钢桁梁评估研究.docVIP

2023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

专家级高工

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

2023/03

结束年度

2023/09

项目类别

A-重大课题

投送领域

B-重点课题

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

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长，疲劳损伤问题突出。针对钢桥疲劳计算所碰到荷载历程、材料属性和几何函数的不拟定性，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，同时充足考虑既有钢桥疲劳失效特点，推算疲劳寿命与拟定检测间隔，探求养护维修策略，提出典型疲劳破坏裂纹的加固技术。

申报单位审查意见：

盖章

一、国内外现状

1.1研究意义

我国铁路运送线上存在大量钢桥，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此后铁路运送的趋势。目前国内出现的最长货运列车的编组是2023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送效率，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，很多就是由于过载和疲劳等因素导致的。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，导致32人死亡，17人重伤，导致桥梁在行车高潮期间忽然断裂的因素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。2023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20m和40m，导致2人死亡，吊杆破断的因素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PointPleasant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。人类结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。

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环节:①目测法;②铁锤敲打法;③运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,再把它们抱负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,重要有: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(acousticemission)等。

这些方法各有优缺陷,重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,设备简朴,显示缺陷直观,并可以同时显示各个不同方向的各类缺陷。但其缺陷是: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,此外操作工序繁杂。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,缺陷是随着缺陷的埋藏深度的增长,其检测灵敏度迅速减少。此外,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，合用于异形材和小零件的检测。缺陷是: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。其缺陷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,其检查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射线法重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。其缺陷就是难以辨认缺陷的种类。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