高速铁路钢桥疲劳设计研究.pdf

张玉玲,等?高速铁路钢桥疲 劳设计研究高速铁路钢桥夜劳设计研究张玉玲潘际炎?铁道部科学研究院北京刀犯! ∀摘要首先对我国铁路钢桥设计规范的疲劳设计方法予以回顾,针对高速铁路钢桥受力特点,分析了痰 劳设计应特珠考虑的问题,最后提出设计方法#关健词高速铁路痰劳设计栩桥挽范公式∃ % ?≅咱5田Α≅Β田《伪≅Χ =人吻Δ ΕΦΒΓ /∋= Η!从Β( Ιϑ价石≅Χ Κ! 叹绍! ∀)∋刃田跳∗∃∃比.=5改Χ 予日Λ,‘石正Δ此Μ≅ ΝΔΓ− ΒΓ /∗为 Η似Ο!ΛΓ ΧΝΔΛ Λ】】诩山飞比圈班触招Γ /!= Λ由周期荷载引起的钢桥疲劳损伤,是十分危 险的关 于这个 问题,桥梁界已经给予充分的重视高速列车作用 下 的桥梁与现有桥梁的受力状态相比,具有列车速度 高、运营荷载小、运 营次数多等特点,这 些将会给钢桥疲劳带来一 系列问题#本文将就高速列车作用 下 的钢桥疲劳设计思路进行讨论,并提出设计方法我国铁路钢桥疲劳设计方法回顾我国铁路钢桥设计最早开始考虑疲劳 问题是在建国以后#当时主要采用前苏联规范的基本思路?对承受换号反复应力的构件和连接接头,其容许应力需乘以一个 折减系数,验算表达式为?=ϑ簇−Τ = 』?!∀式中=ϑ—验算截面最大应力Υ卜6—强度容许应力值Υ−—疲劳折减系数,Υς Ω ? =一Μ川#其中=、Μ与钢种有关,.为构件所受最小及最大 内力的比值?亦即循环特征值∀#从当时=、Μ的取值分析,对一个钢种?包括 接头∀,基本上出于笼统 范 围的考虑。

到 ΣΞ Π年桥规,由于有了栓焊钢 梁 的 经验和试验数据,相应疲劳计算方法又具体化了#验算表达式主要特点 是??! ∀将铁路钢桥常见细节分门别类,不同细节在疲劳验算公式中有不同 的体现,基本依据是?不同细节在循环应力比5二Ψ时,考虑循环次数ΖΨ Ψ万次的疲劳抗力试验结果Τ =亦因而导致 不 同细节疲劳验算公式也不 同#?Ζ ∀ 考 虑 了不同细节在5ς+和5ς一 时的疲劳抗力关系具体表达式为?ϑ定Τ =Ας位Γ 6 Ω ? !一Ρ 5∀? Ζ ∀式中卜Γ 6—循环特征系数.二Ψ时,应力第一作者?张玉玲女ΣΠΞ年Σ月生硕士副研究员收稿日期?望珍一Ψ Π一Ζ Π(Δ ΛΙ∗Μ璐山川自Χ#性理〕? [ ∀,∴ Μ!#] ,3Μ#] Π循环ΖΨ Ψ万次的疲劳容许应力ΥΡ—疲劳容许应力图斜 率,反映.二Ψ和.ς一!时疲劳容许应力关 系Υ.—循环特征系数,.ς! =ϑ! Ω 4口ϑ4如果用式?! ∀ 的疲劳折减系数概念来看式?Ζ∀,式?Ζ∀可 写成?⊥ϑ簇巾】ς【日Ω ? 一Ρ 5∀即−二伽刁加6∀ Ω ?!一_.∀?[∀Σ ⎯Π年设计规范的疲劳验算方法 基本与 ΣΞΠ年规范相 同,仅个别部分进行了归纳和调整#从各年代疲劳规范的趋势看,ΣΠ 年到Σ ΠΣ年疲劳容许应力稍 有提 高。

到 ΣΞΠ年和 Σ⎯ Π年规范,以压为主 的拉压构件,疲劳容许应力提高,以拉为 主 的拉 压构件 则相反,疲 劳容许应力降低这是由于制定ΣΞ Π年规范时已经有了栓焊钢 梁的大量试验和经验数据,故对不同构造细节 有了更具体的考虑在修改 ⎯ Π规范的大量研究中,对服役桥梁疲劳行为 的考虑更加全面#其中 主要的改进思 路是??设计表达式中疲劳容许应力,已不单纯代表运营铁路上构件细节的使用寿命,它只是作为疲劳验算点实际构件细节 根据 其 荷载影响跨度、设计基 准期 内的 列车运量,通过累积损伤理论,分 析计算实测结果,进行等效等幅应力修正换句话说,需要将构件实际受力状态!荷载大小和循环次数∀折算到疲 劳验算点进一步补充完善了钢桥 构造细节形式和相应疲劳设计曲线综上所述,我国铁路钢桥的疲劳设计方法从仅仅认识到疲劳危 害开始,已逐步深人到比较准确地将疲劳行为融人验算公式∃高速铁路钢桥疲劳损伤特点运营列车速 度高,导 致 桥 梁 所 受 冲 击 状态复杂化,将会增大整体构件或局部细 节 的高频应力幅值高速铁路 上 的桥梁,所承受的运营列车次数增多,导致构件反复应力的循环次数增多高速运营列车基本为客 运 列车,相 应 荷载较货运列车减小。

针对上 述特点,对高速 列车下的钢 桥 疲劳设计方法,需特殊考 虑以下%个 问题4#Ζ ⎯# Ψ# Ψ一 #Ζ#Ζ ϑ #⎯#Ζ ]− Γ铭巧Π夕⎯ Ψα表]疲劳抗力方程疲劳抗力类别疲劳 曲线方 程】 Κ 3χΦ!即ς∗! Κ 3χ] 即ς Π! Κ 3χ[Η!即ς [石! Κ3χ[ 即ς Ζ#Π Σ! Κ3χ[# (!Κ=ς [# ] Π堪3十[ 即ς Ζ, ] Ξ! Κ 3χ[# Π 即ς [一[ ? ∀! Κ3χ[ 即ς!Ζ#[ ? ∀! Κ 3χ[ 即ς Ζ#⎯! Κ 3χ[#Π 即ς Ζ#即! Κ3χ[!Κ=ς!![ ? ∀! Κ 3χ[ Σ叮ς 研!Κ 3χ[ Σ口ς #⎯Π马Ωδ5 =”ς;Ο!护构件及连接形式] Σ#Π[Ζ Ξ ]Ζ ]#⎯ [!Ψ#[ ? ∀[,⎯Π卯# Σ [卯,Σ ΖΣ #[Ξ #Σ ΖΞ Ζ#男印#Ζ Ξ Ψ#Ξ ]?略 ∀Χ 4 ∴ ∴∴ 4 ∴ ! !植4 Ο _ 4 _郑表[应力比修正系数儿应力比.一 #⎯一 # ⊥一 ]一 #Ζ焊接构件非焊接构件Ψ[ ⎯Ψ ] Ψ# ]ΠΨ] ⎯Ψ,] [Ψ #] ⊥Ψ#Π ΖΨ #肠?下转第巧页∀(Δ ΛΙ∗Μ璐Δ − ≅ 目叻Χ#望刃? [ ∀,ε Γ! # ] ,3 ⊥# ] Π郑凯锋,等?全桥结构仿真 分析和芜 湖长江 大桥连续 梁桥的分析研究?Π ∀铺设公路钢筋混凝土桥面板后同时调高两侧端部支座将调 整 主析杆件应力的大小#当支座调 整量分别为Ψ、− Γ、Ζ Ψ、] Ψ、Γ Γ和⎯Ψ皿时,在全桥恒载和较不利活载下主析杆件的最大应力和最小应力如 图⎯所示,即最大应力从Σ Π#Ζ ]δ5=变化至] Ψ#⎯ Πδ5 =,最小应力从一 ΖΠ#Σ[δ5 =变化至一ΞΨ#ΠΨδ5 =#此外,主析相对不利的)]Π和参考文献铁道部科学研究 院铁建所∀铁路 钢桥 疲劳可靠 度设 计及铁路桥梁疲劳荷载谱研究∀∃夕灭】铁路构造物等设计标准同解说钢合成构造 物∀丸善 株式 会社铁道部科学研究 院∀芜湖长 江大 桥正桥 钢 梁疲 劳脸算规定∀∃卯 . ?5≅Α出加川自8∀∃∃理〕/ 3 !,丫 Α.∀∃ & ,Β Α∀& ∗.∗。