鐵路橋梁鋼箱梁OSD分析與研究

楊 陽

（四川西南交大土木工程設(shè)計(jì)有限公司 遼寧 沈陽 110000）

1 鋼箱梁OSD結(jié)構(gòu)分析

OSD的分析比較復(fù)雜，考慮的因素也比較多，一般的分析是通過一下幾個(gè)方面進(jìn)行：

（1）主梁系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是由蓋板和縱肋組成，在橋梁中的作用是起到主梁的作用，可以抵抗水平剪切；

（2）橋面系統(tǒng)，這個(gè)是由縱肋、橫梁以及蓋板組成，是在主梁的基礎(chǔ)上，只有外載荷能對其影響；

（3）蓋板體系，這個(gè)體系是支撐在縱肋和橫梁上的連續(xù)板。

對于鋼箱梁OSD結(jié)構(gòu)分析的方法主要為以下幾種：

（1）正交異性理論方法，這種方法是將橋梁上縱肋和橫梁的剛度分配到橋面上，然后對其計(jì)算分解為抗彎剛度，對其進(jìn)行分析；

（2）格子梁理論方法，這種方法是將整個(gè)橋梁進(jìn)行分解，將其轉(zhuǎn)換為格子梁結(jié)構(gòu)；

（3）有限單元法，將橋梁各板件分解為小單元，通過這些小單元位移為參數(shù)，在通過能量原理或變分原理進(jìn)行分析。

2 橋梁疲勞荷載

鐵路橋梁的載荷主要是通過機(jī)車的模型進(jìn)行分析，主要是有以下幾個(gè)參數(shù)：

（1）機(jī)車的類型，在鐵路運(yùn)輸中，機(jī)車的型號有很多種，有動(dòng)車，普通機(jī)車、貨車、罐車等，它們對橋梁產(chǎn)生的載荷是不同的，產(chǎn)生的疲勞程度行也不同；

（2）機(jī)車的節(jié)數(shù)，這個(gè)是一個(gè)隨機(jī)值，列車的全長是不同的，貨車有50節(jié)，普通客車有19節(jié)，動(dòng)車有8節(jié)或者16節(jié)，一般是取均值法；

（3）列車編組，這個(gè)是一個(gè)確定的變量，但是順序是隨機(jī)的；

（4）車輛載重，這個(gè)與機(jī)車的類型有關(guān)，通過不同的類型可以計(jì)算出機(jī)車的重量，以及標(biāo)準(zhǔn)載重量。

對橋梁載荷的驗(yàn)證可以通過實(shí)驗(yàn)載荷的加載次數(shù)進(jìn)行確定，進(jìn)行疲勞破壞實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)的過程中，通過觀察疲勞位置是否出現(xiàn)疲勞裂紋或者疲勞斷裂來確定實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，在實(shí)驗(yàn)過程中，通過不同的載荷量，橋梁承受的次數(shù)也會(huì)不同。

（1）對橋梁加勁肋和橫隔板的部位進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的時(shí)候，通過對8mm焊腳位置進(jìn)行觀察，會(huì)出現(xiàn)兩種不同的疲勞結(jié)果，一種是通過橫隔板側(cè)面焊接位置向橫隔板整體部位進(jìn)行延伸的疲勞裂紋，另一種是在加勁肋側(cè)板的位置出現(xiàn)裂紋，如圖1。

圖1 疲裂紋試驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖

（2）對橫隔板切口處進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為切口邊緣的拉應(yīng)力由橫隔板的剪切作用產(chǎn)生，最終總結(jié)出橋梁的梯形肋和V行肋在切口處是不會(huì)發(fā)生疲勞開裂的，在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要其滿足最大拉應(yīng)力的強(qiáng)度；

（3）在對加勁肋和頂板連接位置的疲勞試驗(yàn)中，在實(shí)驗(yàn)過程中載荷不平衡會(huì)造成連接位置出現(xiàn)位移，可能會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，最終餓結(jié)論為，加勁肋和頂板連接部位不會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋，該部位加勁肋源于焊趾處的疲勞開裂可采用焊趾處IIW熱點(diǎn)應(yīng)力進(jìn)行疲勞分級，可歸為歐規(guī)90級。

3 OSD結(jié)構(gòu)模型

通過砟橋進(jìn)行OSD結(jié)構(gòu)分析，砟橋的優(yōu)點(diǎn)就是列車產(chǎn)生的載荷是通過軌道、道砟傳遞給OSD結(jié)構(gòu)上的，道砟的實(shí)驗(yàn)方法如圖2。

圖2 道砟試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

在這個(gè)模型中將百分表設(shè)置在結(jié)構(gòu)下方和鋼塊頂部，通過這兩個(gè)位置變形進(jìn)行計(jì)算載荷下的彈性模量，公式如下：

式中：E——道砟彈性模型；

Δσ——載荷增量對應(yīng)的應(yīng)力增量；

Δε——載荷增量對應(yīng)的應(yīng)變增量；

ΔF——載荷增量；

ΔH——變形量；

A——傳力鋼塊面積；

h——道砟初始高度。

通過以上這個(gè)分析模型最終能得到以下道砟變形曲線。如圖3所示。

圖3 道砟試驗(yàn)變形曲線

4 結(jié)語

正交異性鋼橋的特點(diǎn)是剛度非常大、施工的周期短、質(zhì)量上也小的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)上通過有限元的分析方法，確定鋼橋的結(jié)構(gòu)機(jī)理、疲勞部位，通過剪彎、支撐、剛架和面外的作用，總結(jié)出對橋面和蓋板的影響，從設(shè)計(jì)之初，將鋼橋的影響降到最低，提高鐵路橋梁的使用壽命。

[1] 童樂為.正交異性鋼橋面板的疲勞研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，1995.

[2] 師義軍.既有公路鋼橋剩余疲勞壽命評估及疲勞可靠性研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2005.

[3] 鐘煒輝.鋼結(jié)構(gòu)的高周疲勞損傷有限元分析模型研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2005.

[4] 費(fèi)希爾.鋼橋的疲勞和斷裂：實(shí)例研究[M].北京：中國鐵道出版社，1989.