铁路桥梁疲劳应力谱的计算机模拟_徐满堂
- 格式：pdf
- 大小：541.58 KB
- 文档页数：11
长沙铁道学院学报JOURNALOF
CllANGSHARAILWAYINSTITUTE第7卷第3期1989年9月
Vol7NoaSePtig
s。
铁路桥梁疲劳应力谱的计算机
模拟
徐满堂文雨松(土木工程系)
【摘要】
【关健询】本文提出了借助于电子计算机用列车编组单对影响线加载来模拟铁路桥梁疲劳应力谱的方法笔者将理论模拟结果同实测结果进行了比较证明所提出的方法对铁路桥梁疲劳应力谱的计算既方便可行又省时经济列车编组单,影响线,模拟,疲劳应力谱JJ
占.
月lJ舌
对铁路桥梁进行疲劳设计与疲劳检算,首先应准确知道作用于其上的疲劳荷载我国铁路桥涵设计规范(TBJZ一85)把计算静力强度用的标准荷载作为疲劳设计荷载进行疲劳设计与疲劳检算,即在中活载作用下,以应力比p二口。‘汀a,“等幅循环20万次作为依据
实践表明,这样设计不尽合理其一,实际列车荷载具有很高的随机性且常处在欠载下工作,桥梁结构的实际应力既非等幅循环,也没有达到设计的应力值;其二,对子不同跨度的桥梁用中—活载进行疲劳设计每次列车通过只产生一次应力循环,而实际上由于列车荷
载的随机性,对于各种不同跨度的桥梁是一个随机数;其三,当前世界各国工程界所做的大量疲劳试验证明,影响结构疲劳强度的主要因素不是应力比p而是应力幅△
a=。。一J‘
应力循环次数N和结构的构造细节因此,现行铁路桥涵设计规范中有关疲劳设计的规定没
有反映疲劳设计的本质
根据新的疲劳设计理论及世界各国铁路桥梁界所做的研究,对铁路桥梁进行疲劳设计与疲劳检算,首先应准确知道代表该结构实际应力变化情况的应力历程或应力谱获得铁路桥梁
各类构件应力谱最直接最可靠的方法就是对各种构件进行实际荷载的应力测量但是,用实测应力方法来获得铁路桥梁的疲劳应力谱尚存在一些问题首先,测试工作受许多因素的
影响诸如速度冲击构造细节等,其次,这…是一项费工费时的工作,限于财力物力
收稿日期1989一01一0吞等客观条件,除一些典型的重要的桥梁外,不可能对所有桥梁及其构件都进行这项工作
;
再者,铁路桥梁各类构件在远期发展荷载作用下的应力谱无法测量,且用短暂儿天的实测应
力谱来分析桥梁结构的疲劳特性和疲劳寿命也不够全面因此,必须从理论上寻求更简便
可靠的计算铁路桥梁疲劳应力谱的方法为此,笔者特提出:用列车编组单对影响线加载
用电子计算机来模拟铁路桥梁各类构件在实际列车荷载作用下的疲劳应力谱即将列车编组单上的车型载重按编组顺序输入计算机中,模拟成列车对影响线进行加载,从而获得铁路
桥梁各类构件的应力历程,然后用“雨流法”进行统计分析,得出其疲劳应力谱编组单可以从全国各大编组站获得,由于计算图式的简化而引起的误差可以用结构校验系数来修正这种方法既方便可行,又省时经济,是值得推广的好方法
浏阳河桥应力谱实测与分析为了检验理论上提出的方法是否正确,笔者于1986年11月对京广线上的浏阳河下行桥进行了实际列车荷载的应力谱现场实测测点布置在48m下承式简支钢析梁的下弦杆竖杆
斜杆纵梁及最后一孔238Om预应力混凝土简支梁的跨中上下翼缘上此外
,为了测定
预应力混凝土梁的混凝土弹性模量,在预应力混凝土梁的跨中布置了一个位移传感器,以便
测定运营荷载作用下梁体的实际挠度,如图1所示测试周期为三昼夜(1986116一1986118),在测试周期内,桥上共通过列车
136列,
其中货车91列,客车44列单机机头一列在测试同时,对牵引机车类型及通过时间作了
详
细记录试验完毕后,又从城陵矶编组站抄来了所有测试列车的编组单
广州
声AA丫义
p1l
p
尹入讯
湍黔传摘
比愉
.
比9
腼
砂
^
位移传感器它E仁E,曰
已E.’
叱时}I
BB柳份.8,Ba’困
BBB移B丈}B
￡2日,E了厂即望白异
弹备
班性表座
图1浏阳河桥基本结构与MlJ点布置图
测试仪器采用日本TE只C公司生产的SR一soC型磁带记录仪与yD一15动态应变仪并
用SBD6B型超低频双束示波器对测点波形进行监测典型的应力历程如图2所示客主吊杆瓜八八八介叭
蕊孟
叭朴认
:
轰车纵公
百儿。、客主汐应力呀
『“__
_
自八、动
_
。
等
{、‘
”
\!
叭代
)
灯‘v
\户
介访九丙W叩
勺
叭严
劝从
、
l
青r预应为梁二二二二二=二二二二二二‘
一办代一、~~/洲叭尸队俩、~八V\沪z、尸
、
产、、
问气
了
图2典型的应力历程曲线
山挠度测试反算出238Om预应力馄凝土梁的混凝土弹性模量E*二肠
GPa.
用“雨流法”对所记录的各条应力历程进行分析处理,可求出在运营荷载作用下浏阳河
桥各类被测构件在整个测试周期的应力幅与相应循环次数的关系,如表1及图3所示分析仪器采用日本生产的尸S85型微机具体分析过程如下框图所示
雨流法分析处理今女浮50C型磁带记录仪、DF6型低通滤波器】、{PS85徽机采样l,}PS那微机存盘
2铁路桥梁疲劳应力谱的计算机模拟
21计算假定与模拟方法
为简化理论计算,特作如下假定14
(D
对48m钢析梁主析,不考虑节点刚性效应将所有节点视作铰结
浏阳河桥实测应力幅一一次数表表1
心力幅(MPa)’{20一2525一300{}万
、\,5一10一10一1515一20030一35}“5一40一4卜45
~\\\一一}}\\~\
杆件\
\
丈\一}
’
、夭
“下次数数
279910055536619566{x。3002}。8了
弦频率(%)47531704493776133244954…17“.511
03
4100000
杆
竖265943l万石}{013833
杆1916668002248“…{700100000
051
斜次数数374480026166100509杆频率(%)73488157225122314402000000100000
纵次数数779934881788203352355244233555}16077梁当咦0/459002050010499119663066206614113663244…,。0。0
性愕a’0
5一11一22一33一44一55一66一77
一88一
9
艺
杆件~\飞(5一(1仓5(16一(215(27一(325(38一(
435
(49
一
105)一166215)一27325)一388435)一49)545)
次数率(%)
次数
569)22。…97152…21…73…。
竺…竺…竺…竺}全11-…一i巴i}
兰
534一142一76
」
56{幼{翻}10
二上1兰竺卜|顾j!|
喻es
预应力梁上
其缘混凝土
预应力梁下冀缘最外层钢丝
频率
(%)
55451475789582
24勺万份2103210000963!
00..
(2)
对纵梁,不考虑纵梁与横梁之间的刚性效应,将两端视作铰结,即把纵梁简化为跨
长为sm,截面形式为跨中截面几何特性的等截面简支梁(3)对竖杆,不考虑竖向框架的作用,将两端视作铰结
(4)
将预应力混凝土简支梁简化为跨长为238om,截面形式为跨中截面几何特性的等
截面
T形梁
(5)
对所有构件的加载,不考虑列车通过时的横向摇摆力与蛇形作用,将列车荷载视作
集冲的轮轴荷载不考虑桥面系道碴及钠轨梁的作用有了上述假定,将各种机车车辆的特征参数和实际列车编组单上的车型载重按顺序
输入计算机中,便可以模拟出实际列车的轴重与轴距将模拟出的列车置于影响线的一端以
一定的步长对影响线进行加载,如图4所示,则可以模拟出实际列车通过桥梁时各类构件的
应力历程利用“雨流法”对模拟出的应方历程进行统计分析,则可得出应力幅与相应循环
次数的关系具体计算可按图5所示的框图进行
,
