既有铁路混凝土桥运营重载列车后疲劳损伤分析及寿命评估

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1、铁道建筑RailwayEngineering4文章编号：1003-1995(2014)06-0004—06既有铁路混凝土桥运营重载列车后疲劳损伤分析及寿命评估王丽，郭莹，张玉玲(1．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081；2．中国铁路总公司运输局工务部，北京100844)摘要：针对我国铁路对重载运输的需求，制定了重载疲劳列车的机车、车辆模式，采用有限元软件STAAD／PRO进行建模分析，得到重载疲劳列车经过桥梁时跨中的弯矩时程曲线；采用自编雨流程序，得到了弯矩谱。提出了基于荷栽的简化

2、疲劳损伤分析方法，对跨度为1～100m的桥梁在26．5t轴重重载列车作用下疲劳损伤度的增加及疲劳寿命的折减进行了计算。以4m和8m普通钢筋混凝土桥梁为例，对其疲劳寿命进行评估，根据Miner线性累积损伤法则，得到这2种跨度桥梁运营重载列车后的疲劳寿命。关键词：混凝土桥重载列车疲劳损伤寿命评估中图分类号：U441．4文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003．1995．2014．06．0230t30t30t30t30t30t20世纪50年代以来，重载铁路因其运能大、效率265t2

3、6．5t265t265t265t265t高、运输成本低而受到世界各国的广泛重视。近年来，由于各种现代高新技术在铁路上广泛应用，铁路重载运输技术及装备水平不断提高，重载列车的牵引重量fa】机车模式也有了很大提高。我国2013年铁路政策规定¨：“新建重载铁路货车轴重不小于30t，列车牵引重量为万265t265t265t265t吨级及以上；客货共线铁路货车轴重研究推广25t，研究发展至27t。”本文针对铁路货车轴重提高至26．5t1468l837381831468的情况，对既有线混凝土桥梁进行疲劳损伤

4、分析及寿l3976命评估。图1重载疲劳列车的机车、车辆模式(单位：In)1既有线重载疲劳列车编组依据Miner线性累积损伤法则，损伤度D为基于当前的典型疲劳列车，通过替换重载货车的办法，确定了不同年运量条件下26．5t轴重重载疲D=∑=∑n(2)劳列车参数。重载疲劳列车采用的机车、车辆模式见图1，编组及运营次数见表1。式中：D为Atr作用下分别循环／I次后的损伤度，当D≥1时，发生疲劳破坏；n为应力幅△的循环2疲劳损伤影响分析次数。2．1理论基础假设在当前典型疲劳列车作用下损伤度为D．，在大量试

5、验研究表明，应力幅水平△与其作用下重载疲劳列车作用下损伤度为D，相应的疲劳寿命分别为l，，y2，则可得出在2种不同疲劳列车作用下的常幅疲劳试验得出的疲劳失效循环次数Ⅳ．的关系为疲劳损伤之比为N△=A(1)式中：A，m为常数。D：f3)2hi2Ao-i2收稿日期：2013—11，20；修回日期：2013．12-25作者简介：王丽(1981一)，女，山西宁武人，助理研究员，硕士。疲劳寿命比与疲劳损伤比成反比2014年第6期王丽等：既有铁路混凝土桥运营重载列车后疲劳损伤分析及寿命评估5020201普通

6、货物列车32344l31217784350≤3．256656l570煤列车2720340油列车0鲫∞0能舳舳0犍舳∞0铝∞∞：2940490∑一∑普通货物9列车3B4333拍●2勰n—n3．2—7．67．6煤列车m一nOO0油列车13918l27普通货物列车7．6一l212煤列车0∞O∞0¨油列车323●222普通货物列车l2～17煤列车39204929O"O"O卯油列车2880483O2l0211，●1YlI／Dl3．1疲劳寿命评估基本原理(4)Y21／D2如图2所示，基于S—N曲线进行结构疲

7、劳寿命评2322323I估l的步骤：①确定关键构造细节；②通过理论计算或者鼹I7OO7OO由于为同一结构同一构造，式(3)可用式(5)代替现场实测取得构造的应力时程曲线；③采用合适的应力5循环计数方法，将应力历程转换为应力谱；④进行疲卵钉l：：垡(5)劳试验或根据已有的规范、文献取得构造的S一Ⅳ曲Dz∑n：三∑np0Ol一线II；⑤根据疲劳累积损伤理论计算得到构造的疲劳3式中：为桥梁的跨中弯矩；pP为标准荷载寿命。效应比频谱。现场测试相应地，疲劳寿命之比为荷载，应力历程ll疲劳试验11相关规范、

8、文献理论计算：f6巫寸y2nlpmll应力谱Il2．2计算结果及分析依据式(6)得到在重载列车作用下，各种跨度桥疲劳累积损伤理论梁的疲劳损伤及寿命折减情况，见表2。可见，以当前构造疲劳寿命运营列车作用下发生的累积损伤为基础，26．5t轴重重载列车的累积损伤将为当前列车的1．4～3．7倍，运图2基于s一Ⅳ曲线进行疲劳寿命评估的步骤营重载列车疲劳寿命为当前疲劳寿命的27％～71％。3．2疲劳应力幅的计算3疲劳寿命评估普通钢筋混凝土最下排钢筋最大静应力为Mh——a／、据统计，我国混凝土梁占桥梁总数的9