高速铁路桥梁疲劳荷载研究
高速铁路正交异性钢桥面板构造细节疲劳性能研究
高速铁路正交异性钢桥面板构造细节疲劳性能研究摘要：随着高速铁路的快速发展，对桥梁结构的要求也越来越高。
正交异性钢桥面板作为高速铁路桥梁的重要组成部分，其疲劳性能对桥梁的安全运营起着至关重要的作用。
本文通过对正交异性钢桥面板的构造细节进行研究，探讨了其疲劳性能的影响因素，为高速铁路桥梁的设计与施工提供了参考依据。
关键词：高速铁路；正交异性钢桥面板；构造细节；疲劳性能1. 引言高速铁路作为一种快速、安全、高效的交通方式，受到了广大旅客的喜爱和追捧。
而桥梁作为高速铁路的重要组成部分，其结构的安全性和稳定性成为了工程设计和施工的重要考虑因素。
正交异性钢桥面板作为高速铁路桥梁的承载面层，其疲劳性能对桥梁的使用寿命和安全运营起着至关重要的作用。
2. 构造细节对疲劳性能的影响正交异性钢桥面板的构造细节对其疲劳性能具有重要影响。
首先，焊缝的质量和强度直接关系着桥面板的承载能力和使用寿命。
焊缝的缺陷和不均匀性会导致应力集中和裂纹的产生，从而降低了桥面板的疲劳强度。
其次，板材的厚度和强度也会影响桥面板的疲劳性能。
过厚的板材会增加桥面板的自重，增加了应力集中的可能性；而过薄的板材则容易发生变形和破坏。
此外，桥面板的支承结构和连接方式也会对其疲劳性能产生影响。
3. 疲劳性能测试与分析为了研究正交异性钢桥面板的疲劳性能，我们进行了一系列的试验和分析。
首先，我们对不同构造细节的桥面板进行了疲劳试验，得到了其应力-循环次数曲线。
通过分析曲线的形状和斜率，我们可以评估桥面板的疲劳强度和寿命。
其次，我们采用有限元方法对桥面板进行了数值模拟，验证了试验结果的准确性。
最后，我们还通过对桥面板构造细节的优化设计，提高了其疲劳性能。
4. 结论通过对正交异性钢桥面板的构造细节进行研究，我们得出了以下结论：焊缝的质量和强度、板材的厚度和强度以及支承结构和连接方式都对桥面板的疲劳性能产生重要影响。
通过合理设计和施工，可以提高桥面板的疲劳强度和使用寿命，保。
浅析铁路桥梁疲劳寿命和疲劳加载的检测
浅析铁路桥梁疲劳寿命和疲劳加载的检测浅析铁路桥梁疲劳寿命和疲劳加载的检测【摘要】桥梁是构成铁路线路的重要组成部分，在当今铁路建设迅速发展的大环境下，铁路桥梁的疲劳寿命检测对于保障桥梁安全、促进铁路运营能力提升有重要影响，本文主要针对铁路桥梁存在的疲劳及寿命检测问题进行探讨。
【关键词】铁路桥梁；疲劳寿命；疲劳加载；检测在桥梁建设完成以后,结构材料会因气候和环境因素的作用被腐蚀和逐渐老化,再加上长期的静、动力荷载作用,铁路桥梁的强度和刚度会随着使用时间的增长大大的降低，其带来的后果是一方面直接缩短了桥梁的使用寿命，另一方面对于铁路的行车安全造成重要影响。
对桥梁的使用情况及其结构和材料的疲劳程度进行准确的检测评估，并在此基础上采取措施进行维护，延长其使用寿命，保障其安全性能是铁路桥梁日常运营、养护管理的重要内容。
一、铁路桥梁的疲劳寿命铁路桥梁不同于一般的桥梁，铁路桥梁要求具备大荷载，承受较大的冲击力、行车密度以及较高标准的抵抗自然灾害的能力，特别是要求其结构具备一定的竖向横向刚度和动力性能。
目前铁路桥梁采用形式较多的是梁式桥，除此之外还有拱式桥、悬索桥、斜拉桥、刚构桥等，根据桥梁所使用的材料来分，主要有钢桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥等。
铁路桥梁的疲劳损伤是由于桥梁的零件和构件在交变应力（或应变）的反复作用下，超过了其材料的屈服极限，经过多次的应力循环后，导致在应力集中的零件和构件部位出现裂纹，在其他综合因素的作用下裂纹继续扩展，以至于最终断裂，桥梁的零件和构件断裂的这一过程就是桥梁的疲劳破坏。
桥梁的零件和构件在疲劳破坏前所承受的应力循环次数就是桥梁的疲劳寿命。
一般的疲劳强度计算是以名义应力强度为依据的，当应力低于屈服极限时，应力与应变关系满足虎克定律，这时名义应力与真实应力是一致的；当应力高于屈服极限时，这时名义应力与真实应力是不一致的。
疲劳计算有无限寿命和有限寿命两种计算类型，桥梁的零件和构件的疲劳寿命决定于零件和构件的应力及应变水平，可以用应力寿命曲线：σ-N曲线、应变水平寿命曲线：δ－Ν曲线来表示应力和应变水平的关系，二者可统称为S-N曲线，其数学表达式为：σmN=C在上面的公式中N表示应力循环次数；m和C表示材料常数。
高速列车荷载作用下系杆拱桥吊杆疲劳损伤
新型加固措施的设计和实现
基于健康监测的加固措施
利用桥梁健康监测系统获取吊杆的实际应力状态，根据监测结果对吊杆进行加固设计。该方法需要对 现有的桥梁健康监测系统进行升级和完善。
基于有限元分析的加固措施
利用有限元分析软件对吊杆进行受力分析和疲劳评估，根据评估结果对吊杆进行加固设计。该方法需 要对现有的有限元模型进行修正和完善。
损伤模型。
考虑吊杆的固有频率和高速列 车的运行频率，建立吊杆的共
振疲劳损伤模型。
根据吊杆的疲劳试验数据，对 疲劳损伤模型进行验证和修正
。
疲劳损伤的影响因素
高速列车的速度和荷载重复性对 吊杆的疲劳损伤具有重要影响。
吊杆的设计参数、材料性能、制 造工艺等对吊杆的疲劳性能具有
显著影响。
环境因素（如温度、湿度、腐蚀 等）对吊杆的疲劳性能也有一定
影响。
03
高速列车荷载作用下系杆 拱桥吊杆的疲劳损伤分析
吊杆的受力特点及疲劳损伤机理
吊杆的受力特点
吊杆主要承受拉力，且受到的拉力随着列车通过而周期性变化。
疲劳损伤机理
在高速列车荷载作用下，吊杆的拉力会超过其承受极限，导致吊杆内部产生微小裂纹。这些微小裂纹随着时间 的推移逐渐扩展，最终导致吊杆断裂。
跨学科合作
本研究涉及土木工程、机械工程和 材料科学等多个领域，未来需要加 强跨学科合作，共同解决复杂工程 问题。
工程应用前景与建议
监测与维护
根据研究成果，建议对高速列 车荷载作用下系杆拱桥吊杆进 行定期监测和维护，及时发现
并修复疲劳损伤。
设计优化
建议在桥梁设计阶段考虑高速 列车荷载作用下的吊杆疲劳损 伤，优化设计方案，提高桥梁
高速列车荷载作用下系杆拱 桥吊杆疲劳损伤
高速铁路复杂箱形截面预应力混凝土梁疲劳性能试验研究
ｓ ｔｓ ａ ｔ ｙ ａ ｄ ｔ ａ ｉ ｅ ｂ ｈ ｖ ｏ ｎ ｒａ ｓ ｂｓ ｑ ｅ ａ ｇｅ ｙ ｌｃ ｌ ａ ｓｓｍ ｉ ｒｗｉｈ ｔ ｔｏ ｎ ｒｔ ａ ｉｆ ｃｏｒ ｎ ｈｅｆ ｔｇｕ ｅ ａ ｉ ｒ ｕ ｄｅ ｕ ｅ ｕ ｎｔｌ ｒ ｒｃ ｃ ｉ ｏ ｄ ｉ ｉ ｌ ｔ ｈａ ｎｅ ｕ ｄｅ ｈｅ ａ
Ｊ ｎ ２ １ ｕ． ０１
高速铁 路 复杂 箱形 截 面预 应力 混 凝 土 梁 疲 劳 性 能 试 验 研 究
华 建 民 ， 小 波 王剑 越 曾 晖 李 正 良 ， 邹 ， ， ～，
（ 重庆 大学 ａ 土木 ． 程 学 院 ； ． ． ７ － ｂ 山地城 镇 建设 与 新技 术教 － 重 点 实验 室 ， 庆 ４ ０ ４ ） ｇ部 重 ０ ０ ５
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孔宪途 、 ｊ 吴云 泉ｕ 。 。 在讨 论 混凝 土 疲 劳 寿命 概 率分 布的基 础上 ， 行 了载 荷与 寿命关 系 的试 验研 究 ， 进 得 到 了 Ｐ Ｓ Ｎ 曲线 。 秀峰 和宋玉 普 “ 奠 究了随 机 －～ 冯 。 研 变幅疲劳 荷载下 预应力 混凝 土梁 的疲 劳寿 命疲 劳 和
构件 的疲劳特 性 ， 到 了作 为控 制 梁 的疲 劳 承 载 能 得
吕宏奎 ¨ 、 ｆ ｒａ 、 ｒｏ Ｉ 等 对 碳 纤 维 布 增 ６ Ｈｅｆ ｎ ｎ Ｉ ｓｎｓ Ｊ ｅ ａ
收 稿 日期 ：０ ０】 Ｏ ２１ １ ２ 作 者 简 介 ： 建 民 （ ９ ４） 男 ， 士 ， 华 １７ ， 博 主要 从 事 结 构 工 程 和施 工 技 术 研 究 ， Ｅ ｉ ｈｍｌ １ １ ３ ｃ ｍ。 （ ｍａｌ ｊ ９ ＠ ６ ． ｏ ）
桥梁设计抗疲劳性能研究
桥梁设计抗疲劳性能研究桥梁，是连接两地的重要通道，就像我们生活中的纽带一样。
咱们每天来来往往经过的那些大桥，看上去坚固无比，但其实它们也面临着各种各样的挑战，其中一个重要的问题就是抗疲劳性能。
你想想看，一辆辆汽车、一列列火车，日复一日地在桥上跑着，这桥得承受多大的压力呀！就像我之前有一次去参观一座正在建设中的大桥，那场面真是震撼。
巨大的钢梁、粗壮的桥墩，工人们在上面忙碌着，汗水湿透了他们的后背。
我站在旁边，都能感受到那种紧张和专注的气氛。
这座桥的设计团队，那可是绞尽了脑汁，要让这座桥能够长久地承受交通带来的压力。
为啥要这么在意抗疲劳性能呢？咱们来仔细说一说。
首先，桥梁要承受的荷载那可不是一般的多。
除了车辆和行人的重量，还有风的力量、温度变化带来的影响等等。
这就好比一个人，天天背着很重的东西，时间长了，身体能不累垮吗？桥梁也是一样，如果抗疲劳性能不好，时间久了，就会出现裂缝、变形，甚至有可能垮塌，那后果可就不堪设想啦！咱们来看看材料方面。
好的材料就像是给桥梁穿上了坚固的铠甲。
比如说高强度的钢材，它的韧性和强度都很棒，可以让桥梁在长期的使用中更耐用。
但是呢，这材料也不是随便选的，还得考虑成本、施工难度这些实际的问题。
再说说桥梁的结构设计。
这就像是给桥梁搭骨架，骨架搭得好，才能承受得住各种压力。
比如说，有的桥梁采用了拱形结构，能够有效地分散荷载；有的采用了箱梁结构，增加了桥梁的抗弯能力。
就像那次我看到的在建大桥，设计师们在图纸前反复讨论，比划着，为的就是找到最优的结构方案。
还有施工质量也非常关键。
哪怕设计得再好，如果施工的时候马虎了，那也会前功尽弃。
比如说，焊接的地方不牢固，混凝土浇筑不均匀，这些小问题积累起来，就会影响桥梁的抗疲劳性能。
为了研究桥梁的抗疲劳性能，科学家和工程师们可是做了大量的实验和监测。
他们会在实验室里模拟各种荷载情况，看看桥梁的材料和结构能承受多久。
还会在实际的桥梁上安装各种传感器，实时监测桥梁的变形和应力情况。
铁路桥梁材料疲劳寿命研究
铁路桥梁材料疲劳寿命研究铁路桥梁作为铁路交通的重要组成部分，其安全性和可靠性对铁路运输的稳定运行至关重要。
在桥梁使用过程中，由于列车荷载的反复作用，桥梁材料会逐渐发生疲劳损伤，影响桥梁结构的安全性。
因此，对铁路桥梁材料的疲劳寿命进行深入研究具有重要意义。
### 1. 疲劳寿命概述疲劳是指在交变应力作用下，材料在一定应力水平下发生的渐进性破坏现象。
对于铁路桥梁而言，疲劳寿命即材料在列车荷载反复加载下能够安全运行的时间或循环次数。
研究铁路桥梁材料的疲劳寿命可以有效评估桥梁结构的安全性，指导维护和管理工作。
### 2. 影响因素分析#### 2.1 材料性能铁路桥梁所采用的材料种类多样，包括钢材、混凝土等。
不同材料的疲劳特性各异，其化学成分、微观结构和力学性能将直接影响疲劳寿命。
#### 2.2 荷载频次和幅值列车荷载的频次和幅值是导致铁路桥梁疲劳破坏的主要原因之一。
高频率、大幅值的荷载会加速材料疲劳损伤，缩短桥梁的使用寿命。
#### 2.3 环境因素环境因素如温度、湿度、盐雾等也会对铁路桥梁材料的疲劳寿命产生影响。
恶劣的环境条件会加剧材料的腐蚀和疲劳破坏，降低桥梁的安全性。
### 3. 研究方法#### 3.1 实验研究通过设计合理的实验方案，对不同材料在不同荷载条件下的疲劳性能进行测试和分析，获取材料的疲劳寿命数据。
#### 3.2 数值模拟利用有限元分析等数值模拟方法，模拟铁路桥梁结构在实际运行条件下的受力情况，预测材料的疲劳寿命，并优化设计方案。
### 4. 应用与展望铁路桥梁材料疲劳寿命研究的成果可以为铁路桥梁的设计、施工和维护提供科学依据，延长桥梁的使用寿命，提高铁路运输的安全性和效率。
未来，随着材料科学、结构分析技术的不断进步，铁路桥梁材料疲劳寿命研究将更加精细化和智能化，为铁路交通的可持续发展做出更大贡献。
### 结语铁路桥梁材料的疲劳寿命研究是铁路交通领域的重要课题，对于保障铁路运输安全具有重要意义。
高速铁路钢桥疲劳评估标准车型研究
目前我 国高速铁路开行 的Ｃ Ｒ Ｈ动车组 列车有
Ｃ Ｒ Ｈ１ 、Ｃ Ｒ Ｈ２ 、Ｃ Ｒ Ｈ３ 和Ｃ Ｒ Ｈ ５ 等 型 。Ｃ Ｒ Ｈ１ 型 和
法， 考虑 列车荷 载产 生 的结 构 动力效 应 、 列 车轴重 ， 以及双 线铁 路的影 响 ， 并统 计列 车 的轴距 、 车 厢数 ， 以及 每 日列车通 过 的趟
数， 根据等 效损伤 原理得 到高铁铁 路斜拉桥 的典 型疲 劳车 型。同时 ， 给 出了铁路双线 系数 的简化计算 表达式 。
Ｃ Ｒ Ｈ ５ 型动车组为 时速 ２ ０ ０ — ２ ５ ０ ｋ ｍ 级别 ，Ｃ Ｒ Ｈ ２ 型 动 车组 包 括 时 速 ２ ０ ０ ～ ２ ５ ０ ｋ ｍ和 时 速 ３ ０ ０ ～ ３ ５ ０ ｋ ｍ级 别 ，Ｃ Ｒ Ｈ ３ 型动车组 为时 速３ ５ ０ ｋ ｍ级别 。Ｃ Ｒ Ｈ １ 是 较 早 投 入使 用 的 动 车 组 车 型 ，最 先 与 ２ ０ ０ ７ 年 在 广
图１ 客货 车车厢简 化示意 图（ 图 中Ｐ代 表 轴 重 。 ｄ 代表轴 距 ）
设 ，推导未知 时段 的疲 劳荷 载 ，最终 计算 出结构 疲劳剩余 寿命 。模 拟法通过统计 一段时 间内的列
车数量 、型号 ，以及 载重等情况 ，模 拟 出疲劳荷 载 ，通过加余寿命 。
２ ０ １ ４年 ７ 月第 ７ 期
城 市道 桥 与 防 洪
科技研究 ３ ３ １
高速铁 路钢桥 疲劳 评估 标准车型研 究
高速铁路轨道系统的疲劳性能分析
高速铁路轨道系统的疲劳性能分析随着交通运输的快速发展，高速铁路成为现代化城市化的重要组成部分。
高速铁路作为快速、高效和安全的交通工具，对于确保铁路系统的运行安全至关重要。
然而，长时间高速行驶和不断的列车运行会给轨道系统带来巨大的压力和疲劳。
高速铁路轨道系统由轨道基座、轨枕、钢轨、扣件等构成。
在列车高速行驶过程中，轨道系统承受着巨大的荷载，因此，研究高速铁路轨道系统的疲劳性能是至关重要的。
首先，疲劳是由外部荷载周期性施加并在材料中积累的一种损伤形式。
高速铁路轨道系统在每天连续运行中会被反复加载，并在长期使用中逐渐疲劳。
这种因疲劳引起的损伤可能导致轨道系统的裂缝和断裂，进而影响铁路的安全和可靠性。
为了评估高速铁路轨道系统的疲劳性能，我们可以采用疲劳寿命预测方法和疲劳损伤评估方法。
疲劳寿命预测方法主要是通过应力分析和损伤累积模型来预测轨道系统的寿命。
首先，在大量的运行数据基础上，进行应力分析，得出轨道系统在不同工况下的应力状况。
然后，根据材料的疲劳特性，建立适当的损伤累积模型，预测轨道系统的寿命。
这样的方法能够帮助工程师准确评估轨道的使用寿命，提前采取维修和更换轨道的措施，保障高速铁路系统的安全运行。
疲劳损伤评估方法是通过对轨道系统的损伤进行评估，以确定需要进行维修和更换的部位。
这种方法通常包括使用无损检测技术，如超声波、磁粉检测和红外成像等，来检测轨道上的裂纹和其他损伤。
通过对损伤程度进行评估，可以确定哪些部位需要维修和更换。
这种方法能够帮助工程师及时发现和修复轨道的损伤，提高铁路系统的安全性和可靠性。
此外，为了提高高速铁路轨道系统的疲劳性能，还可以采用一些改进措施。
例如，改良轨道基座的材料和结构，可以提高轨道系统的承载能力和耐久性。
此外，可以采用新材料替代传统材料，以提高轨道的抗疲劳性能。
此外，定期的维护和检修工作也是提高轨道系统疲劳性能的关键。
通过定期检查和修复轨道的损伤，可以延长轨道的使用寿命，并确保高速铁路的安全和可靠运行。
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高速铁路桥梁疲劳荷载研究孙伟荣;李建华;盛博;顾萍【摘要】高铁桥梁疲劳荷载是桥梁设计的重要依据,与高铁线路通行量与运行车辆密切相关.基于对京沪、沪宁、沪杭、杭深、合武、合宁等6条高速铁路与客运专线连续3年的营运数据收集,按春运、节假日、休息日、工作日等4类运营模式随机取12天作为全年样本,根据通行量和载重量对各条线路的运行列车车型、轴重、运行图、运行列车统计表和客座利用率等运营资料进行了统计分析,采用概率统计方法得到了不同通行量的6种运营荷载频值谱.依据疲劳损伤等效原理和Miner线性准则公式对运营荷载频值谱进行计算分析,提出了标准疲劳荷载车.建议高速铁路桥梁疲劳验算可根据线路的运量、本文提出的运营荷载频值谱和标准疲劳荷载车进行.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2019(035)001【总页数】5页(P56-60)【关键词】高速铁路;运营荷载;频值谱;疲劳荷载车【作者】孙伟荣;李建华;盛博;顾萍【作者单位】同济大学桥梁工程系,上海200092;中铁建工集团有限公司,北京100160;同济大学桥梁工程系,上海200092;同济大学桥梁工程系,上海200092【正文语种】中文0 引言桥梁疲劳荷载是钢桥及钢桥面疲劳设计的重要依据。
20世纪80年代至今,国外学者结合各国桥梁运营情况对钢桥疲劳荷载进行了大量研究,英国、美国及欧洲等国家和地区根据自己的研究成果,各自制定了适合本国情况的钢桥疲劳荷载谱[1-3]。
20世纪90年代,我国开展了关于铁路桥梁荷载谱的研究[4-5],比较有代表性的是铁道部科学研究院对我国17个编组站全年4个季度的编组数据和20多座桥的实测数据的统计分析,提出了用于疲劳检算的几种典型列车,并制定了三级运量的荷载谱,其研究成果已在《铁路桥梁检定规范》[6] (2004年)中形成具体规定。
2002年王春生、聂建国等[7]也对公路和铁路钢桥应力谱模拟展开了研究,童乐为、王荣辉等研究了公路桥梁的疲劳荷载[8-10]。
进入21世纪后,随着我国高速铁路快速发展,急需提出适合于我国国情的高速铁路疲劳设计的车辆荷载谱,以满足高铁运输发展需要。
本文以上海地区6条高速铁路和客运专线为研究背景,收集了上述地区高铁及客运专线连续三年的列车运营资料以及各次列车客座利用率等数据资料,运用概率模型方法,对数据进行了概率统计分析,结合我国客专和高铁列车的5种车型,尝试提出了适用于这几条线路的运营荷载频值谱和标准疲劳荷载车。
1 运营荷载频值谱目前我国主要由CRH1型、CRH2型、CRH3型、CRH380型和CRH5型5种车型组成客专和高铁运行列车,每列根据线路运量由座车、卧车、餐车等8节或16节车厢组成。
表1为主要运营列车的轴重参数,上述列车的车厢均为四轴式,各种车厢的自重与设计载重均不相同,统计时按列计。
由表1可知,列车的长度、转向架的中心距和轴距比较接近,但列车的重量差异较大。
表1我国运营客专列车主要轴重参数Table 1 The main axle load parameters of the passenger train in China列车型号自重/(t·列-1)设计载重/(t·列-1)转向架中心距/m轴距/m车辆长度/mCRH1B851.9128.6192.726.95/26.6∗CRH1E887.891.6192.726.95/26.6CRH2A359.758.617.52.525.7/25CRH2B716.3118.117.52.525.7/25CRH2C370.858. 617.52.525.7/25CRH2E769.260.617.52.525.7/25CRH3C435.453.417.3752.52 5.86/24.825CRH380A398.246.517.52.526.25/25CRH380AL809.7106.617.52. 526.25/25CRH380BL874.1109.717.3752.525.3/24.2CRH5E451.352.6192.725. 7/25*注:端部车/中间车对于桥梁疲劳来说,最关注的是列车轴重和每日通行的轮对数。
列车轴重由列车自重和实际载重两部分组成,相对于列车自重,实际载重是变化的。
本文根据路局收集的客座利用率推算每列车的实际载重,客座利用率是路局客运处根据运行列车上实际出票数统计得到的每列车乘坐旅客人数与列车定员的比值。
通常每列车、每天的客座利用率是随机变化的,一般在春运期间会达到最大或较大值,在“五一”“十一”等节日期间也会较大,暑假和周末(星期六、星期日)大致相同,其余时间则会较低。
本文统计时将一年分为四个时间段:春运、节假日、休息日、工作日,其中春运以40天计,节假日按元旦、清明、“五一”等共18天,休息日(包括暑期60天)按129天计,其余时间为工作日,按178天统计。
每年取12天作为样本,春运在小年夜前、元宵节前各随机取1天,节假日取清明、5月1日和10月1日,休息日在上半年、下半年、暑期各随机取1天,工作日上半年、下半年各随机取2天,以上述12天样本值推算出当年各列车的每天载重。
由于列车是根据路局运营图通行,故铁路每日运营列车的对数、编组是固定的,呈现明显的规律性。
但运营图每年会调整2～3次,另外在春运和假期(“五一”、“十一”及清明等)会增开临时列车。
为相对准确统计线路上的运营荷载,在上海铁路局内车辆段、客运处等部门收集了连续3年的列车运行图、图列对表、运行列车统计表和客座利用率等原始统计数据,以年为周期进行统计分析。
为计算方便,将每条线路的客座利用率分为三档,超载(100%～120%)、满载(80%～100%)和欠载(低于80%)。
考虑到最不利影响,对于超载车辆全部按照120%计算;满载均按100%计算,欠载均按80%计算。
以沪宁高铁为例,取全线通行量最大的某区段为样本,表2为部分日运营列车通行量统计表,由表2可推得年运营列车通行量表3,表4为列车载重量统计表。
表4显示:节假日客运量明显增大,但春运时客运量并不大。
这是由于沪宁高铁是一条连接沿线城市短线,旅客以商务流、旅游流、探亲流、学生流为主,因而呈现出春运高峰时段上座率增大不多的情况。
表5为根据表1-表4汇总得到的6条线路年运营列车频值,其运营列车的重量以吨为单位。
由表5可知:各条线路的运营量差别较大,沪宁高铁运营量是合武线的4.44倍,合武线、合宁线运量小的主要原因是在本文统计的三年这两条线还未全线开通。
2 简化疲劳荷载模型用表5的运营荷载频值谱用于疲劳设计比较繁琐,本节将其进行简化。
根据Miner线性准则可知,每一个应力幅Δσi引起的疲劳损失可用ni/Ni表示,因此假设一个轴重引起了数个应力循环Δσpi,则通过Miner线性准则公式(1)和疲劳曲线公式(2)可以将这些应力循环等效为1个等效应力幅Δσi:(1)Δσ3N=C(2)对具有相同轴数的同一车辆类型,假设共有n辆车,其中第i辆车出现的次数为ni,第i辆车第j轴的轴重为Wij,由Wij引起的等效应力幅为Δσij,等效疲劳车第j轴的等效轴重Wej引起的等效应力幅为Δσej,则通过Miner线性准则可知:(3)将疲劳曲线公式代入式(3)得:(4)在弹性阶段内,轴重与其引起的应力幅呈线性关系,因此可认为Wej=kΔσej,而第i 辆车出现的频率fi=nij/n,则等效轴重的换算公式可最终简化为(5)等效轴距的换算公式则是将同一类型车辆的每个车辆出现的相对频率作为权数,按各个车辆轴距的加权平均值得到典型列车的轴距,即公式(6):Cj=∑fiCij(6)式中:fi为归在同一类车辆中的第i车辆的相对频率;Cij为第i车辆的第j个轴距;Cj 为该类型车辆第j个轴距。
由于客运列车每节车厢由两个转向架共四个轮对承重,且每个轮对的轴重相同,故可将标准疲劳车简化为一个四轴的车辆模型。
根据表1-表5的数据和式(5)、式(6),得到每条线路标准疲劳车重量、转向架固定轴距和转向架中心距,见表6。
表2沪杭高铁日运营列车通行量统计表(单位:列)Table 2 Daily operating train traffic statistics of Shanghai-Hangzhou high-speed rail列车型号第一年休息日第二年工作日第二年休息日第三年工作日CRH1A0068CRH1A重联0020CRH1B1081814CRH1E001410CRH2A46481024CRH2A重联00144CRH2B6844CRH2C001010CRH2C重联0000CRH2E2224CRH3C0060CRH380A1001027030CRH380AL001018CRH38 0BL00028其他0008合计164168166162表3 沪杭高铁年运营列车通行量统计表(单位:列)Table 3 Annual operating train traffic statistics of Shanghai-Hangzhou high-speed rail列车型号第一年第二年第三年CRH1A01 0082 928CRH1B3 6504 1805 440CRH1E01 7643 976CRH2A16 79014 49612 186CRH2B2 1902 4161 464CRH2C01 2603 660CRH2E7307301306CRH3C0756474CRH380A36 50033 19814 140CRH380AL01 2605 956CRH380BL008 036其他03202 296总计59 86061 38861 862表4沪杭高铁列车载重量统计表(单位:频率)Table 4 Shanghai-Hangzhou high-speed rail train weight statistics 时间段车载情况载重率第一年第二年第三年工作日欠载0.867.45%74.55%90.21%满载120.57%24.12%5.12%超载1.211.98%1.33%4.67%休息日欠载0.87.33%39.29%30.19%满载125.12%32.14%20.18%超载1.267.55%28.57%49.63%节假日欠载0.85.13%27.15%24.15%满载118.83%12.87%13.99%超载1.276.04%59.98%61.86%春运欠载0.835.17%40.00%满载110.92%13.03%超载1.253.91%46.97%表5运营荷载频值谱Table 5 Operational load frequency spectrum重量/t合武线合宁线杭深线沪杭高铁沪宁高铁京沪高铁数量/(千辆·年-1)频值数量/(千辆·年-1)概率数量/(千辆·年-1)频率数量/(千辆·年-1)频值数量/(千辆·年-1)频率数量/(千辆·年-1)频值6521%31%72%102%192%00%604322%4920%18859%20034%22425%140 24%555528%7029%4414%22738%31736%28648%508040%9840%6420%1 4024%30034%15126%45189%2510%165%132%202%173%合计1981.002451.003181.005891.008791.005941.00由表6可知:各线路的标准疲劳车差别不大,为简化计算建议采用统一标准疲劳车,见图1。