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原文传递城市轨道交通正交异性钢桥面板疲劳损伤系数研究

论文题名：	城市轨道交通正交异性钢桥面板疲劳损伤系数研究
关键词：	城市轨道交通桥梁;正交异性钢桥面板;交通荷载;疲劳损伤系数
摘要：	随着我国城市轨道交通高速度、大规模的发展，整体水平名列世界前茅，多项指标领跑全世界。轨道交通也因其安全、高效、快捷等优势成为了城市交通中不可或缺的元素，城市轨道交通桥梁在关键性控制节点处发挥了巨大作用，但是城市轨道交通桥梁正交异性钢桥面板中出现的疲劳现象一直以来都是正交异性钢桥面板研究中不可回避的问题，也严重影响着城市轨道交通桥梁在其设计基准期内的安全性和耐久性。在中国目前出版的规范关于疲劳的验算中，涉及城市轨道交通桥梁的正交异性钢桥面板的部分，对于桥梁损伤等效系数的规定过于笼统，需要对其取值进行进一步细化。　　本文总结对比了国内外规范关于疲劳验算的方法，以城市轨道交通正交异性钢桥面板关键疲劳细节和疲劳累积损伤相关理论为基础，开展城市轨道桥梁交通荷载分析、关键疲劳细节有限元分析，最后实现对城市轨道交通正交异性钢桥面板疲劳损伤系数进行研究的目的。本文的主要研究内容及其相应结论如下：　　（1）分析了各国规范中关于疲劳验算的方法、正交异性钢桥面板的疲劳细节、疲劳累积损伤相关理论，确定本文研究的关键疲劳细节及验算点为顶板与横隔板纵肋连接细节（DHU1）、横隔板与纵肋连接细节（HU1、HU2、HU3）、横隔板弧形开口处细节（HGB1）和纵肋对接连接细节（UL1），疲劳累积损伤理论为线性累积损伤理论。提出本文疲劳损伤系数的建立所采用的疲劳应力幅为考虑冲击系数的疲劳细节的疲劳应力幅。　　（2）通过对城市轨道交通A市Ⅰ号线、B市Ⅱ号线、C市Ⅲ号线、D市Ⅵ号线的客流量和轴重变化分析发现，各条线路的载客平均轴重与空车平均轴重的比值维持在1.02～1.51的范围之间，也就是说城市轨道交通列车的每一节列车车厢的重量都必须计入疲劳验算。将典型线路近期、远期规划交通量和调研得到的近期交通量对比，推算出远期客流量，对交通量相关损伤等效系数的取舍提供了数据资料。统计城市轨道交通现行荷载图式的车辆荷载参数，分析确定有限元分析将要进行单个车轴移动和两个车轴移动，两个车轴移动时两个车轴之间的距离分别为1.5m和2.2m。　　（3）建立正交异性钢桥面板ABAQUS有限元模型，分别进行单个车轴纵向荷载移动、两个车轴（轴距分别为1.5m和2.2m）纵向荷载移动，分析其对应的应力影响线，分析结果表明：顶板与横隔板纵肋连接细节的验算点DHU1处是1个车轴就会产生1次应力循环，横隔板弧形开口处细节的验算点HGB1、纵肋底板对接细节的验算点UL1和横隔板与纵肋连接细节的验算点HU1、HU2、HU3都是同一转向架的两个车轴共同产生1次应力循环，极特殊情况下也会出现一节车厢产生1次应力循环和整辆列车产生1次应力循环。通过对某一桥梁的应力实测表明六节车厢共12个转向架共产生12次应力循环，有力的验证了本文多处疲劳细节出现一个转向架的两个车轴共同产生1次应力循环的结论。　　（4）对公路和铁路规范中疲劳损伤系数的四种损伤等效系数?1、?2、?3、?4是否需要在城市轨道交通桥梁中考虑进行分析，最后确定损伤等效系数?1、?2是需要考虑的。通过把?1、?2合并为列车荷载作用频次来考虑，以A市轨道交通Ⅰ号线为例分别计算1个车轴产生1次应力循环、2个车轴产生1次应力循环、1节车厢产生1次应力循环、1辆列车产生1次应力循环时的疲劳损伤系数，最后列出A市Ⅰ号线、B市Ⅱ号线、C市Ⅲ号线、D市Ⅵ号线在不同循环次数下和不同疲劳细节的基于列车荷载作用频次的疲劳损伤系数，同时给出不同交通量的基于列车荷载作用频次城市轨道交通正交异性钢桥面板疲劳损伤系数的取值表。
作者：	孙旭东
专业：	建筑与土木工程
导师：	曾勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022