速度一定の常温領域を第２クリープという。一定時間（たとえば1000 時間）にクリープ破断を生じる応力をクリープ破壊強さといい、一定時間に一定のクリープ（たとえば10000 時間に0.1% ひずみ）を生じる応力をクリープ限度という。クリープ試験において荷重を除いたのちにおける変形率の減少をクリー
プ回復といい、これは試験片に加わっていた荷重を取り除き、任意の時間が経過したのちひずみを除く直前のひずみから差し引いたものである。

疲労

固体材料に繰り返し応力を引き続き加えると、一定方向の場合よりもはるかに小さい応力で破壊を生じる。この現象を材料の疲労といい、このときの破壊を疲労破壊という。
疲労試験の結果を縦軸に応力 S、横軸に破壊までの繰り返し数 N（対数でしめすことが多い）をとってしめしたものを S − N 曲線という。
繰り返し応力のもとで材料が破壊するまでの繰り返し数あるいは時間を疲労寿命という。

環境応力き裂環境によって促進される応力き裂のことで、ストレスクラッキングともいい、特に溶剤によって起こる場合は溶剤き裂という。

線膨張係数

固体の長さが温度によって変わる割合をあらわし、温度が１℃変化したときの長さの変化率でしめす。

水撃圧

ウォーターハンマーともいう。有圧の導・送・配水管などの施設において供給される水の流れが急に阻害される場合に，その運動エネルギーによって管路や設備などへの圧力が急変し，衝撃をもたらす作用のこと。

輪荷重

一般に車両の荷重は、車輪・タイヤを介して構造物に作用する。輪荷重とは、車輪の荷重が一点に集中的に作用するとした荷重。

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

用語集

用語

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水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証 《技術報告書》

用語

基準外径
SDR

解説

D：外径の基準寸法
Standard dimension ratio の略。基準外径を基準厚さで除した値
SDR=D/t

ポリエチレン

エチレンを重合した熱可塑性樹脂をポリエチレン（ PE ）といい、分岐度、分岐の種類、分布などにより密度や特性が変わる。JISK6922−1 において密度を基準にして高密度ポリエチレン＝ HDPE（ 0.942 以上）、中密度ポリエチレン＝
MDPE（ 0.930 以上0.942 未満）、低密度ポリエチレン＝ LDPE（ 0.910 以上0.930
未満）に分類されている。又、エチレンとオレフィンの共重合により作られた
低密度ポリエチレンを線状低密度ポリエチレン＝ L−LDPE と呼んでいる。一般に中密度ポリエチレン以下を軟質で高密度ポリエチレンを硬質としている。

二層管

外側がカーボンブラックを配合したポリエチレン層（以下、外層という）、内側がカーボンブラックを配合しないポリエチレン層（以下、内層という）によって構成されている管。ただし、内、外層に用いる原料樹脂の MRS は同一でなければならない。

１種管、２種管1998 年に JISK6762 が改訂されたが（水道用ポリエチレン管から水道用ポリエ
チレン二層管に規格名称変更等）、改訂前規格では、管の種類として低密度または中密度ポリエチレンを材料とする１種管と、高密度ポリエチレンを材料とする２種管に分類されていた。１種管は２種管に比べ管の肉厚が厚い。

PE100

設計上の性能を明確に規定するため、ISO9080 に従って求めた長期水圧強度をもとに、ISO12162 の分類表で分類する方法で、20℃で50 年間管が破壊しな
い一定応力値が10.0MPa（ 102kgf/cm2 ）以上であることが証明されたポリエチ
レン材料のことvLTHSLong−Term Hydrostatic Strength の略。応力の単位をもつ量で、温度θ、時（長期静水圧強度の平均値） 間 t において予測される長期静水圧強度の平均値をあらわすもの。
vLPL（長期静水圧強度の下方信頼限界）Lower Conﬁdence Limit of the Predicted Hydrostatic Strength の略。応力の単位をもつ量で、温度 i、時間 t において予測される長期静水圧強度の97.5%
下方信頼限界をあらわすもの。

MRS（最小要求強度）

Minimum Required Strength の略。20℃水中において50 年後に予想される長期静水圧強度の97.5% 下方信頼限界の値であり、単位 MPa で表される材料の強度。

CRS i，t（類別要求強度）

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Caregorized Required Strength の略。温度 i、時間 t における vLPL の値を、ISO12162
tableA.1 により分類した値で、単位 MPa で表される材料の強度。

配水用ポリエチレンパイプシステム協会

おわりに
本検証により水道配水用ポリエチレン管が100 年以上の寿命を有することが明らかになったことから、
今後、耐震管である水道配水用ポリエチレン管を更新用管材として使用し、全ての管路がこれと同等以上の長期性能を有する管路に更新された後は、更新率が現状の１％程度であっても持続可能な管路更新を実現できるものと考えられる。
本研究が、今後、全国の水道事業体の皆様が水道管路の更新計画を作成する際の一助となれば幸いである。
また今回の検証に当たっては、新しい評価方法の検討・構築、新しい指標を立てることで、100 年という長期の寿命検証を行ってきた。当協会としては、これらの成果について新たな基準として確立される様、図っていきたいと考えている。
最後に、本研究に当たり、終始ご指導頂いた山形大学大学院理工学研究科

栗山教授、並びに報告書作成に当たり助言を頂いた水道事業体の皆様に謝辞を表する。

水道配水用ポリエチレン管路の100 年寿命の検証《技術報告書》
2013 年３月31 日

初版発行2014 年８月31 日

２版発行

編集発行

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