现有铁路桥疲劳可靠性的评价.pdf

2015年第8期
黑龙江水利科技
No.8.2015
(第43卷)HilogiangsioeoandlTechogotwater(coneruncy
Total No. 43)
文章编号:1007-7596(2015)08-0074-03
现有铁路桥疲劳可靠性的评价
张薇
(黑龙江省水利水电勘测设计研究院,哈尔滨150080
摘要:通过检测桥梁的重要构件,程序系统可对现有铁路桥的疲劳可靠性和剩余疲劳寿命进
行评价。关键部位的构件从感受最大应力幅度的那些材料中被选择出来,比对应的忍耐力在
二百万个周期还要高。一个改善构件疲劳强度的方法正在被实施。对应的疲劳试验正被实
施,为了核实合格的构件种类,对于这特殊细节和已修复的构件。通过现在推荐的程序,比较
各种不同的图解结果也正在被获得到。以下被发现:简单确定性的程序可以适应十分相符合
的信息在可接受准确性的剩余疲劳寿命的桥上。
关键词:可靠性水平;剩余疲劳寿命;乘客流量;重合率;改进方法;疲劳测试
中图分类号:U448.36
文献标识码:B
1概述
一南
北
些倒塌的桥是由于疲劳裂缝引起的,当此疲
劳裂缝增大到一定程度时,将引起钢桥的构件破坏,
这引起了有关评价钢桥剩余疲劳寿命人员的广泛兴
t o mini roaiinhinrood n
趣。评估钢桥疲劳损坏的技术正在被许多研究人员
a)全貌图
探索。不同于公路桥应用的活荷载在铁路桥可被明
确地描述,活荷与恒荷的比值是很高的。同时,服务
负荷效果通常选择于接近设计强度,这可能引起严
重疲劳负荷情况。
b)主跨图
确定性程序被广泛地运用于评估结构疲劳损坏
图1钢桥截面图
的情况,但是概率性程序是以可靠性理论为基础,最
因为考虑过桥在它的15a服务期过后,在桥面
近也被更多运用到更合理的评价疲劳损害中。使用构造上被发现有疲劳裂缝,它的安全性关联着城市
现有结枃疲劳理论,以可靠性评价概率性基础为背的治理。因此,对全部结构进行安检和以疲劳寿命
景的疲劳破坏和发展的可靠性基础依据,为抵抗疲为主要构件的桁架和板梁的跨度正在被评估。应当
劳的设计方案。在20世纪80代早期,断裂力学严格检査桥梁构件,特殊是一些连接了横撑的上弦
研究方法正在被应用在疲劳裂缝的增长上。各种不构件,有特殊细节的节点板不合格可能是制造业引
同确定性程序和概率性程序也已经被提议为S-N起的。因此这样的构件不能被使用,应当用对应的
曲线分析。这次研究的桥有3跨3个单元,平行弦疲劳试验核实后再用适当的种类。即使附加一些修
桁榘主跨跨度为90-90-90m,板梁桥的引道布置复的细节也要经过疲劳试验。
在桥的两边。桥纵断面见图1。
2预测疲劳寿命
疲劳寿命的预测方式以S-N曲线为基础,主动
[收稿期]2015-04-24
[作者简介]张薇(1982-),女,内蒙古呼伦贝尔人,工程师。
张薇:现有铁路桥疲劳可靠性的评价
第8期
绘制疲劳裂缝的平面图,如N是应力范围的一个函
表1火车车厢的布置
数△O:,S-N曲线通常被理想化,如线状或双线性
车厢号
车厢安排
函数。线状关系能用下面的方程式表示如下
10
TO-MT-M2-ML-M2-T-T-M1-M2-TO
表2行车的重量
式中:C为一个给定材料和疲劳状态的常数;指数M
为一个物质的参数,其范围2~4
没有旅客
41.8
疲劳荷载通常包含可变振幅应力循环。因此,有大量旅客54.3
线状的累积疲劳 palmgren- miner的损坏规则广泛地
在分析桥梁的状态时,有很多不确定的要素,但
被应用到评估累积疲劳损坏中:
是在这一项研究中,仅仅不确定的乘客流量也被考
(2)去。然而,结构要素的应力反应一方面被适当
的假定为在荷载测试结果区域下被标定为恰当的。
式中:n1为△o;应力范围中的周期数字;N:为在重
乘客运量被定义为乘客的数量与规定的乘客容量的
复恒定应力△σ;作用下的疲劳寿命,其强调的范围
比值。一般划定为160人。一个旅客的平均重量假
在结构组成部分△o:中。在这个关系中,疲劳损坏
定为60kg,最大的旅客运量被假定为240%。列车
被假定为线状累积和疲劳损坏,由于每个应力范围
的总重量是列车的自重与旅客的重量之和。相应
是成比例的,对于特殊的应力幅度来说。
其中K(k=1,2,3,…,K)列车的类型是在桥上地,由于旅客运量的变化而导致列车运行时的压重
进行交通服务,跨越桥的kth列车的数目一年的数目
被任意的改变,从而影响到桥梁构件的应力作用范
围。那概率性的旅客运量被考虑在载重模型中。图
为n1个,其中疲劳寿命Yr初步可用下面的计算
3(a)是旅客运量的柱式图解。图3(b)是概率分布
式为:
由频率统计曲线图导出的。评估桥的剩余疲劳寿命
Yr
(3)的各种不同的程序现在也已被分别使用,它依靠荷
∑C%(△o")"?nx
载模型被分类开。
式中:C为极限状态下累积疲劳损坏的参数,它将会
1)第1个方式为简单性程序:使用以乘客运量
决定维持一完全预先选定的安全水平;(△o)x为的柱式图解建立在以真正的数据上,来核算累积疲
一个等压幅度作用下的函数,它促使的疲劳破坏和劳破坏。可容许的疲劳破坏从被给定的荷载作用周
kth列车在桥上通过时的一样。
期的可容许的应力作用幅度中来评估。而且过去
荷载模型
直用此方式评估剩余疲劳寿命。
2)第2个方式为概率性程序。使用假定的建立
估测疲劳寿命是基于所获得的应力作用范固及
应力作用时间下,通过感应那些运行的地铁所获得。
在获得频率统计曲线和假定的概率模型的乘客运量
的概率分布模型中,是疲劳破坏系数用来评估剩余
对于正确评价疲劳可靠性,适当的活荷载模型是必
须的。在这一部分,所用的程序决定所承担的活荷疲劳寿命的用来预定可靠性水平。
载是能被显示的。一列列车包括10个车厢,列车车
3)第3个方式为确定性程序。使用载重模型。
厢的侧面图见图2。地铁车厢的布置见表1,空车厢列车频繁的运行而最终导致材料的疲劳破坏。載重
与装满旅客的车厢的行车重量见表2。
模型被从相等的旅客运量中获得,是平均值和标准
偏差旅客运量分布的总和。在所有的那些程序中
旅行频率也被考虑在确定性的程序当中了。
自从铁路桥双车道交通系统开放之后,二列列
车可能在相反的方向上(向南或向北)同时通过桥面
的同一个位置,二列列车产生不同的应力作用时间
和结果,每个重合的位置都会产生不同的应力作用
图2车厢的侧面图
范围。模拟这种巧合情况,巧合区域被划分为5个
区间之内。因为列车有10个车厢,而且总长度接近