钢桁梁评估研究

１.2国内外研究现状
1．2.１疲劳裂纹检测技术
钢桥疲劳裂纹的检测通常有三个步骤:①目测法;②铁锤敲打法；③利用现代电子技术的无损检方法。在桥梁检测时一般采用无损检测方法来确裂纹或缺陷的形状、位置和大小,再把它们理想化穿透裂纹或椭圆半椭圆形裂纹。现今已发展了许多无损检测方法,主要有:渗透(Peneｔｒating)、磁粉检测法(MagnetiｓmTestinｇ)、电涡法（eddy-cuｒｒent)[１]、X射线法(Ｘ-ｒaｙ）、超声波法(ulｔrasoｎic）[2]［3]、声发射法(acoustiｃ eｍissiｏn)等。
申报单位审查意见:
盖章
一、国内外现状
1.1研究意义
我国铁路运输线上存在大量钢桥,这些桥梁承受着日益繁重的交通荷载，其疲劳剩余寿命与使用安全已受到桥梁管理部门的高度重视.在全国铁路的多次提速及高速铁路开通的形式下,大轴重长编组重载列车轨道上运营也将成为今后铁路运输的趋势。目前国内出现的最长货运列车的编组是2０04年12月1２日大秦铁路上一列2万吨重载货运列车,它编组了201辆80吨的运煤专用敞车。大轴重长编组重载列车提高了列车的运输效率,但使铁路线路上的桥梁面临着严峻的考验。在历史上出现过的桥梁倒塌事件中，很多就是因为过载和疲劳等原因造成的。例如199４年10月,韩国汉城发生横跨汉江的圣水大桥中央断塌50m，造成3２人死亡，1７人重伤，造成桥梁在行车高潮期间突然断裂的原因是桥梁长期超负荷载运营,下部钢桁架螺栓及杆件疲劳破坏所致。２0０１年1１月7日凌晨四川省宜宾市小南门桥发生桥面部分断落事故,桥两侧短吊杆部分分别垮塌20 m和4０ m，造成2人死亡，吊杆破断的原因之一是钢丝的腐蚀疲劳．19３8~1942年间欧洲共有４0座焊接钢桥倒塌。1962年澳大利亚墨尔本的Ｋiｎgs桥在４.4℃时发生脆性断裂。但直到19６7年１2日西弗吉尼亚的Point Pleasａｎt大桥在没有预兆的情况下倒塌,46人死亡，桥的脆性断裂问题才引起关注。人类认识到低温和结构内初始的缺陷或裂纹扩展会导致疲劳破坏的脆断。据美国ASCE疲劳与断裂分委会在1982年的调查结果,80％～9０%的钢结构破坏与疲劳断裂有关。上述桥梁的疲劳破坏同样威胁着在大轴重长编组重载列车作用下的铁路钢桁梁桥的安全。因此，对大轴重长编组重载列车作用下的钢桁梁桥的疲劳检测技术、疲劳寿命评估方法及加固技术进行研究具有重要的科学意义和工程应用价值。
钢桁梁评估研究
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２０11年度中国中铁股份有限公司科技研究开发计划课题申请表
课题名称
大轴重长编组重载列车作用下钢桁梁检测评估方法及加固技术研究
单位名称
中铁西南科学研究院有限公司
单位地址
成都市金牛区西月城街１1８号
邮编
6１０031
申请人姓名
唐英
性别
女
年龄
47
职称
教授级高工
电话
课题总经费（万元)
168
申请股份公司经费（万元）
1６８
起始年度
2０11/03
结束年度
２０1２/09
项题
B
重载铁路修建、既有铁路扩能提速及养护维修综合技术
C-引导课题
研究内 容提要
这些方法各有优缺点,主要表现为渗透检测法的优点是应用广泛,原理简明易懂,检查经济,设备简单，显示缺陷直观，并可以同时显示各个不同方向的各类缺陷。但其缺点是:不能检测埋藏于表皮层以下的缺陷,它只能检查开口暴露于表面的缺陷,另外操作工序繁杂。磁粉检测法的优点是磁粉检测对构件表面的缺陷检测灵敏度最高,缺点是随着缺陷的埋藏深度的增加,其检测灵敏度迅速降低。另外,磁粉探伤仅局限于对铁磁材料的表面和近表面缺陷进行检测,不能对奥氏体不锈钢、铝镁合金制品的缺陷进行检测。电湍流检测的优点是检测速度极快,易于实现自动化,适用于异形材和小零件的检测。缺点是:探头到试件表面的距离要很小。X射线检测的优点是检测结果可作为档案资料长期保存,检测图像较直观，对缺陷尺寸和性质判断比较容易。其缺点是当裂纹面与射线近于垂直时就很难检查出来,对构件平面型缺陷（裂纹未熔和等缺陷)也具有一定的检测灵敏度,但与其它常用的无损检测技术相比,对微小裂纹的检测灵敏度较低，并且生产成本高于其它无损检测技术,其检验周期也较其它无损检测技术长,并且射线对人体有害,需要防护设备,X射线法主要对象是焊缝和铸件。超声波检测的最大优点就是对裂纹、夹层、折叠、未焊透等类型的缺陷具有很高的检测能力。其缺点就是难以识别缺陷的种类。对于表面缺陷的检测,超声波法比磁粉法和渗透法的灵敏度要低,但是,超声波法可以检测表面裂纹的深度。声发射检测方法对线性缺陷较为敏感，它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况，可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息,因而适用于在线监测。对于在用设备的定期检测,声发射方法可以缩短检测的停产时间,由于对构件的几何形状不敏感，而适于检测其它方法受到限制的形状复杂的构件。其缺点就在于解释声发射源并不容易和检测环境常有噪声干扰。
在大轴重长编组重载列车作用下，钢桁梁构件承受的应力幅和频数均明显增加，疲劳损伤问题突出。针对钢桥疲劳计算所遇到荷载历程、材料属性和几何函数的不确定性,采用现代无损检测技术对疲劳裂纹进行检测,应用Montel-Caｒlo法实现荷载谱的随机模拟,并根据实测应力谱修正数值模拟应力谱，考虑疲劳可靠度的更新，以概率断裂力学为理论基础，同时充分考虑既有钢桥疲劳失效特点,推算疲劳寿命与确定检测间隔,探求养护维修策略,提出典型疲劳破坏裂纹的加固技术。
1.2.2疲劳寿命评估方法
在钢桥疲劳方面,西南交通大学钱冬生教授做出了突出贡献。他从20世纪５0年代开始研究钢桥疲劳问题，出版了我国第一本全面阐述钢桥疲劳问题的专著《钢桥疲劳设计》。1987~200２年,潘际炎对铁路桥梁设计基础理论展开研究,完成了铁路桥梁疲劳可靠度设计方法。近年来，随着交通运输的发展,钢桥疲劳问题日渐突出并受到重视。科研部门、高校相继开展钢桥疲劳的研究工作，铁科院史永吉教授，同济大学陈惟珍教授、吴冲教授,西南交大范文理教授、赵人达教授及长安大学王春生副教授结合实桥对钢桥疲劳剩余寿命评估进行了系统地研究和探讨，取得了很大的成果[4］～[1３]。但总体来说，国内疲劳问题的研究与国外相比，还有一定差距。