铁路“老龄”铆接钢桥剩余寿命评估

进入“老龄”期铆接钢桥剩余寿命估算，不仅对大量既有桥梁的安全性至关重要，同时也具有重要的社会和经济意义。本文概要介绍了以下研究内容：旧桥铆接构件疲劳性能的研究，铁路桥梁运营应力谱的测算方法，疲劳裂纹起始和扩展速率的研究。据此，建立了基于疲劳累积损伤的估算方法和裂纹起始寿命和扩展寿命的估算模型。并对我国各铁路干线上服役了４０～７０年的铆接钢桥剩余寿命进行了实例分析。     

公轨两用拱桥吊杆的疲劳分析

提出了一种公轨两用拱桥吊杆的疲劳分析方法。依据交通流量调查和相关规范中汽车及轻轨车荷载谱的规定,基于Monte-carlo原理,模拟产生了通过桥梁的双向多车道汽车车流及双向轻轨车车流。针对典型吊杆的影响线开展模拟车流加载,得到杆件应力历程,通过泄水法得到杆件应力谱,按照Palmgren-Miner线性累积损伤理论,计算得到各吊杆的等效应力幅并进行设计基准期内的损伤度评估。以某公轨两用拱桥进行实例分析,同时考虑6线行车道公路荷载和双线轻轨荷载,对吊杆开展了疲劳分析。计算结果表明:采用模拟车流法可方便开展公轨两用特大桥构件的疲劳分析和疲劳剩余寿命评估。     

25t轴重下中,小混凝土桥疲劳性能评估基频法

通过三片模拟梁试验实测结果，探讨了基频法评估铁路桥梁疲劳使用性能的可行性。试验结果表明，２５ｔ轴重荷载作用下，结构疲劳安全度及使用性能满足营运要求。     

基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳损伤与剩余寿命评估

提出基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳评估方法,建立车桥动力系统模型进行列车过桥耦合振动分析,求解桥梁构件疲劳应力,在此基础上,采用S-N曲线法对关键构件的疲劳损伤和剩余使用寿命进行评估。以一座铁路下承式钢桁梁桥为例,利用实测应力数据对所提方法进行验证,与既有方法评估结果进行比较,并研究了车速和轨道不平顺对桥梁疲劳性能的影响。结果表明:本文方法所得构件疲劳应力与实测数据符合较好,能够对铁路钢桥疲劳损伤和使用寿命进行准确评估;列车速度对桥梁疲劳性能有显著的影响,构件疲劳损伤程度并不一定随着车速的提高而增大;轨道不平顺能够显著影响桥梁疲劳损伤累积,轨道平顺性越好,构件疲劳损伤程度越低,加强轨道维护、保持良好轨道状态能够有效延长铁路钢桥的疲劳使用寿命。     

铁路旧钢桥中疲劳裂纹扩展寿命的研究

本文应用疲劳断裂理论，通过对旧钢桥钢材性能和铆接中裂纹尖端应力强度因子的试验，研究了铁路旧铆接钢桥疲劳裂纹扩展寿命。由于旧铆接钢桥的使用应力水平较低，虽然材料的断裂韧性较差，但杆件中出现可见裂纹后，在其扩展至临界尺寸以前，杆件仍能承受相当多的荷载循环次数。这便说明旧铆接钢桥虽已使用了数十年以上，但仍有相当大的利用价值。     

25吨轴重荷载下铁路中,小跨度混凝土桥刚度研究

本文通过一片模拟梁试验实测结果，探讨了用结构基频评估铁路桥梁疲劳刚度的可行性，试验结果表明，２５吨轴重荷载作用下，结构疲劳安全度及挠度满足营运要求。     

中国、欧洲、日本钢桥设计规范中疲劳双线系数计算方法对比研究

为研究铁路钢桥在双线加载下的疲劳损伤系数合理取值问题,基于疲劳损伤等效原则推导疲劳双线系数理论计算公式,从理论上对比分析中国、欧洲、日本钢桥设计规范中疲劳双线系数计算方法及其取值的差异和原因。研究表明：建立的理论计算公式揭示了各国规范中疲劳双线系数取值的理论依据;疲劳双线系数与疲劳强度-寿命曲线斜率和双线相遇概率的取值密切相关,二者的不同取值是各国规范中疲劳双线系数取值差异的主要原因;中国规范相较于欧洲和日本规范采用了较大的双线相遇概率,所得疲劳双线系数的取值最为保守;最大差异情况下,中国规范中疲劳双线系数的取值是欧洲规范的1.04倍,是日本规范的1.30倍;根据我国铁路桥梁实际运营情况,分析了双线相遇概率的理论取值,对于跨度低于1 000 m的铁路桥梁,我国规范取双线相遇概率为20%是过于保守的。     

列车荷载对CRTSⅠ型板式轨道疲劳损伤的影响研究

为研究CRTSI型轨道板及CA砂浆层在列车疲劳荷载作用下的疲劳损伤,按照轮轨力的正态分布规律及疲劳荷载编谱方法中的单参数计数法将列车荷载简化为2种疲劳荷载谱,通过建立的弹性地基梁-体模型计算了列车疲劳荷载作用下轨道板及CA砂浆应力值,采用Miner线性准则及以应力为基础的疲劳寿命计算方法,分别计算了轨道板混凝土及CA砂浆在60年服役期内的疲劳损伤。理论分析结果表明:仅考虑列车疲劳荷载作用时,轨道板混凝土及CA砂浆材料在60年服役期不会发生疲劳破坏;不同的疲劳荷载谱对轨道板及CA砂浆的疲劳损伤几乎没有影响。     

货车车体疲劳试验载荷谱编制方法研究

以C70车体为研究对象,实测得到车体载荷数据和疲劳关键部位的应力数据。对实测数据用于车体台架疲劳试验的载荷谱编制方法进行了研究,提出了利用车体载荷和应力同步响应关系编制疲劳试验载荷谱的方法。依据损伤等效原则,剔除了对车体损伤无贡献的小应力循环,简化浓缩了应力时间历程。利用载荷和应力测试的同步性,对实测载荷时间历程进行简化和浓缩,编制了适用于车体台架疲劳试验的载荷谱。结合累积损伤理论,对比分析了浓缩前后车体疲劳损伤,验证了该方法的可行性和准确性。     

基于实测载荷谱的C_(80)车体疲劳寿命评估

结合神华集团C_(80)万吨列车车体载荷谱实测试验,编制了符合神华集团自有铁路线路特征的车体垂向、纵向、侧滚和扭转载荷谱。基于AAR标准中疲劳损伤计算方法和焊接接头疲劳特性,计算不同编组位置车辆关键部位损伤值,基于此评估C_(80)车体关键部位疲劳寿命。通过对比载荷谱下损伤和实测应力损伤并优化载荷谱校准系数,使载荷谱符合实际工程运用要求。     

城市轨道交通车辆车轮踏面缺陷产生的机理和预防措施

分析了城市轨道交通车辆车轮踏面产生裂纹和剥离等缺陷的机理,提出了预防车轮踏面缺陷的措施.例如:利用高性能的防滑器防止车轮滑动;对磨损车轮及时进行旋磨或打磨处理;降低车轮机械制动摩擦范围,提高电制动的范围;开发新材料,提高车轮抗剥离能力等.     

全长淬火钢轨踏面伤损及横向疲劳断裂分析

对实际伤损钢轨的宏微观形貌、金相、硬度以及探伤等检验分析,确定轨头踏面下4mm～6mm区域存在纵向水平疲劳裂纹是产生全长淬火钢轨伤损的原因。检验分析表明,在轮轨接触剪应力作用下,由于淬硬层区域存在金相组织、硬度过渡不均匀等淬火缺陷,导致轨头内部纵向水平疲劳裂纹萌生和扩展,引起钢轨伤损;在分析基础上,提出预防和改进措施。     

制动盘摩擦面热损伤的形成机理分析

热斑、疲劳裂纹和应力开裂是钢铁制动盘摩擦面在服役过程中存在的热损伤现象,是导致疲劳裂纹失效的重要起因。研究摩擦面热损伤的形成机理对于防止制动盘的热损伤失效具有重要意义。采用有限元计算与理论分析相结合的方法,研究了制动盘热斑、裂纹和应力开裂3种热损伤的形成机理、影响因素。重点分析了热斑形成的温度条件和材料的组织变化、裂纹的形成和扩展规律以及5种约束所形成热应力的分布规律。     

跨坐式单轨车辆车体结构疲劳寿命仿真

在建立跨坐式单轨车辆车体三维模型的基础上,通过有限元方法对跨坐式单轨车辆车体结构进行强度分析,选取典型线路的载荷谱,以静强度计算的应力结果为基础,基于雨流循环计数法和Palmgren-Miner线性累积损伤理论,对其进行全寿命分析。     

加载波形对LZ50车轴钢疲劳裂纹扩展行为的影响

在三角波、正弦波、方波3种加载波形下对LZ50车轴钢紧凑拉伸试样开展疲劳裂纹扩展试验,采用扫描电镜观察断口形貌,并结合试验数据分析加载波形对裂纹尺寸增量和扩展速率的影响。结果显示:加载频率较高时,疲劳裂纹扩展行为对波形的敏感性较低,断口形貌基本相同;加载频率较低时,波形对疲劳裂纹扩展行为的影响增大,断口形貌出现差异;稳态扩展区以疲劳条带为主要扩展机制,三角波加载下的疲劳条带间距明显小于其他2种波形,其失稳扩展区形貌以韧窝为主,且韧窝较其他2种波形下的小且浅。同时,基于LS-DYNA软件和节点位移外推法对CT试样在3种加载波形下的应力强度因子进行计算和分析。结果表明:仿真分析波形对疲劳裂纹扩展的影响机制与试验结果基本一致。     

基于PFM理论的提速客车车轴可靠性分析

通过对机车车辆全程实测的应力数据进行拟合处理得到应力谱,采用概率断裂力学基本方法,运用应力—强度干涉模型计算出在所要求可靠度指标下裂纹尺寸与疲劳寿命间的曲线关系,并计算分析了裂纹在不同初始条件下的扩展变化规律。     

高强度热处理钢轨闪光焊接头断裂原因分析

国内一重载铁路服役过程中高强度热处理钢轨闪光焊接头发生断裂。采用体视显微镜、光学显微镜和扫描电镜对断口宏微观形貌、金相组织等进行检验,分析接头断裂原因。结果表明:接头断裂是在循环载荷作用下的疲劳断裂,接头轨底脚严重氧化的黑色区域是裂纹源区;由于顶锻量过大,焊接流线升角达到71.5°,在车轮的循环载荷作用下,接头轨底脚沿流线逐渐开裂氧化,并以此为疲劳源向轨底中心区缓慢疲劳扩展,最后导致接头瞬间脆性断裂。     

混凝土动态力学性能蒙特卡洛法模拟计算研究

采用蒙特卡洛方法建立随机骨料模型,应用断裂力学原理建立材料破损有限单元刚度矩阵,编制非线形动态力学方程求解程序,在细观结构层次上进行混凝土动态力学性能模拟计算,得到了混凝土试块中裂缝产生、开展,直至混凝土试块破坏的全部形态和过程,能较好地与实验结果相吻合,证明了本方法可以成为有效研究混凝土材料动态力学性能的新途径、新手段。     

SS1型电力机车转向架模态分析研究

较系统地讨论了对ＳＳ１型机车转向架构架进行模态分析所涉及的模态理论和模态试验。研究了构架的模型化方法和模态特征，得出加肥型向架构 结构固有特性数据，由此判断该结构的易发生疲劳破坏的薄弱环节及位置所在。     

戴云山隧道燕尾段施工数值仿真分析

国内外燕尾式隧道的修建起步较晚,相应的技术难度较大,缺少施工经验和技术标准。利用大型有限元软件对新建向莆铁路戴云山隧道燕尾段工程开挖进行了仿真模拟,通过对围岩应力场、位移场和支护体系受力特点的分析研究,指出大跨段拱顶下沉和拱底回弹较大,连拱段中墙上方岩体最为脆弱、中墙偏移、墙身偏压、墙底受拉,小净距段中夹岩柱承受压力较大。针对上述问题,提出了相应的施工建议与对策,对燕尾段现场施工具有一定的指导意义。