五颗螺栓中,轨撑上的两颗螺栓的应力水平较高,其余三颗螺栓的应力水平较低,并处于同一水平,大约为最大等效应力的44%左右。螺栓上、下缘应力较螺栓的其余部位要大,表明在螺栓下缘与轨撑接触位置,螺栓受到明显的挤压和剪切作用。

　　轨撑的整体应力水平较高,特别在最大应力的螺栓和轨缝间,形成一个应力水平很高的带状区域。

　　相比螺栓应力,间隔铁的应力要小得多,其中间区域的等效应力均在最大等效应力的15%以下。在间隔铁端部与钢轨接触的位置,应力水平较高,约为最大应力的22%左右。

　　3 疲劳分析

　　3.1疲劳累计损伤准则

　　所谓损伤,是指在疲劳过程中初期材料内的细微结构变化和后期裂纹的形成和发展。当材料承受高于疲劳极限应力时,每一个荷载循环都使材料产生一定的损伤,并且这种损伤是可以累计的。

　　对活接头进行分析,采用工程上广泛应用的Miner线性累计损伤法则。该法则假设结构吸收的能量达到某一极限时将产生疲劳破坏。从这一假设出发,如破坏前可吸收的能量极限值为W,结构破坏前的总循环数为N,在某一循环数n1时结构吸收的能量为W1,则由于结构吸收的能量与其循环数间存在着正比关系,因此有式(1):

　　这样,若结构的加载历史由σ1,σ2,…,σl这样的l个不同的应力水平构成,各应力水平下的疲劳寿命依次为N1,N2,…,Nl,各应力水平的循环次数依次为n1,n2,…,nl,则疲劳损伤D的描述见(2)式:

　　当D=1时,表示结构吸收的能量达到极限值W,结构发生疲劳破坏。

　　3.2 疲劳计算参数

　　根据前面的强度分析,列车通过活接头时,当接头状态良好,螺栓的最大等效应力为145.7MPa,当接头病害严重,螺栓的最大等效应力为206.6MPa。双头螺栓拉力按20kN考虑,则无列车荷载通过时,螺栓的最大等效应力为34.95MPa。随着列车的反复通过,状态良好的活接头,其螺栓的应力在34.95～145.70MPa间交替变化;病害严重的活接头,其螺栓应力在34.95～206.60MPa间交替变化。可见,两种应力循环都是非对称的。

　　轨撑的立墙厚度只有15mm,这样螺栓与轨撑等的接触面积较小,疲劳计算时可将螺栓的应力集中系数取为1.3。

　　采用成组试验法和升降法,并按数理统计方法可确定双头螺栓的疲劳—寿命曲线,如图5所示。

　　3.3 结果分析

　　根据前面强度分析结果,五颗双头螺栓中应力水平最高的位于轨撑上垂向力作用一侧,并且在该螺栓的下缘出现最大等效应力,其位置对应于有限元模型节点45853。因此双头螺栓疲劳分析以这一节点存储疲劳应力。表2列出了两种状态下活接头的疲劳计算结果。

　　根据上述疲劳计算结果,假定运营列车每6min一趟车,每趟车为6节车辆,每节车辆2个转向架,每天运营时间为早上6:00～23:30,每天通过2100个转向架,每个转向架有两轴,则每天通过活接头的轴数就为4200轴,相当于双头螺栓的应力交替变化4200次。将双头螺栓疲劳寿命除以每天通过的轴数,

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